萬珂瑋，代 可，陳 一 （一汽-大眾汽車有限公司成都分公司，四川成都 610100）

0 引言

在汽車涂裝行業(yè)，顏色是其重要組成部分，同時也是重要的控制對象。一方面，噴錯顏色或噴出色差，不僅會引起下游及終端客戶的抱怨，也會對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，增加返修成本及返修工時；另一方面，對于汽車行業(yè)的涂裝，顏色精準度要求并沒有紡織業(yè)等那么嚴苛，僅需要達到肉眼可辨即可。因此，汽車行業(yè)對于顏色的控制必不可少，同時也需要掌握顏色精確度的要求。

1 涂裝車間顏色問題分析

首先對噴漆前準備及噴漆過程中可能產(chǎn)生顏色錯誤的點位進行分析（圖1）。第一，來料的油漆是裝在不透明的包裝桶中，無法識別桶中油漆是否與桶上標簽一致，也無法識別桶中油漆本身是否存在色差；第二，在自動噴涂過程中，若因為停線等機械化故障造成顏色信號傳輸錯誤，也會造成實際噴涂顏色與當前車輛車身信息顏色不符。以上信息表明，在整個噴涂過程中多點多時段均存在顏色錯誤的風險，為了保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性及結(jié)果的有效性，建立了自動化全時段顏色檢測系統(tǒng)，對噴涂顏色進行控制。

圖1 顏色錯誤風險點分析Figure 1 Color error risk point analysis

2 全時段顏色自動檢測系統(tǒng)的建立

為了確認系統(tǒng)建立的方向，首先對建立系統(tǒng)的目的進行了識別：

（1） 滿足肉眼可辨及以上的識別精度；

（2） 能有效屏蔽外部環(huán)境（光亮、震動等）的影響，即保證不會因為外部環(huán)境變化造成精確度的降低或是檢測錯誤；

（3） 全時段百分百自動檢測，并能與外部系統(tǒng)進行信號傳遞；

（4） 基于并未達到行業(yè)最嚴苛的精度需求這一要點，對系統(tǒng)建立的經(jīng)濟性也提出了相關(guān)要求。

通過對調(diào)漆間輸漆管路分析發(fā)現(xiàn)，同一個噴涂站點中的所有機器人所使用的油漆均來自同一油漆輸送罐，因此在不考慮機器人噴涂因素的情況下，同一車身所有點位的油漆噴涂情況是相同的，基于此，這里僅選擇車身上的一個點位進行顏色檢測，同時通過對機器人噴涂流量的實時控制以消除噴涂因素的影響。

2.1 顏色檢測方案選取

通過對監(jiān)控方式、控制效果、控制可靠性、控制風險及經(jīng)濟性等綜合評估后，選擇了一款基于RGB（紅、綠、藍）三原色理論的光電傳感器作為基礎(chǔ)設(shè)備。

RGB三原色理論是通過對R（紅色）、G（綠色）、B（藍色）3種基礎(chǔ)顏色的不同比例的疊加來產(chǎn)生各種不同顏色，此顏色理論可以涵蓋人類視力所能感知的所有顏色，是目前運用最廣泛的顏色空間之一（圖2）。

圖2 RGB顏色理論Figure 2 RGB color theory

本研究將基于此三原色光電傳感器，通過大數(shù)據(jù)收集與分析以及外部程序編寫等方式進行全時段自動檢測系統(tǒng)設(shè)計。

2.2 顏色檢測方法

為了最大程度開發(fā)光電傳感器的測量精度，通過外部時序編程，將R/G/B值分別輸出到生產(chǎn)線PLC（programmable logic controller，可編程序邏輯控制器）上，對每個在產(chǎn)顏色的三個原色單位進行分別控制；另一方面，考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況以及車身測量位置的平整度需求，選擇頂蓋邊緣進行顏色檢測。

首先進行大數(shù)據(jù)分析用以控制閾值的確定?？紤]到實際生產(chǎn)中，不同批次的油漆間存在一定的差異，且在生產(chǎn)過程中會因質(zhì)量等需求進行微量助劑添加，以上變量會導(dǎo)致同一顏色油漆色差的不穩(wěn)定性。對實際生產(chǎn)中30 d超過1萬臺車身進行大數(shù)據(jù)收集與分析，并與此間的顏色抽檢數(shù)據(jù)進行比對，在合格顏色車身的基礎(chǔ)上確認后續(xù)控制所設(shè)定的閾值范圍（圖3）。

圖3 金色噴涂RGB混合比例大數(shù)據(jù)閾值分析Figure 3 Big data threshold analysis of golden spraying RGB mixing ratio

閾值范圍確定后，實際生產(chǎn)中會收集2個數(shù)據(jù)并傳輸至PLC進行比對分析：現(xiàn)場自動讀寫站讀取車身條碼信息中的設(shè)定顏色代碼，以及光電傳感器讀取車身的實際顏色信息。PLC將車身實際顏色信息與設(shè)定顏色代碼所對應(yīng)的閾值范圍進行比對，若在范圍內(nèi)，則認為合格并放行，若不在范圍內(nèi)，則不予放行并發(fā)出報警信息（圖4）。

圖4 自動檢測系統(tǒng)報警機制Figure 4 Automatic detection system alarm mechanism

此外，考慮到30 d的數(shù)據(jù)僅僅是一個樣本，長時間運行過程中因為批次及加料等因素仍可能存在數(shù)據(jù)差異但顏色合格的情況，因此在正式使用中，還需進行一段時間的持續(xù)優(yōu)化。

2.3 顏色檢測控制選址

涂裝車間生產(chǎn)線設(shè)計復(fù)雜，光電傳感器安裝位置的選擇需要考慮以下因素：

（1） 能夠在噴涂后第一時間發(fā)現(xiàn)問題；

（2） 問題發(fā)生后，能以最小成本、最快速度進行返修；

（3） 能與PLC進行互動，能夠收到讀寫站讀取的車身條碼信息；

（4） 濕膜狀態(tài)下油漆的流動性會對檢查效果造成影響；

（5） 需要根據(jù)現(xiàn)場條件確定是否需要考慮防爆。

綜上，色漆噴涂段層間烘干爐后，以及清漆噴涂段面漆烘干爐后都是可供選擇的位置，下面進行逐一分析。

2.3.1 色漆噴涂段層間烘干爐后

車身表面的顏色錯誤及色差主要是由色漆材料及色漆噴涂引起的。因此，色漆噴涂后立即測量，能夠在第一時間檢測出顏色問題；色漆噴涂后通過層間烘干爐后漆膜表層基本無流動，目的是為了避免濕膜狀態(tài)對檢測結(jié)果的干擾。但另一方面，此位置檢測出的問題車身無法立即下線處理，仍需要將車通過清漆噴涂并從烘干爐出去后才能進行確認和返修；出于安全角度，對于涂裝車間整個噴涂段需要考慮防爆的問題。

2.3.2 清漆噴涂面漆烘干爐后

此位置檢測時效比色漆噴涂段層間烘干爐后略差，但發(fā)現(xiàn)問題車后能夠直接對問題車進行測量，并將問題車發(fā)送到需要處理的地方；且已經(jīng)離開噴涂區(qū)域，無需考慮防爆的問題。

2.4 流量監(jiān)控方案選取

經(jīng)過需求識別與比對，選擇了非接觸式流量計作為基礎(chǔ)設(shè)備進行流量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。其優(yōu)勢主要在于不會接觸油漆，避免造成油漆浪費以及油漆污染。

2.5 顏色檢測控制選址

為了確保噴涂過程的全監(jiān)控，防止突發(fā)情況對顏色造成影響。選擇在輸漆管路壁安裝流量計并與PLC進行信號傳輸，由外部編程控制程序進行控制。

控制程序的第一步需要對各色漆的控制閾值進行分別設(shè)定。類似于顏色監(jiān)控方案的閾值設(shè)定，通過較長時間的大數(shù)據(jù)收集與分析，確定每個顏色正常噴涂時所使用的油漆流量變化范圍以進行初步閾值制定。閾值確定后，提取現(xiàn)場讀寫站車身條碼信息中的顏色信息以確定標準噴涂流量范圍，并與流量計實際測定流量傳送至PLC進行比對，確認噴涂是否正常。

綜上，基于RGB三原色理論光電傳感器，針對油漆材料和噴涂過程2個變化點，從單點顏色監(jiān)控和流量監(jiān)控兩方面入手建立了全時段顏色自動檢測系統(tǒng)。

3 自動檢測系統(tǒng)效果驗證

3.1 顏色錯噴檢測驗證

在生產(chǎn)現(xiàn)場正常通過不同顏色的車并比對PLC上的RGB值，確認每種顏色間存在較大差異。以生產(chǎn)現(xiàn)場顏色相似的白色、銀色和灰色車身為例，通過隨車黏貼異色色板，確認錯誤報警功能的可行性，結(jié)果見表1。

表1 白、銀、灰三色RGB混合比例測量值對比Table 1 Comparison of measurement values of white，silver and grey RGB mixing ratio

3.2 涂層少噴檢測驗證

分別設(shè)計了同一個金屬顏色的正常噴涂色板、未噴靜電空氣層色板與未噴清漆層色板，隨車黏貼并正常過車，確認RGB值存在差異性以及報警功能的可行性，結(jié)果見表2。

表2 涂層少噴情況下RGB混合比例比對Table 2 Comparison of RGB mixing ratio under less spraying of coating

3.3 色差檢測驗證

將正常過車數(shù)據(jù)與實驗室手持色差儀抽檢車身數(shù)據(jù)進行對比，確認出現(xiàn)微小色差時，RGB存在一定差異，可以對色差進行檢測。

4 干擾問題點及解決方案

4.1 高精度與高頻報警的選擇

合格的油漆也存在批次、助劑添加等變化點導(dǎo)致的微小顏色差異，由此會導(dǎo)致測量值的不穩(wěn)定性。若上下閾值設(shè)定過緊，即精度設(shè)置過高，容易在復(fù)產(chǎn)、批次更換等特殊時期造成誤報警；若閾值范圍放寬，會有不合格色差漏出的風險。對此的解決方法是調(diào)試前期閾值收緊保證檢測質(zhì)量，后續(xù)持續(xù)優(yōu)化逐步擴大閾值至最佳點：通過大數(shù)據(jù)分析設(shè)置閾值后，持續(xù)關(guān)注生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)變化點（長時間停產(chǎn)后復(fù)產(chǎn)、批次變化、助劑添加等）時的測量值，對報警車身通過實驗室色差儀進行檢測，確認其是否為合格車身，并繼續(xù)由電腦自動收集車身顏色數(shù)據(jù)，若為合格則進一步擴大報警閾值。

4.2 現(xiàn)場環(huán)境對測量精度的影響

光電傳感器對測距、測量方向等有一定的靈敏度，出現(xiàn)超差會導(dǎo)致精度的大幅度降低。在現(xiàn)場實際使用中發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)現(xiàn)場的震動對測量結(jié)果影響最大，其影響主要在兩個方面：一個是震動頻率過高，超過傳感器的額定頻率；另一個是震動后導(dǎo)致測量角度發(fā)生變化?，F(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，車身隨滑橇自動前進以及人員走動等均會造成現(xiàn)場不可避免的較大震動，無法從根本上避免現(xiàn)場震動的影響，因此對震動的解決方案是設(shè)計防振動支架，固定支架以幫助傳感器降低震動頻率。

4.3 設(shè)備有效性確認

精密設(shè)備需要定期的精度檢測以確定其監(jiān)控的正確性。但由于此設(shè)備對距離以及角度有明顯的靈敏反應(yīng)，定期拆下并送檢是適得其反的事情。因此有效性檢測只能在生產(chǎn)現(xiàn)場對正在使用且未被拆下的設(shè)備進行。對此，通過制作檢測標準色板，并定期隨車通過并記錄與比對測量值來進行設(shè)備有效性確認：按照正常工藝將電泳板貼在車身上噴涂，并對此標準色板進行實際RGB值的反復(fù)測量以作為檢測色板的標準RGB值。設(shè)備有效性確認時將此板黏貼在車身頂蓋固定位置并正常通行，在PLC中提取實際測量數(shù)據(jù)，并與標準數(shù)據(jù)進行比對，確認設(shè)備測量值是否出現(xiàn)偏移。

5 結(jié)語

顏色作為汽車涂裝專業(yè)的重要組成部分，也是外觀質(zhì)量的組成部分。錯噴或色差不僅會引起下游工序的抱怨，而且會給終端客戶帶來惡劣印象。隨著汽車行業(yè)自動化、智能化的不斷發(fā)展，全時段自動控制必將取代人工抽檢，并能起到更加全面的控制效果。對某涂裝車間建立全時段自動顏色檢測系統(tǒng)的過程與結(jié)果進行了總結(jié)，并將結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢與用戶需求進行持續(xù)優(yōu)化與改進。