CN105935653A - 涂装工艺的车体擦净系统及擦净方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涂装工艺的车体擦净系统，包括车体机械运输设备，控制器、分别设置在所述的车体机械运输设备两侧并与控制器可控连接的擦净机器人，所述的车体机械运输设备上设置有限位结构，所述的擦净机器人包括地装式或者外加行走轴式机器人，固定连接至机器人末端轴上作为擦净执行机构的剑刷，以及向所述的剑刷供给清洁剂的溶液供给控制系统。使用擦净机器人擦净，基于机器人可调整姿态的灵活性，可有效规避密封胶涂覆部位，在密封胶喷涂之后不必设置密封胶烘干工艺段，即可进行擦净作业。可节省设备成本、能源消耗、车间占用面积和维护保养成本等。

Description

涂装工艺的车体擦净系统及擦净方法

技术领域

本发明是适用于汽车涂装领域的智能化新技术，特别是涉及一种涂装工艺的车体自动擦净系统，根据涂装车间的工艺规划，可用于中涂前或面涂前的自动擦净工艺段，以取代人工擦净或者鸵鸟毛擦净。

背景技术

随着轿车市场竞争日益加剧，产品质量、成本控制和整车产量等已经成为影响综合竞争力的重要因素。涂装是汽车制造的一个重要工艺环节。涂装主要起到汽车表面防锈、防蚀、机械保护、增加寿命和美观等作用，涂装质量是产品全面质量的重要方面之一。产品涂装质量的好坏不仅反映了产品防护、装饰性能,而且也是构成产品价值体现的重要因素。

节能环保是现代汽车工业的发展趋势，擦净机器人的使用也符合这种发展趋势。涂装车间一般工艺流程为：水洗→脱脂→磷化→电泳→烘干→打磨→密封胶喷涂→烘干→打磨→中涂→烘干→打磨→面漆→烘干→检查精修→抛光等。

在中涂工艺段之前和面漆喷涂工艺段之前均有擦净步骤，现有技术中，一般采用人工或者鸵鸟毛擦净机。鸵鸟毛擦净机通常由预电离站、顶部滚轮站、斜滚轮站、垂直滚轮站和后电离站等组成，但在使用过程中必须定期清洁辅具上的漆块和漆渣，防止刮伤和污染鸵鸟毛，避免鸵鸟毛碎片粘接在工件表面。而且仅适用于外形相对简单的工件，同时需严格控制擦净时鸵鸟毛的嵌入深度。对于外形较为复杂的工件，鸵鸟毛嵌入过深，鸵鸟毛和工件之间的摩擦过甚，缩短鸵鸟毛的寿命，同时也容易在工件表面遗留鸵鸟毛羽毛碎片，影响后续工艺的产品质量。

而且在密封胶喷涂和中涂工艺段之间，使用鸵鸟毛擦净机擦净，必须增加密封胶烘干工艺段，以避免密封胶和鸵鸟毛之间的粘结，造成时间、空间以及能源上的浪费。

发明内容

本发明的目的是针对现有擦净技术中存在的技术缺陷和使用局限性，而提出一种车体擦净系统及擦净方法，以提高擦净效果和擦净效率。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种涂装工艺的车体擦净系统，包括车体机械运输设备，控制器、分别设置在所述的车体机械运输设备两侧并与控制器可控连接的擦净机器人，所述的车体机械运输设备上设置有限位结构，所述的擦净机器人包括地装式或者外加行走轴式机器人，固定连接至机器人末端轴上作为擦净执行机构的剑刷，以及向所述的剑刷供给清洁剂的溶液供给控制系统。

所述的机器人为6轴多关节通用机器人，或者外加行走轴的7轴机器人。

所述的溶液供给控制系统包括储液罐、一级泵柜和包含溶液缓存罐的二级泵柜，一级泵柜用以将储液罐内清洁剂输送至二级泵柜内部的溶液缓存罐，二级泵柜用以将溶液缓存罐中的清洁剂输送至剑刷雾化器，清洁剂经过雾化处理后加湿剑刷。

剑刷于靠近其安装法兰的末端，在刷毛的上下两侧各有一个笼式旋转刮刀，所述的笼式旋转刮刀包括受驱旋转的刮刀架，轴向延伸地设置在所述的刮刀架上的刮刀，所述的刮刀架两侧对应地设置有用以吹扫所述的刮刀的压缩空气喷嘴和经排风管连通至抽吸过滤器的排风口。

在所述的排风口处设置振动膜片以防止灰尘颗粒等杂质粘接沉积。

还包括设置在所述的车体上的身份识别卡，以及可读取所述的身份识别卡并与所述的控制器通讯连接的身份读取机构。

一种所述的车体擦净系统的步进模式擦净方法，包括以下步骤：

1)欲进行中涂或面漆喷涂的车体通过车体输送滚床进入自动擦净工位，限位机构将车体固定在预定位置，

2)左侧的擦净机器人首先启动，依次对车体前盖左侧部分、左侧A柱、车顶左侧部分、后盖顶面左侧部分，以及整个后盖后侧面、左侧C柱、左侧C柱侧围、左前翼子板、左前门、左B柱、左后门进行擦净，

3)为避免左右两侧机器人的干涉碰撞风险，右侧擦净机器人的启动相对于左侧擦净机器人的启动延迟特定时间，并依次对车体前盖右侧部分、右侧A柱、车顶右侧部分、后盖顶面右侧部分，右侧C柱、右侧C柱侧围、右前翼子板、右前门、右B柱、右后门进行擦净；

其中，在擦净机器人擦净过程中，剑刷的刷毛与待擦净区域表面时刻保持垂直姿态，擦净机器人手臂的移动不超过设定速度，剑刷刷毛在擦净表面上的下压深度需控制在设定的范围之内。

车体前盖和A柱的擦净过程包括以下子步骤；

a)剑刷自前窗擦向车体前盖前部，

b)然后剑刷姿态调整至与发动机前盖的沟槽相平行方向，自内而外、自前而后将沟槽凹面曲线部分擦净；

c)车体前盖擦净后自下而上擦净A柱以进一步擦净车顶。

待进行中涂的车体在喷胶之后不经烘干直接进入自动擦净工位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用剑刷与机器人集成为擦净机器人，代替鸵鸟毛擦净系统，对车身等工件外表面进行清洁，去除车身外表面上的灰尘、纤维和水分，最大限度减少后续喷涂工艺可能产生的颗粒、纤维等喷涂缺陷。擦净机器人的剑刷在擦净作业过程中，使用清洁剂加湿刷毛，提高擦净质量，并去除车身表面静电荷，对于自动喷漆工艺高压静电喷枪设备，可以提高油漆的附着率和利用率，减少油漆对喷漆室环境的污染。

使用擦净机器人擦净，基于机器人可调整姿态的灵活性，可有效规避密封胶涂覆部位，在密封胶喷涂之后不必设置密封胶烘干工艺段，即可进行擦净作业。可节省设备成本、能源消耗、车间占用面积和维护保养成本等。

附图说明

图1所示为本发明的涂装工艺的车体擦净系统的结构示意图；

图2所示为擦净车体表面结构示意图；

图3所示为单侧擦净机器人车体擦净工艺路径规划1-6步骤示意图；

图4所示为单侧擦净机器人车体擦净工艺路径规划7-8步骤示意图；

图5所示为单侧擦净机器人车体擦净工艺路径规划9-15步骤示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施实例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-2所示，本发明中的涂装工艺的步进式车体擦净系统包括车体机械运输设备，如车体输送滚床或输送链条等；控制器、分别设置在所述的车体机械运输设备两侧的擦净机器人，所述的车体机械运输设备上设置有气动限位结构。具体来说，所述的擦净机器人包括地装式机器人或者外加行走轴式机器人21，安装在机器人21的末端轴端部法兰上的清洁除尘除静电设备剑刷22，以及向所述的剑刷供给清洁剂的溶液供给控制系统。其中，地装式机器人是指将机器人基座固定在特定的地面基础之上，外加行走轴式机器人是指在地面基础之上安装与机运方向平行的固定直线导轨20，将机器人基座安装于直线导轨的滑块之上，机器人即可在直线导轨上沿着与机运平行方向往复移动，能够实时跟踪工件的移动，提高作业效率。擦净机器人在直线导轨上移动也能够保证较高的重复定位精度。如此即可为机器人的姿态调整及控制增加一个自由度，即增加一个外部轴。一般地，所述的机器人为6轴多关节通用机器人。

在涂装车间使用中涂擦净机器人，因为本发明的擦净机器人，能够对剑刷的擦净路径和擦净姿态进行灵活精确控制，可以规避车体的涂胶部位，与鸵鸟毛擦净机相比，无需设计涂胶段和中涂喷漆之间的烘干炉段，节省设备成本，较小设备占地面积和能源消耗等。使用面漆擦净机器人，可节省人工劳动，提高作业效率，保证产品质量的稳定性和一致性。

其中，所述擦净机器人的剑刷为保证自身刷毛的清洁度，采用湿擦工艺，使用雾化器在剑刷刷毛上喷洒经压缩空气雾化的清洁剂，如此即可在刷毛上附着一层极薄的防静电清洁剂，能够有效清除非常细小的灰尘颗粒和纤维等杂质的同时，还能保持工件表面干燥状态，加湿后的刷毛也起到消除摩擦静电的作用。

所述的溶液供给控制系统包括储液罐30、一级泵柜33和包含溶液缓存罐31的二级泵柜34，一级泵柜用以将储液罐内清洁剂将溶液输送至二级泵柜内的溶液缓存罐，二级泵柜用以将缓存罐中的清洁剂通过清洁剂管路32输送至剑刷雾化器，清洁剂经过雾化处理后加湿剑刷。开启清洁剂供给特定时间后使刷毛达到基本的湿润状态，擦净机器人即可开始擦净工作；其中，具体来说，所述的一级泵柜和二级泵柜的动力源为气动泵或者电动泵。采用两级泵柜的机构形式可以保证剑刷清洁剂供给的连续性。工作原理如下：溶液缓存罐设置有溢出检测传感器、正常液位传感器和最低液位检测传感器，如果溢出检测传感器检测到溶液或者最低液位检测传感器检测到没有溶液，系统报警，给出故障提示。如果正常液位传感器检测不到溶液，一级泵柜开始工作，向缓存罐输送溶液，待正常液位传感器再次检测到溶液时，一级泵柜停止工作。一级泵柜的启动和停止之间需间隔设定时间，即通过液位传感结合时间差控制避免一级泵柜的频繁启动和停止并保证液位正常。如果储液罐中的清洁剂消耗殆尽时，溶液缓存罐中的溶液供给时间可以保证更换新的装满溶液的储液罐，保证剑刷工作的连续性。

为便于清除刷毛上附着的颗粒灰尘等杂质，剑刷刷毛具有自我清洁功能。具体来说，剑刷于靠近其安装法兰的末端，在刷毛的上下两侧各有一个笼式旋转刮刀，所述的笼式旋转刮刀包括受驱旋转的刮刀架，轴向延伸地且呈圆形均匀间隔设置在所述的刮刀架上的多个，如三个刮刀，所述的刮刀架两侧对应地设置有与气源通过压缩空气管路40连通的且用以吹扫所述的刮刀的压缩空气喷嘴和经排风管41连通至抽吸过滤器42的排风口。其中，笼式旋转刮刀在圆皮带的带动下以相对剑刷刷毛转动相反的方向转动，笼式旋转刮刀的刮刀相对刷毛横向设置并将附着在刷毛上的杂质刮出刷毛，被刮下的杂质在压缩空气的作用之下脱离刮刀并被吹向剑刷的排风口，即，采用笼式结构，首先旋转的三个刮刀依次与刷毛切割式接触并将杂质刮除，将杂质刮落或者粘附在刮刀上，同时，刮刀架上形成吹扫气流，将脱离与刷毛接触的杂质以及刮刀上的杂质吹落并收集，实现循环式自清洁效果。

为有效将吹向剑刷排风口的颗粒灰尘等杂质过滤并收集，剑刷设置有自我排风功能。在剑刷末端的排风口处设置振动膜片，有效防止颗粒灰尘等杂质粘接沉积，对于具有粘性的杂质颗粒同样能够起到防堆积粘结作用。被吹向剑刷的排风口的颗粒灰尘等杂质，在抽吸过滤器42的作用下，顺着排风管41进入抽吸过滤器，抽吸过滤器设置有杂质过滤装置，过滤掉颗粒灰尘等杂质，并排风至室体外部。

擦净机器人工作一定的时间之后，剑刷本体及安装在剑刷之上的线缆、通讯模块和接头等电子元器件，会沉积颗粒灰尘等杂质，擦净机器人剑刷本体的自我除尘功能即可解决此问题。擦净机器人采用旋风喷头，安装在擦净工位的预定位置，依靠压缩空气，可定期清除附着在剑刷本体支撑结构、外围线缆接头、通讯模块和传感器等部件之上附着的颗粒灰尘等杂质。同时剑刷安装有刷毛压力缓冲气囊、碰撞传感器和速度传感器。压力缓冲气囊用于抵消剑刷刷毛的下压阻力，碰撞传感器实时检测潜在碰撞风险，速度传感器用于检测剑刷刷毛的转动速度。

同时，为提高其实用性，还包括设置在所述的车体上的身份识别卡，以及可读取所述的身份识别卡并与所述的控制器通讯连接的身份读取机构。控制器可根据身份信息直接识别车型，根据识别的车型，执行与车型相适应的擦净程序。本发明的车体擦净系统，能够自动识别不同车型，执行相应的擦净程序，且能够适应擦净表面形状复杂的车型，实现智能化和柔性化生产。清洁剂同时兼有除静电功能，与鸵鸟毛擦净机相比，不需设置单独的电离站。

如图2所示，将车体的待擦净表面分割成前盖51、前翼子板52、前门53、后门54、侧围55、车顶56、后盖57、A柱58、B柱59、C柱60等，将车体划分区域使得擦净效率高、擦净效果好、擦净路线简单，当然，针对不同的车型，根据车体表面的复杂情况，适当增加或减少擦净工艺的区域划分。

具体来说，采用所述的步进式车体擦净系统的擦净方法，包括以下步骤，

1)打磨后待擦净的车体在车体机械运输设备输送下直接进入擦净工位，气动限位机构将车体限定在预定位置，

2)左侧的车体擦净机器人首先启动，依次对车体前盖左侧部分、左侧A柱、车顶左侧部分、后盖顶面左侧部分，以及整个后盖后侧面、左侧C柱、左侧C柱侧围、左前翼子板、左前门、左B柱、左后门进行擦净，

3)右侧的车体擦净机器人在左侧车体擦净机器人启动特定时间后启动，并依次对车体前盖右侧部分、右侧A柱、车顶右侧部分、后盖顶面右侧部分，右侧C柱、右侧C柱侧围、右前翼子板、右前门、右B柱、右后门进行擦净；

其中，在擦净过程中，剑刷的刷毛保持与待擦净区域表面垂直。已擦净区域不能重复执行擦净工作，根据擦净表面的平整情况，剑刷刷毛在擦净表面下压深度需控制在设定范围之内。

针对车体前盖存在凹槽曲线的情况，车体前盖和A柱的擦拭过程包括以下子步骤；

a)剑刷自前窗擦向车体前盖前部，

b)然后剑刷姿态调整至与发动机前盖的沟槽相平行方向，自内而外、自前而后将沟槽凹面曲线部分擦净；即，沟槽曲线内侧的车体，即前盖中部采用自后往前一下擦净，对于沟槽凹槽曲线及其外侧的部分采用自内而外擦净，这样进一步适应前车盖的曲面特性，尤其是车体前盖两侧的曲面设计，保证擦净效果。

c)车体前盖擦净后自下而上擦净A柱以进一步擦净车顶。

针对某款轿车，假定该车型擦净总面积为S。

左侧擦净机器人擦净路径和时间规划，如图3至图5所示，

(1)前盖

左侧车体擦净机构前盖作业需要a1，其中调整姿态时间a11，擦净工作时间a12。由于前盖两侧的沟槽的影响，左侧车体擦净机构擦前盖分为3步。先从车前窗擦向发动机盖前部，返回至沟槽方向，擦净轨迹沿着从沟槽曲线到前盖侧边。沟槽的擦净路径一般需要路径2和路径3两步完成。

(2)A柱

擦完前盖，调整左侧车体擦净机构到合适的姿态，开始执行A柱的擦净作业。A柱路径简单，表面积较小，使用剑刷中部，一次路径4即可完成。擦净所需时间为a2，其中调整姿态时间a21，擦净工作时间a22。

(3)车顶

擦完A柱之后，简单调整姿态即可进行车顶的擦净作业。一次路径5即可完成，所需时间为a3，其中调整姿态时间a31，擦净工作时间a32。

(4)后盖

后盖的擦净包括两部分，后盖的顶面和侧面。为了避免在擦车前盖时的干涉，左侧车体擦净机构的启动时间是先于右侧机器人的启动时间，所以在擦后盖时，左侧车体擦净机构有时间完成更多的动作，可以执行更多的后盖擦净动作。后盖的擦净按照先后顺序分为路径6、路径7和路径8，所需时间为a4，其中调整姿态时间a41，擦净工作时间a42。

(5)C柱

C柱的擦净路径9即可完成，所需时间为a5，其中调整姿态时间a51，擦净工作时间a52。

(6)C柱侧围，即侧围55

C柱侧围的擦净由路径10和路径11完成，所需时间为a6，其中调整姿态时间a61，擦净工作时间a62。

(7)左前翼子板

从C柱侧围过渡到前翼子板，左侧车体擦净机器人有一个姿态翻转的过程，剑刷从车体的侧后方过渡到侧前方。前翼子板的擦净由路径12和路径13完成，所需时间为a7，其中调整姿态时间a71，擦净工作时间a72。

(8)前门、后门

擦完前翼子板，即可擦前门、后门。前门、后门的擦净由路径13和路径14完成，所需时间为a8，其中调整姿态时间a81，擦净工作时间a82。

对于左侧车体擦净机构，擦完后盖过渡至C柱姿态的调整时间较长，这是由于左侧机器人执行了后盖大部分的擦净动作，包括后盖的一部分水平表面和全部的后侧表面，在擦后盖侧表面时，机器人第七轴的位置相对于右侧机器人更靠近车体的后侧，所以在调整至C柱的姿态过程中需消耗较多时间，在此步骤之后两侧的剑刷不存在干涉可能，而此时充分利用了其超前启动时间，执行更多的后盖擦净动作，为最终两侧机器人的同步完成奠定基础。

右侧机器人擦净路径规划

为了避免在擦前盖时左右两侧机器人的碰撞风险，右侧擦净机器人比左侧擦净机器人延迟特定的时间启动。擦净路径和擦净过程与左侧擦净机器人相比，仅是缺少后盖的后侧面部分，在此不再赘述。由于右侧机器人延时启动，左侧擦净机器人就有足够的时间承担较多的后盖擦净作业，以保持左右两侧机器人擦净作业结束时间的同步。

在本实施例所介绍的步进擦净模式下，右侧擦净机器人比左侧擦净机器人结束动作时间略有滞后，基本保证同步完成。基于右侧擦净机器人相对左侧延迟启动b1，擦净作业总消耗时间a＝a1+a2+a3……+a8，结束时间滞后b2，所以本车型单车的擦净总时间为T＝b1+a+b2。擦净时间与擦净面积的比例系数为T/S。该擦净比例系数即可为给定的车型计算擦净时间提供参考，该比例系数可根据车型擦净表面面积和表面复杂程度适当调整。提高擦净效率也应着重优化不同擦净区域之间机器人的移动轨迹，减少调整姿态的时间。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种涂装工艺的车体擦净系统，其特征在于，包括车体机械运输设备，控制器、分别设置在所述的车体机械运输设备两侧并与控制器可控连接的擦净机器人，所述的擦净机器人包括地装式或者外加行走轴式机器人，固定连接至机器人末端轴上作为擦净执行机构的剑刷，以及向所述的剑刷供给清洁剂的溶液供给控制系统。

2.如权利要求1所述的车体擦净系统，其特征在于，所述的机器人为6轴多关节通用机器人，或者外加行走轴的7轴机器人。

3.如权利要求2所述的车体擦净系统，其特征在于，所述的溶液供给控制系统包括储液罐、一级泵柜和包含溶液缓存罐的二级泵柜，一级泵柜用以将储液罐内清洁剂输送至二级泵柜内部的溶液缓存罐，二级泵柜用以将溶液缓存罐中的清洁剂输送至剑刷雾化器，清洁剂经过雾化处理后加湿剑刷。

4.如权利要求3所述的车体擦净系统，其特征在于，剑刷于靠近其安装法兰的末端，在刷毛的上下两侧各有一个笼式旋转刮刀，所述的笼式旋转刮刀包括受驱旋转的刮刀架，轴向延伸地设置在所述的刮刀架上的刮刀，所述的刮刀架两侧对应地设置有用以吹扫所述的刮刀的压缩空气喷嘴和经排风管连通至抽吸过滤器的排风口。

5.如权利要求4所述的车体擦净系统，其特征在于，在所述的排风口处设置振动膜片以防止杂质粘接沉积。

6.如权利要求5所述的车体擦净系统，其特征在于，还包括设置在所述的车体上的身份识别卡，以及可读取所述的身份识别卡并与所述的控制器通讯连接的身份读取机构。

7.一种采用如权利要求1-6任一项所述的车体擦净系统的步进模式擦净方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)欲进行中涂或面漆喷涂的车体通过车体输送滚床进入自动擦净工位并被固定在预定位置，

2)左侧的擦净机器人首先启动，依次对车体前盖左侧部分、左侧A柱、车顶左侧部分、后盖顶面左侧部分，以及整个后盖后侧面、左侧C柱、左侧C柱侧围、左前翼子板、左前门、左B柱、左后门进行擦净，

3)为避免左右两侧机器人的干涉碰撞风险，右侧擦净机器人的启动相对于左侧擦净机器人的启动延迟特定时间，并依次对车体前盖右侧部分、右侧A柱、车顶右侧部分、后盖顶面右侧部分，右侧C柱、右侧C柱侧围、右前翼子板、右前门、右B柱、右后门进行擦净；

其中，在擦净机器人擦净过程中，剑刷的刷毛与待擦净区域表面时刻保持垂直姿态。

8.如权利要求7所述的擦净方法，其特征在于，车体前盖和A柱的擦净过程包括以下子步骤；

a)剑刷自前窗擦向车体前盖前部，

b)然后剑刷姿态调整至与发动机前盖的沟槽相平行方向，自内而外、自前而后将沟槽凹面曲线部分擦净；

c)车体前盖擦净后自下而上擦净A柱以进一步擦净车顶。

9.如权利要求7所述的擦净方法，其特征在于，待进行中涂的车体在喷胶之后不经烘干直接进入自动擦净工位。