工艺解析：机器人喷涂漆膜厚度控制

随着国内乘用车工业的发展，越来越多的机械喷涂取代了手工操作。在这种趋势下，机器人喷涂的比例也越来越大。例如，原本常用于车身喷涂的6杯站或9杯站系统也有被机器人喷涂所取代的趋势。机器人喷涂也广泛应用于汽车的外部涂层。例如，机器人用于国内汽车保险杠喷涂产量的一半以上。机器人喷涂不仅保持了手动喷涂对复杂表面的适应性，而且具有准确性和重复性。本文将讨论影响机器人施工过程中最终涂层厚度的各种因素，并为生产过程中膜的控制和调整提供一些思路。

膜厚控制的意义

涂层厚度是涂层施工中最重要的控制因素，其意义在于：

(1)防止膜厚不当造成的涂层缺陷。根据经验，由于漆膜厚度控制不当，现场生产中涂层的外观缺陷超过一半。流挂、漆层薄、露底色等一些常见的涂装缺陷直接关系到膜厚控制的失控，有些缺陷也间接关系到这一点。例如，保险杠喷涂的第一层辅助底漆膜厚度不够，会导致整个涂层附着力下降，底漆膜厚度不能满足要求，导电效果也会下降，导致静电喷涂时第一层颜料转移率下降，最终导致颜料不足。

（2）帮助调整外观指标。光泽、色差、橙皮、DOI等常见漆膜外观指标需要基于膜厚控制。上述指标明显受膜厚的影响，特别是面漆膜厚的影响。因此，有必要将膜厚作为整个涂层质量控制中最重要的控制因素。

(3)成本控制。除了膜厚控制对涂层质量影响的质量成本外，涂层的主要成本约占涂层的一半。膜厚的精确控制不仅有利于涂层质量的稳定，而且有利于涂层的节约。统计数据显示，在喷涂同一设备时，膜厚消耗的涂层之间的差异是否超过25%。目前，日本岩田或三菱机器人主要用于国内机器人喷涂。这些设备引进较早，控制精度较差；ABB一般用于新的涂装线、FANUC、MOTOMAN、在本文中，DURR等多轴机器人主要基于ABB机器人进行讨论

在机器人喷涂施工中，影响漆膜厚度的因素可按以下公式计算：

干膜厚度=(流量×涂层体积的固体含量×涂层转移率/(枪速)×喷射宽度)(1)流量，即喷射时单位时间从喷枪口流出的涂层体积。直接在BRUSH(刷子)参数表中确定机器人喷涂中的数据。在一些旧的机器人喷涂中，流量控制与机器人系统没有联系，流量不能在喷涂程序中随时更改。大多数新机器人的流量控制系统直接由机器人的IPS系统控制，使流量控制更加准确和方便。例如，在ABB机器人喷涂的流量控制中，根据流量控制是否闭环分为两类。

一是对流量精度高的设备采用闭环控制，闭环控制中常用的设备有两种：

首先，使用测量齿轮泵，即每次泵转动获得的体积数是恒定的。机器人1PS系统控制测量泵的速度，实现定量油漆供应。在这种系统中，油漆的功率来自齿轮泵产生的压力。

二是由流量计和节流阀组成的闭路系统控制。在这种系统中，油漆的压力来自油漆供应系统。流量计获得的流量信号传输到机器人IPS系统，与已校准的值进行比较。当流量偏差时，信号返回到节流阀，并通过改变节流阀的开闭度来调整。在使用第二种方案控制时，对油漆压力的稳定性要求很高。机器人喷涂系统提供了多级修正流量偏差的方法。例如，在ABBTR5002喷涂机器人上，有两种方法可以调整系统的偏差。

首先，可以通过机器人设置鳄鱼中ROBOTPARAMETRE中的涂层特性来设置。在这种情况下，允许对每个涂层系统进行不同的设置。例如，流量受涂层粘度和相对密度的影响。

二是TEACHPADENT中的BRUSH可以设置。例如，当BRUSH设置为200，实际测量的流量为220时，BRUSH的比例可设置为200/220=91%，使实际喷涂流量为200。需要注意的是，该设置重新启动后，参数自动恢复到100%。流量范围的选择主要受计量泵和雾化器两个环节的影响。这两种设备的瓶颈决定了最终的流量范围。当使用6cc计量泵时，由于泵的控制速度范围为0～150r/min，因此，它的额定流量为0～900mL/min。同时，雾化器也有不同的流量上限。例如，ABB机器人旋杯ROBOBEL625的上限为400ml/min，因此，在这种设备配置中，最高流量只能是400ml/min。同样，使用计量泵时流量过低，泵速过慢，无法达到应有的精度。另一个需要注意的因素是，当空气喷涂时，流量的大小会影响涂层的雾化效果。根据机器人喷涂保险杠的经验，空气喷枪选择20%的许可流量～70%更合适，20%选择旋杯～100%流量。

（2）涂层转移率是指附着在产品表面的涂层从喷枪中喷出的总流量的比例，也称为涂层率。事实上，整个涂料设备的发展历史也可以看作是一部提高涂料转移率的历史，因为它与涂料制造成本和环境保护密切相关。影响转移率的主要参数包括雾化器类型、静电水平、喷涂参数、导电性等。由于不同设备的转移率存在明显差异，所以使用什么样的喷涂设备是决定转移率的第一个因素。一些主要雾化器的转移率从小到大:普通空气喷枪、静电空气喷枪、旋杯。喷涂金属或塑料零件时的涂层转移率见。

静电是影响涂层转移率的第二大因素。静电和静电之间的差异在施工中非常明显。由于静电喷涂过程中涂层颗粒的带电导致涂层吸附到工件，因此需要快速到达工件表面的带电颗粒，以保持工件表面与喷枪之间的电压差，以确保两者之间的空间电场强度对涂层转移率至关重要。这增加了工件接地状态直接影响涂层转移率的另一个因素。

这一因素在喷涂导电性差的工件时尤为明显，如塑料保险杠。试验表明，在使用ROBOBEL喷涂色漆时，接地良好、接地良好的产品转移率相差10%～20%。例如，ROBOBEL625用金属夹接地喷涂SVW200门槛条的实测转移率约为70%，而接地不良只有50%左右。对于空气喷枪，雾化空气压力对转移率也有很大的影响。雾化压力过大会增加喷涂表面后空气反弹气流，防止后续小漆粒到达喷涂表面，导致转移率下降。

（3）固体含量。固体含量参数通常有两种：体积百分比和质量百分比。在计算薄膜厚度时，使用体积百分比。在涂装施工中，由于机器人喷涂中其他因素的精确控制，这一因素的影响往往被忽视。以下因素可能导致施工过程中涂层固体含量的不稳定：

①不同批次涂料固体含量的变化。

固体含量作为原漆控制指标的偏差一般在±这种偏差有时会产生很大的影响。例如，一种遮盖力为11μm色漆，原漆固体含量27%±在2%之间，这种高低极限的偏差是(29～25)/25=16%。如果使用29%喷涂的膜厚为12%μm，现在25%只能喷到12/29×25=10.3μm，显然，薄膜厚度不够。

在这种情况下，有必要严格监测涂料原料的固体含量指标，并要求供应商对敏感涂料给出更小的范围。

②存放时间过长导致原漆偏差。

随着储存时间的延长，一般涂层的粘度会增加，涂层粘度常被用作调配涂层的控制指标。原漆储存前后调配的涂料固体含量发生变化。比如。储存6个月后，一种涂料的粘度增加了10%(这个范围比较正常，比如储存环境温度高，粘度增加大)。调整到相同粘度时，需要添加的稀释剂比6个月前增加，降低了准备好的涂料的固体含量。当其他喷涂因素保持不变时，涂层膜厚度会降低。

③不规范的油漆调整操作和储存方法会降低固体含量。

如果原漆在包装桶中没有充分搅拌，桶中留下固体含量高的成分，间接降低了涂料的固体含量。此外，混合涂料放置时间过长，密封不良，导致溶剂挥发，固体含量增加。

(4)走枪速度。

以ABBTR5002喷涂机器人为例，枪速范围为0～3000mm/s。在生产中，旋杯的一般选择速度为600～1000mm/s，空气喷枪的选择速度为800～1500mm/s之间。理论上，喷涂速度与膜厚成反比，但实际上，不同速度选择的喷涂参数会

间接影响转移率，因此在满足喷涂节拍的前提下，优先选择较低的枪速。关于枪速对转移率的影响，可以解释为：枪速慢，相同膜厚的涂层流量低，相应的雾化空气小，有利于提高转移率。旋转杯也是如此，这可能与电荷转移所需的时间有关。试验表明，在相同条件下喷涂产品时，旋转杯速度为500mm/s，转移率为700mm/s。

(5)喷幅宽度。

指雾化器喷涂的涂层覆盖在喷涂表面的宽度。喷射宽度受以下参数的影响：喷枪与喷射表面的距离、雾化和风扇参数（空气喷枪）或塑料空气（旋转杯）。单头空气喷枪的喷涂形状为椭圆形，旋转杯的雾形为圆形。根据两个喷嘴的夹角，双头喷枪的形状不同，但基本上是椭圆形的。从空间的角度来看，它们的雾是圆锥形或椭圆锥形。因此，当喷涂距离变短时，喷涂宽度成比例缩小。对于空气喷枪，雾化空气压力与扇面空气压力的比值对喷射宽度有线性影响。因此，在修改相应的喷涂流量时，需要考虑雾化和扇面空气值间接影响的喷涂宽度。

膜厚的控制

对于机器人涂装施工，需要优先控制以确保生产过程的稳定性。以上五个影响膜厚的因素可以通过不同的方式进行控制和调整。

(1)为保证涂料固体含量参数的稳定，建议采取以下措施:

①监测不同批次原漆的固体含量，特别是对膜厚敏感的涂料，如覆盖力高的彩色涂料；

②缩短原漆的储存时间，尽可能使用新鲜涂料；

③避免涂料储存环境温度过高；

④规范调漆操作；

⑤不同季节使用的稀释剂配方不同，可通过机器人IPS设置参数进行调整，避免流量变化。

（2）在编制喷涂轨迹程序时调整喷涂速度。一旦确定，基本不会改变。只有在某些特定情况下进行调整，如喷涂覆盖力特别差的彩色油漆，当喷枪流量接近上限时，降低速度的方法更有效。

(3)编程时主要确定喷幅宽度，后期调整主要针对一些特殊平面，如窄平面小幅宽度可有效节约涂料。在调整过程中，应注意喷涂范围变化对喷涂质量的其他影响。例如，当喷涂距离调整范围宽度时，喷涂表面的溶剂含量同时发生变化，可能会发生相应的流挂或干喷；当通过雾化风扇压力调整时，可能会影响涂层的雾化效果。

（4）涂层转移率一般不作为生产中调整的因素。生产中应注意转移率变化引起的喷涂质量事故。通常情况下，由于转移率下降，油漆层变薄。例如，由于设备故障，静电喷枪的电压下降导致转移率下降。

（5）流量调整是生产中最常用的调整参数。需要注意的是，在调整空气喷枪流量时，气体雾化和风扇压力值会发生变化，影响转移率，最终影响膜厚。

结语

虽然漆膜厚度只受上述五个因素的影响，机器人喷涂增强了我们对这些因素的控制能力，但由于整个涂装系统的各种因素，在实际生产线施工中，需要根据实际情况设计有效的施工参数监控系统，以确保膜厚度的可控性和可调性。