本發(fā)明涉及表面噴涂技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種機(jī)器人外殼內(nèi)凹曲面分段式噴涂裝置及其噴涂方法。

背景技術(shù)：

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化流水線上配置了很多機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，其效率高，穩(wěn)定性強(qiáng)，起到了解放人力資源、降低生產(chǎn)成本的功效。為了保證機(jī)器人的使用壽命，其表面需要噴涂防銹漆面進(jìn)行保護(hù)。現(xiàn)有的噴涂設(shè)備在噴涂凹曲面結(jié)構(gòu)的表面時(shí)，對(duì)于涂層噴涂的均勻度控制不夠準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種機(jī)器人外殼內(nèi)凹曲面分段式噴涂裝置及其噴涂方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高了對(duì)于凹曲面結(jié)構(gòu)噴涂時(shí)的均勻度控制精度。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。

一種機(jī)器人外殼內(nèi)凹曲面分段式噴涂裝置，包括噴頭，所述噴頭安裝在五自由度機(jī)器手上，噴頭的外側(cè)設(shè)置有激光測(cè)距傳感器；噴頭包括外側(cè)的第一錐形噴嘴和位于第一錐形噴嘴內(nèi)部活動(dòng)設(shè)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(pán)上，輪盤(pán)連接有驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)，第二供料管內(nèi)部設(shè)置有第一導(dǎo)流管，第一導(dǎo)流管與第二錐形噴嘴之間通過(guò)氣缸連接，氣缸的伸縮方向與涂料的流動(dòng)方向相互平行，第一導(dǎo)流管的底部位于第二錐形噴嘴內(nèi)，第二錐形噴嘴的內(nèi)表面設(shè)置有螺旋凹槽；第一供料管內(nèi)設(shè)置有第一壓力傳感器和第一流量傳感器，第二供料管內(nèi)設(shè)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激光測(cè)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(jī)器手、伺服電機(jī)和氣缸相連。

作為優(yōu)選，所述螺旋凹槽的底部對(duì)稱(chēng)設(shè)置有兩個(gè)第一導(dǎo)流孔，第一導(dǎo)流孔的頂部相互連通，第一導(dǎo)流孔的頂部與螺旋凹槽底面之間設(shè)置有第二導(dǎo)流孔，第二導(dǎo)流孔與螺旋凹槽的底面相互垂直；第一導(dǎo)流孔與螺旋凹槽底面的接口上方設(shè)置有第一導(dǎo)流板，第一導(dǎo)流板的底面固定在螺旋凹槽的底面上，第一導(dǎo)流板朝向涂料在螺旋凹槽的流動(dòng)方向傾斜設(shè)置，第一導(dǎo)流板與螺旋凹槽的夾角為27°，第一導(dǎo)流板的底面設(shè)置有弧形凸緣。

作為優(yōu)選，所述第一導(dǎo)流孔與第二導(dǎo)流孔的連接處設(shè)置有第二導(dǎo)流管，第二導(dǎo)流管的軸線與第二導(dǎo)流孔的軸線相互重合，第二導(dǎo)流管為單葉雙曲面形狀，第二導(dǎo)流管側(cè)壁的中點(diǎn)位置設(shè)置有第一通孔，第一通孔的內(nèi)壁設(shè)置有環(huán)形排布的若干個(gè)第一彈簧體，第一彈簧體的頂部連接有若干個(gè)第一折流板，第一折流板的頂面設(shè)置有弧形凹槽，相鄰的第一折流板相互滑動(dòng)搭接。

作為優(yōu)選，所述第一導(dǎo)流管包括頂部的錐形部和位于錐形部下方的柱形部。

作為優(yōu)選，所述錐形部與柱形部的連接處設(shè)置有導(dǎo)流盤(pán)，導(dǎo)流盤(pán)上設(shè)置有若干個(gè)第二通孔，第二通孔的下方連接有第三導(dǎo)流管，第三導(dǎo)流管的底面與柱形部的底面平齊，第三導(dǎo)流管的側(cè)壁設(shè)置有若干個(gè)第三通孔。

作為優(yōu)選，所述柱形部的底部設(shè)置有第二導(dǎo)流板，第二導(dǎo)流板上設(shè)置有狹縫，狹縫外側(cè)設(shè)置有第二折流板。

一種上述的機(jī)器人外殼內(nèi)凹曲面分段式噴涂裝置的噴涂方法，包括以下步驟：

A、控制器通過(guò)激光測(cè)距傳感器檢測(cè)凹面中心點(diǎn)，控制五自由度機(jī)器手將噴頭移動(dòng)至凹面中心點(diǎn)；

B、開(kāi)啟第一供料泵，使用五自由度機(jī)器手控制噴頭對(duì)凹面進(jìn)行預(yù)噴涂；

C、凹面的涂層厚度達(dá)到3～5μm后，開(kāi)啟第二供料泵，調(diào)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(yōu)選，步驟C中，在初始狀態(tài)時(shí)，第二錐形噴嘴底面位于第一錐形噴嘴底面上方10mm～15mm處，隨著涂層厚度的增加，第二錐形噴嘴逐漸向第一錐形噴嘴的外側(cè)移動(dòng)；控制器根據(jù)監(jiān)測(cè)到的第一供料管內(nèi)的流量變化和第二錐形噴嘴噴射旋轉(zhuǎn)面積的要求，控制氣缸帶動(dòng)第一導(dǎo)流管進(jìn)行調(diào)整。

采用上述技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果在于：本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)兩個(gè)內(nèi)外套接的噴嘴，利用第二錐形噴嘴內(nèi)表面的螺旋凹槽實(shí)現(xiàn)漆料向外的旋轉(zhuǎn)噴灑狀態(tài)，其與第一錐形噴嘴直線噴出的漆料在噴頭處進(jìn)行混合，改變了漆料的噴涂狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了漆料的均勻噴涂。螺旋凹槽內(nèi)的漆料流經(jīng)第一導(dǎo)流板時(shí)，第一導(dǎo)流板對(duì)漆料起到了導(dǎo)流作用，使得第一導(dǎo)流板下方形成了低壓區(qū)。在壓力差的作用下，漆料從第二導(dǎo)流孔流入，經(jīng)過(guò)第一導(dǎo)流孔流出，使得螺旋凹槽內(nèi)的漆料出現(xiàn)局部循環(huán)流動(dòng)的趨勢(shì)，從而起到了擴(kuò)大漆料旋轉(zhuǎn)流動(dòng)范圍的作用?；⌒瓮咕壙梢越档蛷牡谝粚?dǎo)流孔流出的漆料對(duì)于第二錐形噴嘴內(nèi)部漆料流動(dòng)方向的干擾。第二導(dǎo)流管可以提高第一導(dǎo)流孔和第二導(dǎo)流孔內(nèi)部漆料的流動(dòng)速度，從而提高漆料局部流動(dòng)的范圍。第一導(dǎo)流管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以降低第一導(dǎo)流管內(nèi)部漆料流動(dòng)過(guò)程的紊流，從而便于螺旋凹槽形成旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的趨勢(shì)。第二導(dǎo)流板可以降低由柱形部噴出的直線形流動(dòng)的漆料和在第二錐形噴嘴內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的漆料的相互影響。通過(guò)使用兩個(gè)噴嘴進(jìn)行相互獨(dú)立的噴涂控制，可以有效調(diào)節(jié)噴頭不同位置上漆料的分布量和噴涂角度，從而提高對(duì)于凹曲面的噴涂精確度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中噴頭的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中螺旋凹槽的結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中第一導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)圖。

圖5是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中第一通孔內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖。

圖6是本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式中第一導(dǎo)流管的結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1、噴頭；2、五自由度機(jī)器手；3、激光測(cè)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(pán)；9、伺服電機(jī)；10、第一導(dǎo)流管；11、氣缸；12、螺旋凹槽；13、第一導(dǎo)流孔；14、第二導(dǎo)流孔；15、第一導(dǎo)流板；16、弧形凸緣；17、第二導(dǎo)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(dǎo)流盤(pán)；24、第二通孔；25、第三導(dǎo)流管；26、第三通孔；27、第二導(dǎo)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(huán)形擋板；36、第二環(huán)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(shí)施方式

本發(fā)明中使用到的標(biāo)準(zhǔn)零件均可以從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)，異形件根據(jù)說(shuō)明書(shū)的和附圖的記載均可以進(jìn)行訂制，各個(gè)零件的具體連接方式均采用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的螺栓、鉚釘、焊接、粘貼等常規(guī)手段，在此不再詳述。

參照?qǐng)D1-6，本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施方式包括噴頭1，所述噴頭1安裝在五自由度機(jī)器手2上，噴頭1的外側(cè)設(shè)置有激光測(cè)距傳感器3；噴頭1包括外側(cè)的第一錐形噴嘴4和位于第一錐形噴嘴4內(nèi)部活動(dòng)設(shè)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(pán)8上，輪盤(pán)8連接有驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)9，第二供料管7內(nèi)部設(shè)置有第一導(dǎo)流管10，第一導(dǎo)流管10與第二錐形噴嘴5之間通過(guò)氣缸11連接，氣缸11的伸縮方向與涂料的流動(dòng)方向相互平行，第一導(dǎo)流管10的底部位于第二錐形噴嘴5內(nèi)，第二錐形噴嘴5的內(nèi)表面設(shè)置有螺旋凹槽12；第一供料管6內(nèi)設(shè)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(nèi)設(shè)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的輸入端分別與激光測(cè)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(jī)器手2、伺服電機(jī)9和氣缸11相連。螺旋凹槽12的底部對(duì)稱(chēng)設(shè)置有兩個(gè)第一導(dǎo)流孔13，第一導(dǎo)流孔13的頂部相互連通，第一導(dǎo)流孔13的頂部與螺旋凹槽12底面之間設(shè)置有第二導(dǎo)流孔14，第二導(dǎo)流孔14與螺旋凹槽12的底面相互垂直；第一導(dǎo)流孔13與螺旋凹槽12底面的接口上方設(shè)置有第一導(dǎo)流板15，第一導(dǎo)流板15的底面固定在螺旋凹槽12的底面上，第一導(dǎo)流板15朝向涂料在螺旋凹槽12的流動(dòng)方向傾斜設(shè)置，第一導(dǎo)流板15與螺旋凹槽12的夾角為27°，第一導(dǎo)流板15的底面設(shè)置有弧形凸緣16。第一導(dǎo)流孔13與第二導(dǎo)流孔14的連接處設(shè)置有第二導(dǎo)流管17，第二導(dǎo)流管17的軸線與第二導(dǎo)流孔14的軸線相互重合，第二導(dǎo)流管17為單葉雙曲面形狀，第二導(dǎo)流管17側(cè)壁的中點(diǎn)位置設(shè)置有第一通孔18，第一通孔18的內(nèi)壁設(shè)置有環(huán)形排布的若干個(gè)第一彈簧體19，第一彈簧體19的頂部連接有若干個(gè)第一折流板20，第一折流板20的頂面設(shè)置有弧形凹槽38，相鄰的第一折流板20相互滑動(dòng)搭接。第一導(dǎo)流管10包括頂部的錐形部21和位于錐形部21下方的柱形部22。錐形部21與柱形部22的連接處設(shè)置有導(dǎo)流盤(pán)23，導(dǎo)流盤(pán)23上設(shè)置有若干個(gè)第二通孔24，第二通孔24的下方連接有第三導(dǎo)流管25，第三導(dǎo)流管25的底面與柱形部22的底面平齊，第三導(dǎo)流管25的側(cè)壁設(shè)置有若干個(gè)第三通孔26。柱形部22的底部設(shè)置有第二導(dǎo)流板27，第二導(dǎo)流板27上設(shè)置有狹縫28，狹縫28外側(cè)設(shè)置有第二折流板29。

一種上述的機(jī)器人外殼內(nèi)凹曲面分段式噴涂裝置的噴涂方法，包括以下步驟：

A、控制器30通過(guò)激光測(cè)距傳感器3檢測(cè)凹面中心點(diǎn)，控制五自由度機(jī)器手2將噴頭1移動(dòng)至凹面中心點(diǎn)；

B、開(kāi)啟第一供料泵39，使用五自由度機(jī)器手2控制噴頭1對(duì)凹面進(jìn)行預(yù)噴涂；

C、凹面的涂層厚度達(dá)到3～5μm后，開(kāi)啟第二供料泵40，調(diào)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(tài)時(shí)，第二錐形噴嘴5底面位于第一錐形噴嘴4底面上方10mm～15mm處，隨著涂層厚度的增加，第二錐形噴嘴5逐漸向第一錐形噴嘴4的外側(cè)移動(dòng)；控制器30根據(jù)監(jiān)測(cè)到的第一供料管6內(nèi)的流量變化和第二錐形噴嘴5噴射旋轉(zhuǎn)面積的要求，控制氣缸11帶動(dòng)第一導(dǎo)流管10進(jìn)行調(diào)整。

在噴涂過(guò)程中，控制器30對(duì)第一錐形噴嘴4和第二錐形噴嘴5的噴涂流量和噴涂壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，流量的控制傳遞函數(shù)為：

其中， 。

壓力的控制傳遞函數(shù)為：

其中 。

k₁～k₈為比例系數(shù)，h為漆膜厚度，P為目標(biāo)噴嘴的實(shí)時(shí)壓力，F(xiàn)為目標(biāo)噴嘴的實(shí)時(shí)流量?？刂苽鬟f函數(shù)的具體參數(shù)根據(jù)工況進(jìn)行測(cè)試進(jìn)而確定。其中對(duì)于k₁和k₆的優(yōu)化，可以有效提高噴嘴流量和壓力的相對(duì)穩(wěn)定。

另外，為了進(jìn)一步降低噴頭調(diào)整時(shí)對(duì)于流量和壓力的影響，在第一錐形噴嘴4的內(nèi)壁設(shè)置有第一環(huán)形擋板35，第二錐形噴嘴5的外壁設(shè)置有第二環(huán)形擋板36，第一環(huán)形擋板35和第二環(huán)形擋板36所處平面之間的夾角為35°，第一環(huán)形擋板35位于第二環(huán)形擋板36的上方，第二環(huán)形擋板36上設(shè)置有若干個(gè)第四通孔37。當(dāng)?shù)诙F形噴嘴5向第一錐形噴嘴4的外側(cè)移動(dòng)時(shí)，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(shí)第一環(huán)形擋板35對(duì)于第二環(huán)形擋板36上第四通孔37的阻擋面積逐漸減小，從而對(duì)第一錐形噴嘴4的噴漆流道空間被壓縮減小進(jìn)行緩沖。

本發(fā)明可以有效提高凹曲面噴涂的均勻度。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。