程小輝,操金明,趙晨思,宋衍國
(1.一汽-大眾汽車有限公司,吉林 長春 130011;2.機械工業(yè)第九設(shè)計研究院有限公司,吉林 長春 130011)
汽車涂裝行業(yè)中,部分主流企業(yè)要求在涂裝線上增設(shè)膜厚檢測設(shè)備(比如大眾集團、菲亞特集團),用于在線測量閃干后的本色漆膜厚,監(jiān)控其穩(wěn)定性,出現(xiàn)膜厚波動時及時發(fā)出報警信息,提醒操作者檢查分析原因,避免出現(xiàn)批量的車身油漆膜厚不良等質(zhì)量問題。
目前,全球較流行的膜厚在線測量系統(tǒng)是CO2氣體激光膜厚測量系統(tǒng),以德國Phototherm公司為主,居壟斷地位。其系統(tǒng)基于獨立的激光控制主機為主站,不足之處主要表現(xiàn)在以下方面:
1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,需要空冷,水冷等輔助設(shè)備;
2)基于獨立的控制系統(tǒng)為主站,導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時間延長(理論上單個循環(huán)延長0.4s以上);
3)附屬設(shè)備多,造價昂貴;
4)測量時間通常在2s以上,不能滿足日益增加的高產(chǎn)能需求。
工藝過程如下:ECU控制激光發(fā)生器產(chǎn)生間斷激光脈沖—激光脈沖加熱油漆涂層—加熱的油漆涂層經(jīng)底層反射衰減熱波—熱敏傳感器感應(yīng)熱量衰減波(不同的厚度對應(yīng)不同的衰減波) —控制系統(tǒng)采集不同的熱量衰減值經(jīng)換算得到膜厚值并保存—上位機顯示保存數(shù)據(jù)。
圖1 CO2激光膜厚測量系統(tǒng)工作原理圖
1)測量過程。新膜厚檢測系統(tǒng)的測量過程:機器人按軌跡將激光探測頭靠近測量點(距離 90~110mm)—機器人發(fā)送膜厚測量指令—激光控制箱ECU接到機器人測量指令后,觸發(fā)激光探測頭進行膜厚檢測—激光控制箱 ECU將檢測的數(shù)據(jù)送給機器人控制柜—機器人控制柜將數(shù)據(jù)傳給上位機—上位機進行數(shù)據(jù)的采集、分析、存儲—上位機向機器人控制柜反饋必要的指令—下一個測量循環(huán)。
圖2 膜厚測量原理圖
圖3 厚涂層的信號波形
圖4 薄涂層的信號波形
2)測量的標(biāo)定。如圖2所示,激光頭(Laser Head)產(chǎn)生一定頻率的激勵激光(Pulse);激光透過涂層(Paint Film),將涂層加熱;熱量經(jīng)過基層(Steel Panel)反射(Heat Radiation),不同的厚度反射的時間不同(相位值不同,如圖3、圖4所示);反射的熱波經(jīng)光學(xué)傳感器(Optic, Sensor)測定及轉(zhuǎn)換,即得到不同的膜厚值。
3)電泳補償。實際測量時,由于受鍍鋅層,電泳層工藝的限制,某個測量點的厚度會上下浮動,最高會有2μm左右的誤差產(chǎn)生。另一方面,當(dāng)所測量的涂層在基層(鍍鋅層)以上有多于2個涂層,由于涂層材料不同,干濕度不同,導(dǎo)致激光在加熱及輻射過程工況不同。基于以上情況下要想得到準(zhǔn)確的色漆涂層厚度,就需要做電泳補償?shù)奶幚?。其處理公式如下?/p>
其中:
BC為電泳補償后的準(zhǔn)確色漆膜厚值;
BCLaser為激光測量系統(tǒng)測定的色漆漆膜厚值
V=Trefi– A10points,Trefi為調(diào)試車身上的某個點,A10points為生成擬合公式的楔形板所取10個點電泳值的平均值。
ε= Tactui– A50points,Tactui為實際生產(chǎn)車身上某個點的電泳值,A50points為調(diào)試車身上50個點的平均值。
新膜厚系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。其主要構(gòu)成如下:①測量探頭,用來進行涂層的加熱及測量;②電控單元盒,控制測量探頭的開關(guān),并轉(zhuǎn)換測量的膜厚相位值為膜厚值;③連接盒,當(dāng)線纜進入坦克鏈時,需要使用超柔線纜,而坦克鏈外圍普通線纜,需要使用連接盒過渡;④機器人控制柜,作為整個系統(tǒng)的主站,一方面控制機器人運動,另一方面進行測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集;⑤PLC控制柜,負(fù)責(zé)系統(tǒng)安全信號及故障信號的采集與反饋;⑥上位機,系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集與分析反饋。
圖5 新膜厚系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖
新型膜厚檢測系統(tǒng)適應(yīng)市場需求,基于德國 OptiSense固體激光測量單元,開發(fā)出相應(yīng)的測量軟件,創(chuàng)新集成系統(tǒng),解決技術(shù)瓶頸,體現(xiàn)以下幾個方面:
(1)系統(tǒng)基于機器人為主站,響應(yīng)時間較傳統(tǒng)系統(tǒng)縮短(理論上單程0.4s以上);
(2)測量時間縮短,產(chǎn)能提高:現(xiàn)行系統(tǒng)2s以上,新系統(tǒng)0.5 s以內(nèi);
(3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,較現(xiàn)行系統(tǒng),削減了空冷、水冷單元;
(4)較現(xiàn)行測量系統(tǒng),投資成本降低50%以上;
(5)開發(fā)的測量軟件高效簡潔,便于使用和維護。
新型膜厚檢測系統(tǒng)的經(jīng)濟效益體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)節(jié)約一次性投資成本50%以上;
(2)產(chǎn)能提升187.5%以上;
(3)長期使用成本下降70%以上;
(4)使用簡化,安全性能提高;
(5)故障率降低,維修方便。
新型膜厚檢測系統(tǒng),經(jīng)一汽-大眾汽車有限公司青島工廠(一期)新建涂裝車間項目實施驗證,投資成本降低,重復(fù)精度高,測量節(jié)拍快(整車70個測量點可在一個生產(chǎn)節(jié)拍內(nèi)完成),結(jié)構(gòu)簡單,操作維護方便,達(dá)到了項目任務(wù)的各項指標(biāo)。