CN106179815A - 一种喷涂机及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷涂机，具体地，涉及一种喷涂更均匀，喷涂效率更高的喷涂机，包括喷涂系统、工作平台、PLC控制系统，加热系统，所述喷涂系统包括角度可调节的喷头，所述喷头通过旋转机构连接在X轴滑动平台上；X轴滑动平台和Z轴滑动平台通过滑动连接，旋转机构与样品托盘连接，带动样品托盘绕中轴旋转，托盘上设有夹具，夹具与托盘固定，夹具用来固定待喷涂的样品；所述加热系统包括加热器及温度传感器，加热器安装在托盘上，内置与曲面样品内部。本发明一种喷涂机，可调节保持喷头与曲面相对垂直，喷头喷涂入射时，保持垂直入射到曲面样品表面，提高了喷涂的均匀性。

Description

一种喷涂机及方法
技术领域
本发明涉及一种喷涂机，具体地，涉及一种喷涂更均匀，喷涂效率更高的喷涂机。
背景技术
现有的喷涂方法，多数是针对平面产品进行喷涂，通过X、Y、Z轴的移动实现整个喷涂过程，喷嘴是相对固定的，不需要调节喷嘴与轴的固定位置。使用现有喷涂方法进行曲面样品喷涂时，会产生喷涂不均匀的问题，随着喷嘴跟随轴的移动，喷嘴与曲面样品会产生一定夹角，喷涂原料入射时，是以一定夹角入射到曲面样品表面，容易造成需要喷涂的地方没有喷到，喷到的地方厚度不均匀；如果将传统喷涂平面产品的喷涂机，用于曲面喷涂曲面样品，容易产生喷涂树脂溶液在重力方向上流动而造成厚度集成不可控的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本方案设计一种喷涂机，始终保持喷头与曲面相对垂直，喷涂原料入射时，保持垂直入射到曲面样品表面需要喷涂的位置，提高了喷涂的均匀性，同时提高曲面样品的温度进行喷涂，能够防止集成到表面液态树脂立刻粘附基底表面，改善由于喷涂树脂溶液在重力方向上流动而造成厚度集成不可控的问题。
具体技术方案如下：
一种喷涂机，包括喷涂系统、工作平台、PLC控制系统，
所述喷涂系统包括角度可调节的喷头，所述喷头通过旋转机构连接在X轴或Z轴滑动平台上；具体地，所述的旋转机构是Theta旋转马达或者可旋转的机械手。
调节喷头垂直于曲面样品表面需要喷涂的位置的方法是，获得被测产品的坐标点后，通过曲率换算得到喷头与X轴滑动平台的夹角，通过PLC控制系统控制喷头的角度，使喷头喷出的原料保持垂直入射到曲面样品表面需要喷涂的位置。
所述工作平台包括X轴滑动平台、Z轴滑动平台，X轴滑动平台和Z轴滑动平台通过滑动连接，X轴滑动平台和Z轴滑动平台分别连接有电机；喷头通过X/Z轴的滑动平台实现沿基底外轮廓曲线运动。
PLC控制系统用于控制喷头及X轴滑动平台、Z轴滑动平台的运动轨迹。
优选地：X轴滑动平台和Z轴滑动平台通过井字型滑动槽滑动连接。
优选地：喷涂机还包括用于放置样品的样品托盘和以及连接于样品托盘底部的旋转机构。
优选地：在样品托盘上设置有用于固定曲面样品的夹具。夹具用来固定待喷涂的样品，使得曲面样品在旋转过程中不会被甩掉。
优选地：喷涂机还包括加热系统，所述加热系统包括加热器及温度传感器，加热器安装在托盘上，内置于样品内部，温度传感器与PLC控制系统连接。
优选地：喷涂机还包括储料压力罐、反馈系统、喷涂原料供给装置和流量调节装置，喷涂原料供给装置与储料压力罐连接，流量调节装置与储料压力罐连接，反馈系统与储料压力罐连接。
优选地：喷头喷出的原料是雾状的光敏树脂。PLC控制系统用于控制喷涂系统和加热系统。
机架包括不锈钢门板、喷涂腔室、排风系统。
反馈系统包括储胶压力罐中的胶量的实时反馈，用来连接和表征储胶压力罐胶量系统。
组装时，x轴滑动平台和z轴滑动平台通过井字型滑动槽滑动连接，X轴滑动平台和Z轴滑动平台通过电机带动平移，喷涂系统安装在X轴靠后位置，喷涂系统包括喷头、喷涂原料供给装置和流量调节装置，通过Theta旋转马达或可旋转的机械手实现喷头与X轴夹角的变化，使喷头垂直于曲面样品表面需要喷涂的位置喷出原料。喷涂原料供给装置与储料压力罐连接，流量调节装置与储料压力罐连接，PLC与喷涂系统和加热系统连接，用来控制喷涂参数和加热参数，机架与X轴\Z轴滑动平台连接，反馈系统与储料压力罐连接。
喷涂机实现均匀喷涂的方式，获得曲面产品的坐标点，确定喷头的运行轨迹，然后通过电机平移X轴和Z轴，实现喷头到达下一个需要喷涂的点，通过电机调制喷头与x轴的夹角，实现喷头与曲面喷涂点切线垂直，保持喷涂以垂直入射喷胶。通过托盘旋转机构，让曲面样品在托盘内旋转，实现全面喷涂的过程。喷头喷出的是雾状的光敏树脂，喷涂到曲面表面后，加热系统使曲面样品表面受热，雾状的光敏树脂颗粒集成到曲面样品表面，受热粘附，能够防止集成到表面液态树脂立刻粘附基底表面，改善由于喷涂树脂溶液在重力方向上流动而造成厚度集成不可控的问题。
一种喷涂方法：包括以下步骤
计算喷头在曲面样品的若干个等高面停留的时间；
计算喷头喷出的原料与曲面样品垂直时，喷头与X轴的夹角；
PLC控制系统根据计算出的时间数据，控制喷头停留的时间；
PLC控制系统根据计算出的的角度数据，控制喷头的角度。
优选地：还包括PLC控制系统控制加热系统加热，使曲面样品表面受热，喷涂原料集成到曲面样品表面，受热粘附的步骤。
优选地：还包括样品托盘底部的旋转机构带动样品托盘绕中轴旋转的步骤。让曲面样品在托盘内旋转，实现全面喷涂的过程。
优选地：还包括控制平移X轴滑动平台和Z轴滑动平台，使喷头到达每一个需要喷涂的位置；
喷头喷出原料是雾状的光敏树脂。
本发明一种喷涂机，可调节保持喷头与曲面相对垂直，喷头喷涂入射时，保持垂直入射到曲面样品表面，提高了喷涂的均匀性；同时利用加热系统提高曲面样品的温度进行喷涂，能够防止集成到表面液态树脂立刻粘附基底表面，改善由于喷涂树脂溶液在重力方向上流动而造成厚度集成不可控的问题。
附图说明
图1是本发明一种喷涂机的整体结构示意图。
图2是实施例中曲面样品轮廓的等分面示意图。
图3是实施例中喷头与曲面样品的角度示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种喷涂机的技术方案做进一步详细的说明。
如图1所示，一种喷涂机，包括喷涂系统、加热系统、工作平台、PLC控制系统、机架、反馈系统。
喷涂系统包括喷头3、喷涂原料供给装置(图中未示出)及流量调节装置(图中未示出)。喷头3通过X轴滑动平台1和Z轴滑动平台2实现沿基底外轮廓曲线运动。
加热系统包括加热器5及温度传感器。加热器5安装在托盘6上，内置与曲面样品4内部，使曲面样品表面均匀受热。
工作平台包括X轴滑动平台1、Z轴滑动平台2、样品托盘6、夹具(图中未示出)、旋转机构7，旋转机构7与样品托盘6连接，带动样品托盘6绕中轴旋转，样品托盘6上设有夹具，夹具与样品托盘6固定，样品托盘6用来固定待喷涂的产品，使得曲面样品4在旋转过程中不会被甩掉。
所述喷头3通过Theta旋转马达连接在X轴滑动平台1上，在角度方向通过Theta旋转马达在指定坐标点的曲率换算垂直于切线。
PLC控制系统用于控制喷涂系统和加热系统。
机架包括不锈钢门板、喷涂腔室、排风系统。
反馈系统用于对储胶压力罐中的胶量进行的实时反馈，用来连接和表征储胶压力罐胶量。
组装时，X轴滑动平台和Z轴滑动平台通过井字型滑动槽滑动连接，X轴滑动平台和Z轴滑动平台通过电机带动平移，喷涂系统安装在X轴靠后位置，喷涂系统包括喷头、喷涂原料供给装置和流量调节装置，通过Theta旋转马达实现喷头与X轴夹角的变化，喷涂原料供给装置与储料压力罐连接，流量调节装置与储料压力罐连接，PLC与喷涂系统和加热装置连接，用来控制原料喷涂和加热参数，机架与X\Z轴滑动平台连接，反馈系统与储料压力罐连接。
喷涂机实现均匀喷涂的方式，获得曲面样品的坐标点，确定喷头的运行轨迹，然后通过电机平移X轴和Z轴，实现喷头到达下一个需要喷涂的点，通过电机调制喷头与X轴的夹角，实现喷头与曲面喷涂点切线垂直，保持喷涂以垂直入射喷胶。通过托盘旋转机构，让曲面样品在托盘内旋转，实现全面喷涂的过程。喷头喷出的是雾状的光敏树脂，喷涂到曲面表面后，加热系统使曲面样品表面受热，雾状的光敏树脂颗粒集成到曲面样品表面，受热粘附。
一种喷涂方法：包括以下步骤：
计算喷头3在曲面样品4的若干个等高面停留的时间；
计算喷头3喷出的原料与曲面样品4垂直时，喷3头与X轴的夹角；
PLC控制系统根据计算出的时间数据，控制喷头3在曲面样品4上方停留的时间；
PLC控制系统根据计算出的的角度数据，控制喷头3的角度。
优选地：还包括PLC控制系统控制加热系统加热，使曲面样品4表面受热，喷涂原料集成到曲面样品4表面，受热粘附的步骤。加热系统可以提高曲面样品4的温度进行喷涂，能够防止集成到表面液态树脂立刻粘附基底表面，改善由于喷涂树脂溶液在重力方向上流动而造成厚度集成不可控的问题。
优选地：还包括样品托盘6底部的旋转机构7带动样品托盘6绕中轴旋转的步骤。让曲面样品4在托盘6内旋转，实现全面喷涂的过程。
优选地：还包括控制平移X轴滑动平台1和Z轴滑动平台2，使喷头3到达每一个需要喷涂的位置；
喷头3喷出原料是雾状的光敏树脂。
喷头3在曲面样品4上方停留的时间的计算方法如下：
流量为Q，喷涂目标厚度为H总，喷涂时间为T
喷涂原料配比为粉体：溶剂＝1:5，待喷涂表面积为Sn
单位时间喷头产生粉体体积V＝Q
单位时间粉体集成厚度H＝V/6Sn
待喷涂表面积Sn集成目标厚度H总所需时间(在每个等高面停留时间)
Tn＝H总/H＝6Sn*H总/Q................①
如图2所示：曲面结构为半球体和圆锥体中间镂空的几何体
对半球体：
球体半径为R，把整个半球体按喷头落到球面在高度方向的集成高度H把球体掩高度方向等分成N份，等分面到球顶高度依次为H1、H2、H3...Hn,每部分的表面积依次为A1、A2、A3.....An
根据球冠表面积公式S＝2πRH
可推到出
A1＝S1＝2πRH1
A2＝S2-S1＝2πR(H2-H1)
An＝Sn-Sn-1＝2πR(Hn-Hn-1)
代入①得半球体Tn＝12πR(Hn-Hn-1)H总/Q
对于圆锥部分每一个锥面界面底面半径为R1、R2、R3......Rn
圆锥展开的表面积为Sn＝πL(Rn+Rn-1)
Rn‐1:圆锥面上表面半径
Rn:圆锥面下底面半径
L:圆锥面母线
单个等高圆台表面积Bn＝πL(Rn+Rn-1)
每个等高面停留时间Tn’＝6Bn*H总/Q＝6πLH总(Rn+Rn-1)/Q
若半球体半径为100mm，锥体底面半径为150mm，锥体高度为130mm，每个等高面高度H＝5mm。
那么可以得到S和T值如下：
以下为理论值(在不考虑工艺方面的影响)
计算喷头3喷出的原料与曲面样品4垂直时，喷3头与X轴的夹角的方法如下：
如图3所示，定义喷头与水平X轴夹角为喷头角度а。
半球体半径为k,锥面母线斜率为σ,B点坐标为(-k,-k)
以半球体顶点为坐标轴零点，在计算喷头角度时，把半球体部分看成开口向下的抛物线，锥体部分看成斜率一定的直线。根据上面基底尺寸可以得到：
抛物线方程为：y＝-kx2
直线方程：y＝(σ-1)x
对于抛物线线上任意A，A的坐标为(xa,-kxa 2)
Tanа＝│xa/ya│＝│1/kxa│
а＝arctan│1/kxa│
对于锥面斜率是一定
а＝90-arctan│σ│
若半球体半径为100mm,锥体底面半径为150mm,锥体高度为130mm,每个等高面高度H＝5mm，角度计算如下：
以半球体定点为坐标轴零点，在计算喷头角度时，把半球体部分看成开口向下的抛物线，锥体部分看成斜率一定的直线。根据上面基底尺寸可以得到：
抛物线方程为：y＝-x2/100
直线方程：y＝13x/5+130
对于抛物线如点A，A的坐标为(x,-x2/100)
Tan(90-а)＝y/x＝100/x
а＝90-arctanx
对于锥面斜率是一定
а＝arctan(5/13)
本发明的一种喷涂机，通过计算喷嘴的运动轨迹，通过调节X轴上下、左右移动，到达下个预定轨迹点，调节喷嘴与X轴的角度，实现喷嘴与曲面切线垂直入射。本发明的喷涂机可以针对更复杂的曲面样品进行喷涂并且保持喷涂过程中垂直入射，实现均匀喷涂的过程，并且在喷涂的过程中，在曲面样品下方设有加热系统，可控的将曲面样品的的温度升高，能够防止集成到表面液态树脂立刻粘附基底表面，防止由于喷涂树脂溶液在重力方向上流动而造成厚度集成不可控。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种喷涂机，其特征在于：包括喷涂系统、工作平台、PLC控制系统，
所述喷涂系统包括角度可调节的喷头，所述喷头通过旋转机构连接在X轴或Z轴滑动平台上；
所述工作平台包括X轴滑动平台、Z轴滑动平台，X轴滑动平台和Z轴滑动平台通过滑动连接，X轴滑动平台和Z轴滑动平台分别连接有电机；
PLC控制系统用于控制喷头及X轴滑动平台、Z轴滑动平台的运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种喷涂机，其特征在于：X轴滑动平台和Z轴滑动平台通过井字型滑动槽滑动连接。
3.根据权利要求1所述的一种喷涂机，其特征在于：喷涂机还包括用于放置样品的样品托盘和以及连接于样品托盘底部的旋转机构。
4.根据权利要求1所述的一种喷涂机，其特征在于：在样品托盘上设置有用于固定曲面样品的夹具。
5.根据权利要求3所述的一种喷涂机，其特征在于：喷涂机还包括加热系统，所述加热系统包括加热器及温度传感器，加热器安装在托盘上，内置于样品内部，温度传感器与PLC控制系统连接。
6.根据权利要求1所述的一种喷涂机，其特征在于：喷涂机还包括储料压力罐、反馈系统、喷涂原料供给装置和流量调节装置，喷涂原料供给装置与储料压力罐连接，流量调节装置与储料压力罐连接，反馈系统与储料压力罐连接。
7.根据权利要求1所述的一种喷涂机，其特征在于：喷头喷出的原料是雾状的光敏树脂。
8.一种利用权利要求1-7中任一权利要求所述中的喷涂机的喷涂方法：包括以下步骤：
计算喷头在曲面样品的若干个等高面停留的时间；
计算喷头喷出的原料与曲面样品垂直时，喷头与X轴的夹角；
PLC控制系统根据计算出的时间数据，控制喷头停留的时间；
PLC控制系统根据计算出的的角度数据，控制喷头的角度。
9.根据权利要求8所述的喷涂方法，其特征在于：还包括PLC控制系统控制加热系统加热，使曲面样品表面受热，喷涂原料集成到曲面样品表面，受热粘附的步骤。
10.根据权利要求8所述的喷涂方法，其特征在于：还包括样品托盘底部的旋转机构带动样品托盘绕中轴旋转的步骤。
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