虹科案例 | 光熱測厚技術(shù)助力PSA無底漆涂裝方案

法國標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)（PSA Peugeot Citro?n）最開始是生產(chǎn)胡椒研磨機(jī)，然后將其產(chǎn)品組合擴(kuò)展到自行車等，現(xiàn)在已經(jīng)是歐洲第二大汽車制造商。巴黎郊外的普瓦西（Poissy） 工廠安裝了法國首個緊湊型水性噴漆工藝，并由ABB機(jī)器人控制以及虹科PS工業(yè)涂層測厚儀進(jìn)行涂層厚度的檢測?！拔覀冊谄胀呶鞯臉?biāo)準(zhǔn)噴漆工藝包括應(yīng)用保護(hù)性電泳涂層、密封膠粘劑、紅色底漆（還可以保護(hù)電泳涂層免受紫外線損壞）、兩層色漆和一層清漆，車身在每層之間進(jìn)行烘烤?！惫S機(jī)器人自動化和噴漆經(jīng)理 Philippe Moisan 說， “現(xiàn)在提出了新的緊湊型解決方案，我們?nèi)サ袅吮Ｗo(hù)性底漆，但在兩層色漆之間添加了一種硬化劑，并稍微延長烘烤的時間以提供相同的保護(hù)效果。”

普瓦西工廠是PSA集團(tuán)最重要的標(biāo)致品牌制造基地之一，2010 年生產(chǎn)了 238000 輛 207 系列汽車，包括旅行車，以及雪鐵龍 C3 和 DS3。在工廠里，車身懸掛在緩慢移動的傳送帶上，依次到達(dá)噴漆車間以及噴漆房和烘烤間。在上色之前，它們還會通過覆蓋有鴕鳥羽毛的巨大滾筒，以在涂漆開始之前去除所有最后的灰塵?！?strong>通過從流程中去除底漆階段，我們節(jié)省了大量資金，”Moisan 說， “我們少了一個噴房，少了一個烤箱，我們建造的任何新工廠都可以更小，”他繼續(xù)說道?！坝捎谔砑恿擞不瘎?，新的色漆比以前的油漆成本略高，但我們節(jié)省了底漆，而且隨著該工藝在整個公司的推廣，將規(guī)?；亟档蛢r格。” PSA 是法國第一家使用這項(xiàng)技術(shù)的汽車制造商。

PSA普瓦西工廠的人工與機(jī)器人自動操作在工廠中，車身駛過各個噴漆室，首先由身穿全套防護(hù)服、戴著面罩的人手工噴涂內(nèi)部涂層，他們小心翼翼地移動，熟練地將每一層噴涂到車輛上。機(jī)械臂覆蓋著亮藍(lán)色織物的保護(hù)性包裝，將色漆噴涂在汽車上，以自動化的方式將噴嘴浸入油漆儲備中進(jìn)行補(bǔ)足。由此可見，PSA普瓦西自動化無底漆的新方案的實(shí)施，離不開靈活的機(jī)器手臂去盡可能減少人工操作，保證高效率和安全。另一方面，對于汽車涂層高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的滿足也離不開快速精確的涂層測厚設(shè)備，而他們選擇的是一項(xiàng)新技術(shù)——光熱測厚技術(shù)。

光熱法實(shí)現(xiàn)涂層無損測厚

現(xiàn)階段，人工操作已經(jīng)逐漸減少，這也得益于自動化機(jī)械臂的推廣使用?；谄噰娡慨a(chǎn)線的自動化高要求，PSA選擇了ABB 公司的 IRB 5500 機(jī)器人。“因?yàn)樗麄兪俏ㄒ荒軌蛱峁┛扇菁{ 17 公斤傳感器的頂級安裝解決方案的供應(yīng)商。ABB 解決方案也是唯一一種足夠靈活的機(jī)器人，可以在車輛周圍進(jìn)行 18 種不同的現(xiàn)場測量檢查，”PSA 標(biāo)致雪鐵龍普瓦西工廠機(jī)器人自動化和噴漆經(jīng)理 Philippe Moisan 說。除此以外，噴涂涂層的厚度檢測對于確保與標(biāo)準(zhǔn)噴漆工藝相同的噴漆質(zhì)量保證至關(guān)重要。Moisan 提到："新的色漆層必須足夠厚，以確保電泳涂層免受紫外線的傷害——任何厚度小于22μm，油漆都可能剝落和剝落。"因此，該方案的實(shí)現(xiàn)需要快速精準(zhǔn)的無損測厚設(shè)備。破壞性測厚技術(shù)與接觸式測厚技術(shù)在涂層測厚技術(shù)方面，傳統(tǒng)的測厚技術(shù)并不能夠滿足自動化集成的要求。比如破壞性的顯微鏡截面觀察法，需要切割車體，造成樣件損傷，并且測量步驟繁瑣，需要大量的人工操作；比如接觸式的磁性法、渦流測厚法，大多是人工手持操作，降低了測量效率，并且接觸表面檢測厚度有可能造成涂層損傷，對于工業(yè)自動化的檢測場景難適配。因此，針對普瓦西工廠的汽車涂層厚度測量要求，需要滿足機(jī)械臂集成要求的高精度無損測厚方案。光熱測厚技術(shù)的原理圖

針對于無損測厚，虹科測厚方案基于光熱技術(shù)，其原理如下：首先利用調(diào)制后的激光/LED脈沖對涂層表層進(jìn)行加熱只是加熱1°~2°(對涂層不會有任何傷害和影響)，然后產(chǎn)生的熱量向涂層內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。當(dāng)?shù)竭_(dá)涂層和基材的分界面是，熱輻射會反射，從而被測量頭中的傳感器探測到。而這個特征時間取決于涂層的散熱效率，通過激光信號與紅外傳感器信號的相位差計(jì)算涂層厚度。

這種方法由于表征涂層厚度的不是信號幅度而是信號相位，即輻射熱波相對于激發(fā)光的時間偏移，因此這種測量方式對測量距離或探測角度的變化不敏感。對于曲面、粗糙表面以及濕膜，光熱測厚技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的厚度測量，而不受涂層表面狀態(tài)的影響。在測量時對于同種涂層只需要一次校準(zhǔn)，并且測量精度可優(yōu)于1um，因此也被認(rèn)為是有機(jī)涂層的最佳測量方法。

虹科PS工業(yè)涂層測厚儀（機(jī)械臂版）

為了滿足汽車行業(yè)的自動化集成的測厚要求，虹科提供專業(yè)的機(jī)械臂集成版本的PS工業(yè)涂層測厚儀，采用10.6μm的高能量二氧化碳激光器，以及帶集成冷卻器的紅外探測器和紅外光學(xué)器件。測厚儀能夠在1~2s之內(nèi)測量得到優(yōu)于1μm精度的涂層厚度數(shù)值，同時測量角度±20°，測量距離公差高達(dá)±50mm，能夠準(zhǔn)確測量曲面以及粗糙表面的涂層厚度。更重要的是，可選的ATEX 2G 防爆版的涂層測厚儀都經(jīng)過了國際標(biāo)準(zhǔn)的防爆測試，滿足工業(yè)安全區(qū)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

更高質(zhì)量更緊湊的涂裝工藝

光熱測厚技術(shù)相較于傳統(tǒng)測厚技術(shù)，具有無損非接觸、高精度、高穩(wěn)定性、快速測量、適配基底種類多、操作簡單以及維護(hù)成本低等多種優(yōu)勢。這就是為什么 PSA公司為普瓦西工廠的三條生產(chǎn)線中都添加了一臺集成于ABB機(jī)器人的虹科PS工業(yè)涂層測厚儀（機(jī)械臂版），可以快速檢查汽車上的 18 個點(diǎn)的厚度數(shù)據(jù)，就像一個巨大的機(jī)器人醫(yī)生對每輛車進(jìn)行健康檢查。如果涂層厚度不夠，問題區(qū)域?qū)⒈凰突卮蚰?，汽車車身將通過傳送帶系統(tǒng)送回重新噴漆。經(jīng)過非常成功的試點(diǎn)后，新的緊湊型涂裝流程已于2008 年 11 月投入運(yùn)營。所有三條噴漆線都配備了ABB機(jī)器人和虹科光熱測厚儀系統(tǒng)，目前只有被噴成紅色的汽車正在接受新的噴涂方案。這將逐漸擴(kuò)展到包括其他顏色，2009年底在普瓦西生產(chǎn)的每輛新車都采用了這種緊湊的油漆工藝。

“一旦我們確保系統(tǒng)在普瓦西的成功，我們將擴(kuò)展到 PSA 所有其他使用水性涂料的生產(chǎn)基地的流程，” Moisan繼續(xù)說，“通過緊湊涂裝方案，我們可以繼續(xù)提供客戶期望從標(biāo)致雪鐵龍獲得的相同質(zhì)量、外觀和光澤，同時顯著降低成本，這在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形勢下只會有所幫助?！本o湊型涂裝解決方案的優(yōu)勢包括：不需要底漆意味著材料成本的節(jié)??；隨著新涂料系統(tǒng)的量產(chǎn)，規(guī)模化也將使該系統(tǒng)更加有利可圖；少一個噴房和少一個烘烤間意味著需要更少的占地面積，任何新工廠都可以更小。當(dāng)然，無底漆方案的完善實(shí)施離不開虹科PS 工業(yè)涂層測厚儀（機(jī)械臂版）的輔助，基于光熱測厚法，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)于1μm精度的測厚質(zhì)量，適配各種表面狀態(tài)的有機(jī)涂層，是汽車制造生產(chǎn)線中厚度測量的理想選擇。