一種機器人外殼內凹曲面分段式噴塗裝置的製作方法

2023-12-02 08:15:41 1

本實用新型涉及表面噴塗技術領域，尤其是一種機器人外殼內凹曲面分段式噴塗裝置。

背景技術：

隨著自動化技術的發展，自動化流水線上配置了很多機器人進行生產作業，其效率高，穩定性強，起到了解放人力資源、降低生產成本的功效。為了保證機器人的使用壽命，其表面需要噴塗防鏽漆面進行保護。現有的噴塗設備在噴塗凹曲面結構的表面時，對於塗層噴塗的均勻度控制不夠準確。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種機器人外殼內凹曲面分段式噴塗裝置，能夠解決現有技術的不足，提高了對於凹曲面結構噴塗時的均勻度控制精度。

為解決上述技術問題，本實用新型所採取的技術方案如下。

一種機器人外殼內凹曲面分段式噴塗裝置，包括噴頭，所述噴頭安裝在五自由度機器手上，噴頭的外側設置有雷射測距傳感器；噴頭包括外側的第一錐形噴嘴和位於第一錐形噴嘴內部活動設置的第二錐形噴嘴，第一錐形噴嘴和第二錐形噴嘴分別連接有第一供料管和第二供料管，第二供料管纏繞在輪盤上，輪盤連接有驅動其轉動的伺服電機，第二供料管內部設置有第一導流管，第一導流管與第二錐形噴嘴之間通過氣缸連接，氣缸的伸縮方向與塗料的流動方向相互平行，第一導流管的底部位於第二錐形噴嘴內，第二錐形噴嘴的內表面設置有螺旋凹槽；第一供料管內設置有第一壓力傳感器和第一流量傳感器，第二供料管內設置有第二壓力傳感器和第二流量傳感器；還包括控制器和連接在第一供料管上的第一供料泵，連接在第二供料管上的第二供料泵，控制器的輸入端分別與雷射測距傳感器、第一壓力傳感器、第一流量傳感器、第二壓力傳感器和第二流量傳感器相連，控制器的輸出端分別與五自由度機器手、伺服電機和氣缸相連。

作為優選，所述螺旋凹槽的底部對稱設置有兩個第一導流孔，第一導流孔的頂部相互連通，第一導流孔的頂部與螺旋凹槽底面之間設置有第二導流孔，第二導流孔與螺旋凹槽的底面相互垂直；第一導流孔與螺旋凹槽底面的接口上方設置有第一導流板，第一導流板的底面固定在螺旋凹槽的底面上，第一導流板朝向塗料在螺旋凹槽的流動方向傾斜設置，第一導流板與螺旋凹槽的夾角為27°，第一導流板的底面設置有弧形凸緣。

作為優選，所述第一導流孔與第二導流孔的連接處設置有第二導流管，第二導流管的軸線與第二導流孔的軸線相互重合，第二導流管為單葉雙曲面形狀，第二導流管側壁的中點位置設置有第一通孔，第一通孔的內壁設置有環形排布的若干個第一彈簧體，第一彈簧體的頂部連接有若干個第一折流板，第一折流板的頂面設置有弧形凹槽，相鄰的第一折流板相互滑動搭接。

作為優選，所述第一導流管包括頂部的錐形部和位於錐形部下方的柱形部。

作為優選，所述錐形部與柱形部的連接處設置有導流盤，導流盤上設置有若干個第二通孔，第二通孔的下方連接有第三導流管，第三導流管的底面與柱形部的底面平齊，第三導流管的側壁設置有若干個第三通孔。

作為優選，所述柱形部的底部設置有第二導流板，第二導流板上設置有狹縫，狹縫外側設置有第二折流板。

一種上述的機器人外殼內凹曲面分段式噴塗裝置的噴塗方法，包括以下步驟：

A、控制器通過雷射測距傳感器檢測凹面中心點，控制五自由度機器手將噴頭移動至凹面中心點；

B、開啟第一供料泵，使用五自由度機器手控制噴頭對凹面進行預噴塗；

C、凹面的塗層厚度達到3～5μm後，開啟第二供料泵，調整第一供料泵的流量為初始流量的70%～80%，第二供料泵的流量為第一供料泵初始流量的40%～50%。

作為優選，步驟C中，在初始狀態時，第二錐形噴嘴底面位於第一錐形噴嘴底面上方10mm～15mm處，隨著塗層厚度的增加，第二錐形噴嘴逐漸向第一錐形噴嘴的外側移動；控制器根據監測到的第一供料管內的流量變化和第二錐形噴嘴噴射旋轉面積的要求，控制氣缸帶動第一導流管進行調整。

採用上述技術方案所帶來的有益效果在於：本實用新型通過設計兩個內外套接的噴嘴，利用第二錐形噴嘴內表面的螺旋凹槽實現漆料向外的旋轉噴灑狀態，其與第一錐形噴嘴直線噴出的漆料在噴頭處進行混合，改變了漆料的噴塗狀態，實現了漆料的均勻噴塗。螺旋凹槽內的漆料流經第一導流板時，第一導流板對漆料起到了導流作用，使得第一導流板下方形成了低壓區。在壓力差的作用下，漆料從第二導流孔流入，經過第一導流孔流出，使得螺旋凹槽內的漆料出現局部循環流動的趨勢，從而起到了擴大漆料旋轉流動範圍的作用。弧形凸緣可以降低從第一導流孔流出的漆料對於第二錐形噴嘴內部漆料流動方向的幹擾。第二導流管可以提高第一導流孔和第二導流孔內部漆料的流動速度，從而提高漆料局部流動的範圍。第一導流管的內部結構可以降低第一導流管內部漆料流動過程的紊流，從而便於螺旋凹槽形成旋轉流動的趨勢。第二導流板可以降低由柱形部噴出的直線形流動的漆料和在第二錐形噴嘴內旋轉流動的漆料的相互影響。通過使用兩個噴嘴進行相互獨立的噴塗控制，可以有效調節噴頭不同位置上漆料的分布量和噴塗角度，從而提高對於凹曲面的噴塗精確度。

附圖說明

圖1是本實用新型一個具體實施方式的結構圖。

圖2是本實用新型一個具體實施方式中噴頭的結構圖。

圖3是本實用新型一個具體實施方式中螺旋凹槽的結構圖。

圖4是本實用新型一個具體實施方式中第一導流板的結構圖。

圖5是本實用新型一個具體實施方式中第一通孔內部的結構圖。

圖6是本實用新型一個具體實施方式中第一導流管的結構圖。

圖中：1、噴頭；2、五自由度機器手；3、雷射測距傳感器；4、第一錐形噴嘴；5、第二錐形噴嘴；6、第一供料管；7、第二供料管；8、輪盤；9、伺服電機；10、第一導流管；11、氣缸；12、螺旋凹槽；13、第一導流孔；14、第二導流孔；15、第一導流板；16、弧形凸緣；17、第二導流管；18、第一通孔；19、第一彈簧體；20、第一折流板；21、錐形部；22、柱形部；23、導流盤；24、第二通孔；25、第三導流管；26、第三通孔；27、第二導流板；28、狹縫；29、第二折流板；30、控制器；31、第一壓力傳感器；32、第一流量傳感器；33、第二壓力傳感器；34、第二流量傳感器；35、第一環形擋板；36、第二環形擋板；37、第四通孔；38、弧形凹槽；39、第一供料泵；40、第二供料泵。

具體實施方式

本實用新型中使用到的標準零件均可以從市場上購買，異形件根據說明書的和附圖的記載均可以進行訂製，各個零件的具體連接方式均採用現有技術中成熟的螺栓、鉚釘、焊接、粘貼等常規手段，在此不再詳述。

參照圖1-6，本實用新型一個具體實施方式包括噴頭1，所述噴頭1安裝在五自由度機器手2上，噴頭1的外側設置有雷射測距傳感器3；噴頭1包括外側的第一錐形噴嘴4和位於第一錐形噴嘴4內部活動設置的第二錐形噴嘴5，第一錐形噴嘴4和第二錐形噴嘴5分別連接有第一供料管6和第二供料管7，第二供料管7纏繞在輪盤8上，輪盤8連接有驅動其轉動的伺服電機9，第二供料管7內部設置有第一導流管10，第一導流管10與第二錐形噴嘴5之間通過氣缸11連接，氣缸11的伸縮方向與塗料的流動方向相互平行，第一導流管10的底部位於第二錐形噴嘴5內，第二錐形噴嘴5的內表面設置有螺旋凹槽12；第一供料管6內設置有第一壓力傳感器31和第一流量傳感器32，第二供料管7內設置有第二壓力傳感器33和第二流量傳感器34；還包括控制器30和連接在第一供料管6上的第一供料泵39，連接在第二供料管7上的第二供料泵40，控制器30的輸入端分別與雷射測距傳感器3、第一壓力傳感器31、第一流量傳感器32、第二壓力傳感器33和第二流量傳感器34相連，控制器30的輸出端分別與五自由度機器手2、伺服電機9和氣缸11相連。螺旋凹槽12的底部對稱設置有兩個第一導流孔13，第一導流孔13的頂部相互連通，第一導流孔13的頂部與螺旋凹槽12底面之間設置有第二導流孔14，第二導流孔14與螺旋凹槽12的底面相互垂直；第一導流孔13與螺旋凹槽12底面的接口上方設置有第一導流板15，第一導流板15的底面固定在螺旋凹槽12的底面上，第一導流板15朝向塗料在螺旋凹槽12的流動方向傾斜設置，第一導流板15與螺旋凹槽12的夾角為27°，第一導流板15的底面設置有弧形凸緣16。第一導流孔13與第二導流孔14的連接處設置有第二導流管17，第二導流管17的軸線與第二導流孔14的軸線相互重合，第二導流管17為單葉雙曲面形狀，第二導流管17側壁的中點位置設置有第一通孔18，第一通孔18的內壁設置有環形排布的若干個第一彈簧體19，第一彈簧體19的頂部連接有若干個第一折流板20，第一折流板20的頂面設置有弧形凹槽38，相鄰的第一折流板20相互滑動搭接。第一導流管10包括頂部的錐形部21和位於錐形部21下方的柱形部22。錐形部21與柱形部22的連接處設置有導流盤23，導流盤23上設置有若干個第二通孔24，第二通孔24的下方連接有第三導流管25，第三導流管25的底面與柱形部22的底面平齊，第三導流管25的側壁設置有若干個第三通孔26。柱形部22的底部設置有第二導流板27，第二導流板27上設置有狹縫28，狹縫28外側設置有第二折流板29。

一種上述的機器人外殼內凹曲面分段式噴塗裝置的噴塗方法，包括以下步驟：

A、控制器30通過雷射測距傳感器3檢測凹面中心點，控制五自由度機器手2將噴頭1移動至凹面中心點；

B、開啟第一供料泵39，使用五自由度機器手2控制噴頭1對凹面進行預噴塗；

C、凹面的塗層厚度達到3～5μm後，開啟第二供料泵40，調整第一供料泵39的流量為初始流量的75%，第二供料泵40的流量為第一供料泵39初始流量的50%。

步驟C中，在初始狀態時，第二錐形噴嘴5底面位於第一錐形噴嘴4底面上方10mm～15mm處，隨著塗層厚度的增加，第二錐形噴嘴5逐漸向第一錐形噴嘴4的外側移動；控制器30根據監測到的第一供料管6內的流量變化和第二錐形噴嘴5噴射旋轉面積的要求，控制氣缸11帶動第一導流管10進行調整。

在噴塗過程中，控制器30對第一錐形噴嘴4和第二錐形噴嘴5的噴塗流量和噴塗壓力進行實時監控，流量的控制傳遞函數為：

其中， 。

壓力的控制傳遞函數為：

其中 。

k1～k8為比例係數，h為漆膜厚度，P為目標噴嘴的實時壓力，F為目標噴嘴的實時流量。控制傳遞函數的具體參數根據工況進行測試進而確定。其中對於k1和k6的優化，可以有效提高噴嘴流量和壓力的相對穩定。

另外，為了進一步降低噴頭調整時對於流量和壓力的影響，在第一錐形噴嘴4的內壁設置有第一環形擋板35，第二錐形噴嘴5的外壁設置有第二環形擋板36，第一環形擋板35和第二環形擋板36所處平面之間的夾角為35°，第一環形擋板35位於第二環形擋板36的上方，第二環形擋板36上設置有若干個第四通孔37。當第二錐形噴嘴5向第一錐形噴嘴4的外側移動時，第一錐形噴嘴4的噴漆流道空間逐漸被壓縮減小，與此同時第一環形擋板35對於第二環形擋板36上第四通孔37的阻擋面積逐漸減小，從而對第一錐形噴嘴4的噴漆流道空間被壓縮減小進行緩衝。

本實用新型可以有效提高凹曲面噴塗的均勻度。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。