【汽车】涂装线照明的设计及应用

引言

【摘要】本文主要介绍了涂装车间照明的种类及形式。以光的基本特性为基础，结合涂装各类工位对照度、色温、显色性等照明特性的需求，分析涂装线照明的设计及应用。

随着中国汽车产业高速发展，汽车业的竞争日趋激烈。用户在追求整车性能的同时，对外观的要求也不断提高。汽车表面的喷涂质量将直接影响用户对整车外观评价。虽然现代汽车生产管理自动化程度很高，但车身漆膜的打磨、抛光、检查等决定整车漆膜品质的工作仍然需要用肉眼来观察识别，肉眼判断的能力一方面受主观因素影响，另一方面与照明效果也是息息相关的。因此做好涂装车间照明的设计是不可或缺的。

光的基本概念

1.1 照度

通俗的说，照度是指物体被照亮的程度。具体指单位面积所接收的光通量，以垂直面所接收的光通量为标准，即单位面积所含的光通量，反应光照强度，单位为Lux。一般情况下，夏日阳光下为6万-10万Lux，阴天室外为0.1万-1万Lux。

对于照度的计算可依照以下公式：

Eav=u*n*Φ/(A*D)

Eav--- 照度，Lux；

u---空间利用系数，它与室体形状系数（K）、壁板反射率等有关；

D---减光补偿率，根据保养程度良、中、劣，分别取1.4、1.7、2.0；

n---灯的数量，一般指灯的盏数，只；

Φ---光通量，一般指每盏灯的光通量，lm；

A---房间面积，m2；

2.1 色温

色温表示的是光源光色的尺度，单位为K（开尔文）。当某一种光源（热辐射体）的色品与某一温度下的完全辐射体（黑体）的色品完全相同时。完全辐射体（黑体）的温度即为该光源（热辐射体）的色温。人们通常说的“暖色”和“冷色”即指色温。

人们的日常生活和色温是息息相关的，如电脑显示屏通常会设置9300K、6500K、5000K三种色温模式供选择，摄影也可通过彩色滤光镜来调节色温，以得到准确的色彩表现。

常见的光源的色温表现，见图1。

1.2 显色性

显色性是指光源对物体色彩的影响，该影响是由于观察者有意识或无意识地将它与参比光源下的色标相比较而产生的。光的色彩表现力不单单取决于光的色温，还要视光的显色属性而定。显色性越高的光源对颜色的再现越好，我们所看到的颜色的逼真程度也越高，越接近自然原色。

显色性通过显色指数Ra来表达，最高为100。一般用于评定指标的场所的照明需要显色指数在80以上，显然对于一般涂装车间的检查、评定工位的照明需要显色指数80以上。

1.3 损坏因数

损坏因数指物品在光源的照射下，受到光辐射及热辐射的损坏程度。一般损坏包括褪色，结构、材料的脆裂等，主要取决于材料的性质、照度水平、暴露时间以及辐射的光谱构成等。

涂装油漆材料都具备一定的耐候性能，但为了减少对漆膜及车身的辐射损害，也应该采用损坏因数较小的灯具，如荧光灯。

灯具

2.1 灯具种类

灯具的种类繁多，主要用于生活办公照明、商用照明、工业照明、公共照明等，而涂装车间内灯具主要分为以下几种：

带灯罩涂装柜灯，主要用于开放式室体，如涂胶工位。

不带灯罩涂装柜灯，主要用于密闭式室体，如打磨、喷漆等工位。

光学棱镜灯，主要用于检查类室体，如抛光、Audit等工位。

防爆灯，主要用于喷漆类室体内部的辅助照明，如喷漆、点修补等工位。由于其成本及维护费用高，安装复杂，照明效果不理想等因素，不推荐防爆灯的广泛应用。

普通吸顶式或线槽灯，主要用于一般性非工位照明，如喷漆室洁净间、防尘存储区域等。

2.2 防护等级

灯具的防护等级指防尘防水性能，用IP等级表示，有两个数字组成，数字由0-6或7，分别代表不同的防尘或防水等级，数字越大，代表防护等级越高。

对于涂装车间内灯具一般采用IP60等级，为最高防尘等级，最低防水等级。然而目前水性漆喷涂工艺已成为主流工艺，喷涂区域的湿度被大幅提升，而且喷漆室应常年恒温恒湿，与周围环境的温湿度差距较大，容易产生冷凝水，所以用于喷漆室的灯具也可采用IP64等级，提高灯具的防水性能。

2.3 反光板

涂装车间用灯具除了防爆灯，其他种类的灯具均需要配备反光板。反光板多为镜面铝材料，由机械压制成型，其目的是聚集光线和控制光照的方向及范围。一般分圆弧型反光板（即直射型）和抛物线型反光板（即斜射型），其中抛物线型反光板又分为向上斜射和向下斜射两种。

2.4 镇流器

目前应用较多的应属电子镇流器，相对于传统的电感镇流器来说，电子镇流器具有快速启动、无频闪、噪音低、温升低等优点，同时能够很好的保护使用者的视力，有效延长灯管使用寿命，并可使系统节电高达20%以上。

2.5 减光补偿率

在灯具使用一定时期之后，在规定表面上的平均照度或平均照度与该灯具在相同条件下新安装时在同一表面上所得到的平均照度相比均会下降，因此需要有减光补偿率，减光补偿率反映了灯具的损耗或折旧。所以在设计生产线时，照度应有一定的预留区间，以保证生产线在一定时期后，灯具发生损耗后仍能保证工位的照度需求。

涂装照明的设计应用

涂装车间照明光源应选择显色性出色、低能耗、使用寿命长的三基色荧光灯系列。

涂装车间用于工艺照明的有打磨、喷漆、检查、修补等工位，由于工位的特殊性，对照明的需求也各不相同。根据工位的不同结构形式，那么所选用的灯具的形式也不尽相同。

针对涂装车间工位复杂繁琐，可按照工位特性进行分类：

打磨涂胶类工位：包括电泳打磨、中涂打磨、离线打磨、涂密封胶、底涂PVC等

喷漆点补类工位：包括中涂喷漆、面漆喷漆、点修补、离线修补等

检查交验类工位：包括检查精修、交验、Audit评分等

一般非工艺区域：包括喷漆室洁净区、分色防尘区、存储流转区域等

3.1 照度要求及计算

涂装工位照明对照度的要求各不相同，行业上也没有明确的标准及要求。根据工位特点及需求分析，工位照度值可参照下表：

3.1.1 各类工位室体的照明要求

涂装车间常见的室体及工作区照度需求如下表1。

3.1.2 喷漆室的照明计算

喷漆室的照明计算一般按前文所介绍的计算公式，计算得出喷漆室所需灯管的数量。

n=A*D*Eav/（u*Φ）

其中u---空间利用系数，它与室体形状系数（K）、壁板反射率等有关，可以根据下表2选取：

K=BL/H(B+L)

式中： K 喷漆室形状系数；

B 喷漆室工作区宽度；

L 喷漆室工作区长度；

H 喷漆室工作区高度；

反射率与喷漆室工作区内壁板颜色有关，白色为60%-80%，用镀锌板、铝合金板、不锈钢板制的喷漆室壁板内表面不涂漆，反射一般大于60%。

3.1.3 工位室体的照明计算

前文已经提到了一种照度的计算公式，事实上依据公式计算是很繁琐的，且很多工位室体采用开放式的，室体周围没有壁板，采用此公式计算存在反射率无法选取的问题。

对于涂装工位室体照明，我们也可以采用一种类比的方法快速的推算所需灯具的型号及数量，现举例检查精修工位的照明设计，方法如下：

现有检查精修室36m（长）*5m（宽），其平均照度为1000Lux，光源（灯管）数量为6/m，功率为36w。需设计一条48m（长）*5m（宽）的检查精修室。可通过调整光源的数量或光源的功率来调整照度。按照设计平均照度为1500Lux，若调整光源数量，则新建检查精修室光源数量应为：6/m*（1500/1000）=9/m；若调整光源的功率，则新建检查精修室光源功率应为：36w*（1500/1000）=54w，即可选用58w光源。

这种方法简单可行，如若在测量现有生产线照度时发现车身的局部区域照度不均或不足，则可在设计时考虑增加这些部位的照明效果，以规避此类问题。

3.2 色温的选择

对色温的要求，涂装车间用照明色温一般分冷色光、暖色光及中性光。

冷色光色温一般在5300K以上，其优势在于使人精力集中，但长时间易使人产生疲劳感。

暖色光色温一般在3300K以下，给人一种温馨舒适的感觉，缓解疲劳感，但易使人过于放松懈怠。

中性光是色温处于冷色和暖色之间，一般在3300K-5300K之间，其光线柔和，适中，充分融合了冷色光和暖色光的特点，所以中性光越来越得到大多数汽车厂家的青睐。并被广泛的应用于涂装车间的打磨工位及非工艺照明区。

喷漆工位，如喷漆室和点修补室等工位，玻璃上易凝聚漆雾，阻挡部分光线，影响照明效果，采用明亮度较好的冷色光源更有利于减弱光线受阻所带来的不利影响。

对于检查类室体（检查精修、Audit等）采用光学棱镜灯较好。涂装漆膜检查属于精细程度较高的工作，对照度要求高，光源的性能及光照角度也有一定的要求。光学棱镜灯的主要特点：

（1）在灯具玻璃板内侧增加了一层棱镜板，通过棱镜板的折射及漫反射作用减轻灯具的眩光效果，使光源能够更加均匀分散的照射在车身上；

（2）不同的颜色在不同色温的光源下的色彩表现力是不同的，而光学棱镜灯采用的冷色光+暖色光+冷色光，正是要在车身表面呈现相间的冷暖色光源，实现不同色温条件下对各种颜色的检测；

（3）通过棱镜板、黑色阻光带及冷暖色光源的作用，使灯光在车身表面呈现白、黄相间的条纹，鲜明的对比效果能够使车身表面的凹凸、划痕、孔洞等缺陷更加明显的显现出来，更有利于检查者对于车身涂膜各种缺陷的分辨，如图所示。

3.3 显色性

涂装车间的生产作业与颜色息息相关，所以一般选择显色性较好的光源，显色指数Ra应在80以上，而显色指数在90以上的光源多因其价格昂贵，且为全进口产品，在国内的汽车厂商应用相对较少。因此，显色指数Ra在80-90之间的光源，最适宜用于涂装车间照明。

3.4 照明安装方式

3.4.1 打磨类工位

打磨类工位的照明灯具不宜布置在室体内部，其一是室体内部灰尘较大，灯具表面会沉积灰尘不宜清理，影响照明效果并降低灯具使用寿命；其二是室体内部空间限制，若将灯具布置于室体内部，则室体宽度势必增加，其能耗也会随之增加。

灯具应采用斜射类灯具，抛物线型反光板，这样能够减少灯光直射对眼睛的危害。轿车车身发盖位置较低，接收的光照度较少，容易出现照度不足的问题，可根据实际情况增加顶部辅助照明。如下图所示：

3.4.2 喷漆等特殊工位

喷漆及点补类工位室体内电气设备需满足不低于dⅡBT4等级的防爆要求，室体内部的照明灯具需为防爆灯，如前文所述，涂装车间照明应尽量减少防爆灯的使用，另外喷漆所产生的漆雾也会对灯具造成污染，且不易清洁，所以喷漆类工位照明应布置于室体外部。若照度不足或需要辅助照明时，可在室体内部增加防爆灯具。

与打磨工位类似，建议采用抛物线型反光板的斜射类灯具。如下图所示：

目前，面漆喷涂的自动化程度越来越高，而机器人的控制柜一般都布置在喷漆室洁净间内，在布置喷漆室自动喷涂段照明时，应避免灯具与机器人控制柜干涉，灯具的维修应不受控制柜的影响，另外也要考虑自动喷涂段监控人员的视线不受灯具遮挡。考虑安装问题，应在机器人控制柜安装固定前安装灯具，或在安装控制柜时预留灯具的安装操作空间。

3.4.3 检查类工位

检查交验类工位是涂装车间唯一需要照明光线直射车身的，以使眼睛能够在车身上观察到灯具的反射光，与无反射光区域形成鲜明对比，来分辨凹凸、孔洞、橘皮等缺陷，因此，应采用圆弧型反光板的直射类灯具。

需要5个方位的光线直射，才能保证整车表面都在光线的直射范围内，采用光学棱镜灯，达到更好的全方位的照明效果，更利于操作者对于车身涂膜质量缺陷的检查。

3.4.4 一般性照明

一般性照明包括喷漆室洁净区、存储区域、分色区及转运区等。此类照明区域的空间结构形式并无特定的规律，照度要求低，也无特殊要求，所以灯具的安装方式也就比较随意，多采用吸顶式灯具、嵌入式灯具或线槽灯。此类灯具具备成本及维护费用低，安装方便简洁，占用空间小等特点。

结论

色彩的表现离不开光芒，合适的工艺照明是良好漆膜质量的必要条件。照明种类繁多，而涂装车间工序复杂多样，对照明的选择空间就很大。本文只是对目前各大汽车厂商较为常用的照明形式进行了简要的分析，但在实际设计过程中，应根据生产线的特点，对照明的选择及设计不断的探索和研究，尤其是对光与色结合最为密切的检查区的照明，仍具有很大的研究空间，以充分的发挥照明的作用，为取得良好的漆膜质量提供绝佳的条件。

来源：现代涂料与涂装