CN108940677A - 一种机器人外壳内凹曲面分段式喷涂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人外壳内凹曲面分段式喷涂装置，包括喷头，所述喷头安装在五自由度机器手上，喷头的外侧设置有激光测距传感器；喷头包括外侧的第一锥形喷嘴和位于第一锥形喷嘴内部活动设置的第二锥形喷嘴，第一锥形喷嘴和第二锥形喷嘴分别连接有第一供料管和第二供料管，第二供料管内部设置有第一导流管，第一导流管与第二锥形喷嘴之间通过气缸连接，气缸的伸缩方向与涂料的流动方向相互平行，第一导流管的底部位于第二锥形喷嘴内，第二锥形喷嘴的内表面设置有螺旋凹槽。本发明能够改进现有技术的不足，提高了对于凹曲面结构喷涂时的均匀度控制精度。

Description

一种机器人外壳内凹曲面分段式喷涂装置
技术领域
本发明涉及表面喷涂技术领域，尤其是一种机器人外壳内凹曲面分段式喷涂装置。
背景技术
随着自动化技术的发展，自动化流水线上配置了很多机器人进行生产作业，其效率高，稳定性强，起到了解放人力资源、降低生产成本的功效。为了保证机器人的使用寿命，其表面需要喷涂防锈漆面进行保护。现有的喷涂设备在喷涂凹曲面结构的表面时，对于涂层喷涂的均匀度控制不够准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种机器人外壳内凹曲面分段式喷涂装置及其喷涂方法，能够解决现有技术的不足，提高了对于凹曲面结构喷涂时的均匀度控制精度。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种机器人外壳内凹曲面分段式喷涂装置，包括喷头，所述喷头安装在五自由度机器手上，喷头的外侧设置有激光测距传感器；喷头包括外侧的第一锥形喷嘴和位于第一锥形喷嘴内部活动设置的第二锥形喷嘴，第一锥形喷嘴和第二锥形喷嘴分别连接有第一供料管和第二供料管，第二供料管缠绕在轮盘上，轮盘连接有驱动其转动的伺服电机，第二供料管内部设置有第一导流管，第一导流管与第二锥形喷嘴之间通过气缸连接，气缸的伸缩方向与涂料的流动方向相互平行，第一导流管的底部位于第二锥形喷嘴内，第二锥形喷嘴的内表面设置有螺旋凹槽；第一供料管内设置有第一压力传感器和第一流量传感器，第二供料管内设置有第二压力传感器和第二流量传感器；还包括控制器和连接在第一供料管上的第一供料泵，连接在第二供料管上的第二供料泵，控制器的输入端分别与激光测距传感器、第一压力传感器、第一流量传感器、第二压力传感器和第二流量传感器相连，控制器的输出端分别与五自由度机器手、伺服电机和气缸相连。
作为优选，所述螺旋凹槽的底部对称设置有两个第一导流孔，第一导流孔的顶部相互连通，第一导流孔的顶部与螺旋凹槽底面之间设置有第二导流孔，第二导流孔与螺旋凹槽的底面相互垂直；第一导流孔与螺旋凹槽底面的接口上方设置有第一导流板，第一导流板的底面固定在螺旋凹槽的底面上，第一导流板朝向涂料在螺旋凹槽的流动方向倾斜设置，第一导流板与螺旋凹槽的夹角为27°，第一导流板的底面设置有弧形凸缘。
作为优选，所述第一导流孔与第二导流孔的连接处设置有第二导流管，第二导流管的轴线与第二导流孔的轴线相互重合，第二导流管为单叶双曲面形状，第二导流管侧壁的中点位置设置有第一通孔，第一通孔的内壁设置有环形排布的若干个第一弹簧体，第一弹簧体的顶部连接有若干个第一折流板，第一折流板的顶面设置有弧形凹槽，相邻的第一折流板相互滑动搭接。
作为优选，所述第一导流管包括顶部的锥形部和位于锥形部下方的柱形部。
作为优选，所述锥形部与柱形部的连接处设置有导流盘，导流盘上设置有若干个第二通孔，第二通孔的下方连接有第三导流管，第三导流管的底面与柱形部的底面平齐，第三导流管的侧壁设置有若干个第三通孔。
作为优选，所述柱形部的底部设置有第二导流板，第二导流板上设置有狭缝，狭缝外侧设置有第二折流板。
一种上述的机器人外壳内凹曲面分段式喷涂装置的喷涂方法，包括以下步骤：
A、控制器通过激光测距传感器检测凹面中心点，控制五自由度机器手将喷头移动至凹面中心点；
B、开启第一供料泵，使用五自由度机器手控制喷头对凹面进行预喷涂；
C、凹面的涂层厚度达到3～5μm后，开启第二供料泵，调整第一供料泵的流量为初始流量的70%～80%，第二供料泵的流量为第一供料泵初始流量的40%～50%。
作为优选，步骤C中，在初始状态时，第二锥形喷嘴底面位于第一锥形喷嘴底面上方10mm～15mm处，随着涂层厚度的增加，第二锥形喷嘴逐渐向第一锥形喷嘴的外侧移动；控制器根据监测到的第一供料管内的流量变化和第二锥形喷嘴喷射旋转面积的要求，控制气缸带动第一导流管进行调整。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过设计两个内外套接的喷嘴，利用第二锥形喷嘴内表面的螺旋凹槽实现漆料向外的旋转喷洒状态，其与第一锥形喷嘴直线喷出的漆料在喷头处进行混合，改变了漆料的喷涂状态，实现了漆料的均匀喷涂。螺旋凹槽内的漆料流经第一导流板时，第一导流板对漆料起到了导流作用，使得第一导流板下方形成了低压区。在压力差的作用下，漆料从第二导流孔流入，经过第一导流孔流出，使得螺旋凹槽内的漆料出现局部循环流动的趋势，从而起到了扩大漆料旋转流动范围的作用。弧形凸缘可以降低从第一导流孔流出的漆料对于第二锥形喷嘴内部漆料流动方向的干扰。第二导流管可以提高第一导流孔和第二导流孔内部漆料的流动速度，从而提高漆料局部流动的范围。第一导流管的内部结构可以降低第一导流管内部漆料流动过程的紊流，从而便于螺旋凹槽形成旋转流动的趋势。第二导流板可以降低由柱形部喷出的直线形流动的漆料和在第二锥形喷嘴内旋转流动的漆料的相互影响。通过使用两个喷嘴进行相互独立的喷涂控制，可以有效调节喷头不同位置上漆料的分布量和喷涂角度，从而提高对于凹曲面的喷涂精确度。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
图2是本发明一个具体实施方式中喷头的结构图。
图3是本发明一个具体实施方式中螺旋凹槽的结构图。
图4是本发明一个具体实施方式中第一导流板的结构图。
图5是本发明一个具体实施方式中第一通孔内部的结构图。
图6是本发明一个具体实施方式中第一导流管的结构图。
图中：1、喷头；2、五自由度机器手；3、激光测距传感器；4、第一锥形喷嘴；5、第二锥形喷嘴；6、第一供料管；7、第二供料管；8、轮盘；9、伺服电机；10、第一导流管；11、气缸；12、螺旋凹槽；13、第一导流孔；14、第二导流孔；15、第一导流板；16、弧形凸缘；17、第二导流管；18、第一通孔；19、第一弹簧体；20、第一折流板；21、锥形部；22、柱形部；23、导流盘；24、第二通孔；25、第三导流管；26、第三通孔；27、第二导流板；28、狭缝；29、第二折流板；30、控制器；31、第一压力传感器；32、第一流量传感器；33、第二压力传感器；34、第二流量传感器；35、第一环形挡板；36、第二环形挡板；37、第四通孔；38、弧形凹槽；39、第一供料泵；40、第二供料泵。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
参照图1-6，本发明一个具体实施方式包括喷头1，所述喷头1安装在五自由度机器手2上，喷头1的外侧设置有激光测距传感器3；喷头1包括外侧的第一锥形喷嘴4和位于第一锥形喷嘴4内部活动设置的第二锥形喷嘴5，第一锥形喷嘴4和第二锥形喷嘴5分别连接有第一供料管6和第二供料管7，第二供料管7缠绕在轮盘8上，轮盘8连接有驱动其转动的伺服电机9，第二供料管7内部设置有第一导流管10，第一导流管10与第二锥形喷嘴5之间通过气缸11连接，气缸11的伸缩方向与涂料的流动方向相互平行，第一导流管10的底部位于第二锥形喷嘴5内，第二锥形喷嘴5的内表面设置有螺旋凹槽12；第一供料管6内设置有第一压力传感器31和第一流量传感器32，第二供料管7内设置有第二压力传感器33和第二流量传感器34；还包括控制器30和连接在第一供料管6上的第一供料泵39，连接在第二供料管7上的第二供料泵40，控制器30的输入端分别与激光测距传感器3、第一压力传感器31、第一流量传感器32、第二压力传感器33和第二流量传感器34相连，控制器30的输出端分别与五自由度机器手2、伺服电机9和气缸11相连。螺旋凹槽12的底部对称设置有两个第一导流孔13，第一导流孔13的顶部相互连通，第一导流孔13的顶部与螺旋凹槽12底面之间设置有第二导流孔14，第二导流孔14与螺旋凹槽12的底面相互垂直；第一导流孔13与螺旋凹槽12底面的接口上方设置有第一导流板15，第一导流板15的底面固定在螺旋凹槽12的底面上，第一导流板15朝向涂料在螺旋凹槽12的流动方向倾斜设置，第一导流板15与螺旋凹槽12的夹角为27°，第一导流板15的底面设置有弧形凸缘16。第一导流孔13与第二导流孔14的连接处设置有第二导流管17，第二导流管17的轴线与第二导流孔14的轴线相互重合，第二导流管17为单叶双曲面形状，第二导流管17侧壁的中点位置设置有第一通孔18，第一通孔18的内壁设置有环形排布的若干个第一弹簧体19，第一弹簧体19的顶部连接有若干个第一折流板20，第一折流板20的顶面设置有弧形凹槽38，相邻的第一折流板20相互滑动搭接。第一导流管10包括顶部的锥形部21和位于锥形部21下方的柱形部22。锥形部21与柱形部22的连接处设置有导流盘23，导流盘23上设置有若干个第二通孔24，第二通孔24的下方连接有第三导流管25，第三导流管25的底面与柱形部22的底面平齐，第三导流管25的侧壁设置有若干个第三通孔26。柱形部22的底部设置有第二导流板27，第二导流板27上设置有狭缝28，狭缝28外侧设置有第二折流板29。
一种上述的机器人外壳内凹曲面分段式喷涂装置的喷涂方法，包括以下步骤：
A、控制器30通过激光测距传感器3检测凹面中心点，控制五自由度机器手2将喷头1移动至凹面中心点；
B、开启第一供料泵39，使用五自由度机器手2控制喷头1对凹面进行预喷涂；
C、凹面的涂层厚度达到3～5μm后，开启第二供料泵40，调整第一供料泵39的流量为初始流量的75%，第二供料泵40的流量为第一供料泵39初始流量的50%。
步骤C中，在初始状态时，第二锥形喷嘴5底面位于第一锥形喷嘴4底面上方10mm～15mm处，随着涂层厚度的增加，第二锥形喷嘴5逐渐向第一锥形喷嘴4的外侧移动；控制器30根据监测到的第一供料管6内的流量变化和第二锥形喷嘴5喷射旋转面积的要求，控制气缸11带动第一导流管10进行调整。
在喷涂过程中，控制器30对第一锥形喷嘴4和第二锥形喷嘴5的喷涂流量和喷涂压力进行实时监控，流量的控制传递函数为：
其中， 。
压力的控制传递函数为：
其中。
k1～k8为比例系数，h为漆膜厚度，P为目标喷嘴的实时压力，F为目标喷嘴的实时流量。控制传递函数的具体参数根据工况进行测试进而确定。其中对于k1和k6的优化，可以有效提高喷嘴流量和压力的相对稳定。
另外，为了进一步降低喷头调整时对于流量和压力的影响，在第一锥形喷嘴4的内壁设置有第一环形挡板35，第二锥形喷嘴5的外壁设置有第二环形挡板36，第一环形挡板35和第二环形挡板36所处平面之间的夹角为35°，第一环形挡板35位于第二环形挡板36的上方，第二环形挡板36上设置有若干个第四通孔37。当第二锥形喷嘴5向第一锥形喷嘴4的外侧移动时，第一锥形喷嘴4的喷漆流道空间逐渐被压缩减小，与此同时第一环形挡板35对于第二环形挡板36上第四通孔37的阻挡面积逐渐减小，从而对第一锥形喷嘴4的喷漆流道空间被压缩减小进行缓冲。
本发明可以有效提高凹曲面喷涂的均匀度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种机器人外壳内凹曲面分段式喷涂装置，包括喷头（1），其特征在于：所述喷头（1）安装在五自由度机器手（2）上，喷头（1）的外侧设置有激光测距传感器（3）；喷头（1）包括外侧的第一锥形喷嘴（4）和位于第一锥形喷嘴（4）内部活动设置的第二锥形喷嘴（5），第一锥形喷嘴（4）和第二锥形喷嘴（5）分别连接有第一供料管（6）和第二供料管（7），第二供料管（7）缠绕在轮盘（8）上，轮盘（8）连接有驱动其转动的伺服电机（9），第二供料管（7）内部设置有第一导流管（10），第一导流管（10）与第二锥形喷嘴（5）之间通过气缸（11）连接，气缸（11）的伸缩方向与涂料的流动方向相互平行，第一导流管（10）的底部位于第二锥形喷嘴（5）内，第二锥形喷嘴（5）的内表面设置有螺旋凹槽（12）；第一供料管（6）内设置有第一压力传感器（31）和第一流量传感器（32），第二供料管（7）内设置有第二压力传感器（33）和第二流量传感器（34）；还包括控制器（30）和连接在第一供料管（6）上的第一供料泵（39），连接在第二供料管（7）上的第二供料泵（40），控制器（30）的输入端分别与激光测距传感器（3）、第一压力传感器（31）、第一流量传感器（32）、第二压力传感器（33）和第二流量传感器（34）相连，控制器（30）的输出端分别与五自由度机器手（2）、伺服电机（9）和气缸（11）相连；
在第一锥形喷嘴（4）的内壁设置有第一环形挡板（35），第二锥形喷嘴（5）的外壁设置有第二环形挡板（36），第一环形挡板（35）和第二环形挡板（36）所处平面之间的夹角为35°，第一环形挡板（35）位于第二环形挡板（36）的上方，第二环形挡板（36）上设置有若干个第四通孔（37）。
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