CN109746147A - 罐盖自动化喷涂设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种罐盖自动化喷涂设备及方法，机架上部设有喷涂机械手，所述喷涂机械手包括三条等长度电动直线导轨，电动直线导轨由均由步进电机驱动，所述三条电动直线导轨的上端设置在机架顶部，三条电动直线导轨的下端相互靠近且固定连接，喷涂机械手还包括三条在电动直线导轨外侧倾斜设置的等长度支链，三条电动直线导轨上的滑动件分别与一条支链的上端铰接，三条支链的下端相互靠近且与一活动平台铰接，活动平台上设有喷枪，喷枪下方的机架上设有步进式罐盖传送带。它有效地解决了现有技术的许多盖型只能采用人工刷涂、人工印胶的方法，生产效率低、人工成本高、产品质量不稳定等问题，具有很高的实用价值。

Description

罐盖自动化喷涂设备及方法

技术领域

本发明涉及罐盖生产技术领域，尤其涉及一种罐盖自动化喷涂设备及方法。

背景技术

易开盖是罐头食品的包装容器之一，它的生产工艺比较复杂，分为：落料、基本盖冲压成型、卷边（圆边）、注胶、组合成型（起泡、刻线、铆合、整形等）、刻线喷涂等；其中的注胶工序是在盖与罐配合的盖沟处注上一圈密封胶，保证密封。刻线就是在盖面先预刻出一条有助于开启的切破线，喷涂是在盖面刻线处补上一层防止刻线处生锈的涂料。易开盖根据盖子外形不同可分为圆盖和异型盖（椭圆盖、方盖、马蹄盖等）。不管是注胶还是刻线喷涂，其基本原理都是通过一把喷枪将密封胶或涂料均匀喷注在盖子上。传统的注胶与喷涂方法对于圆盖来说是：盖子转动，喷枪设置在喷嘴对准需注胶（或喷涂）的盖沟（刻线）处进行注胶（喷涂）。注完一圈后，喷嘴止住胶流出，盖子停止转动离开注胶位。传统的注胶与喷涂方法对于异形盖来说是：因为盖子的非圆特性，注胶或喷涂时盖子不动，喷枪设置在与盖型仿行的机构中随盖型结构做仿行运动，完成注胶或喷涂。无论对于圆形易开盖还是异形易开盖，要想完成注胶或喷涂，都需要一套非常复杂的机械结构来实现，且机械结构，想要更改盖型或换型生产，实现起来都比较困难；特别是异性盖，因其异形轨迹复杂，仿行机构不易加工或加工精度不易达到，且产品批量较小，许多盖型只能采用人工刷涂，人工印胶的方法，导致生产效率低，人工成本高，产品质量不稳定等许多问题。公开日为2012年12月12日、公开号为CN 101966506 B的专利文件公开了一种平面三自由度并联机构及喷涂机器人，包括一个动平台、一个机架、一个铰接块、第一支链、第二支链、第三支链和第四支链，所述第一支链和第四支链具有相同的结构并分别用于连接所述动平台和机架，所述第二支链和第三支链具有相同的结构，且第二支链用于连接第一支链和铰接块，第三支链用于连接第四支链和铰接块，所述第一支链、第四支链和第二支链、第三支链与动平台以及机架连接形成一个平面闭环并联机构，该并联机构的四个支链分别被驱动，能实现动平台的两个移动自由度和一个转动自由度的运动，并涉及一种基于上述平面三自由度并联机构的喷涂机器人。但该喷涂机器人适用于汽车的喷涂作业，无法在罐盖生产线上使用。

发明内容

本发明为解决现有技术的许多盖型只能采用人工刷涂、人工印胶的方法，生产效率低、人工成本高、产品质量不稳定等问题，提供一种生产效率高、人工成本低，产品质量稳定的罐盖自动化喷涂设备及方法。

本发明为达到上述技术目的所采用的具体技术方案是：一种罐盖自动化喷涂设备，包括机架，所述机架上部设有喷涂机械手，所述喷涂机械手包括在机架上部呈倒置的三棱锥状布置的三条等长度电动直线导轨，电动直线导轨由均由步进电机驱动，所述三条电动直线导轨的上端设置在机架顶部，三条电动直线导轨的下端相互靠近且固定连接，喷涂机械手还包括三条在电动直线导轨外侧倾斜设置的等长度支链，三条电动直线导轨上的滑动件分别与一条支链的上端铰接，三条支链的下端相互靠近且与一活动平台铰接，所述活动平台位于电动直线导轨下端的下方，活动平台上设有喷枪，喷枪下方的机架上设有步进式罐盖传送带，罐盖自动化喷涂设备还包括控制器，所述控制器连接所述步进电机、喷枪及步进式罐盖传送带。本发明的机架上部设有喷涂机械手，喷涂机械手下方的机架上设有步进式罐盖传送带，喷涂机械手通过三条由步进电机驱动的电动直线导轨带动支链移动，支链移动带动与支链铰接的活动平台移动，从而带动活动平台上的喷枪移动完成喷涂工作，由于活动平台上的喷枪可以随活动平台在控制器的控制下到达一定范围内的任意位置，因此只要预先设置好喷枪的移动轨迹，控制器就可以通过步进电机带动喷枪按规定的线路移动，从而实现对罐盖的自动喷涂。这里的步进式罐盖传送带是指步进式移动的传送带，传送带将一个罐盖移动到喷枪下方的位置，然后罐盖保持不动，待喷涂完成后再将罐盖移出，同时新的罐盖移入，重复喷涂作业，因此罐盖传送带的移动与喷涂机械手的工作关联，采用同一控制器控制。这样，本发明解决了现有技术的许多盖型只能采用人工刷涂、人工印胶的方法，生产效率低、人工成本高、产品质量不稳定的问题，本发明在各种盖型的各种喷涂轨迹情况下，都能够通过控制器精准控制喷涂位置，确保涂膜厚度、宽度均匀，确保产品质量，大大提高了生产效率。

作为优选，支链为平行四边形，由两根长杆及两根短杆通过球铰铰接构成，两根短杆分别位于支链的上下两端，位于支链上端的短杆与电动直线导轨上的滑动件连接，位于支链下端的短杆与活动平台连接；短杆呈梭子形，短杆的两端设置球销，长杆的两端设有球形壳，短杆通过球销与长杆的球形壳铰接。采用平行四边形支链可以大大提高喷涂机械手的灵活性，同时提高活动平台的移动精度。

作为优选，短杆内设有润滑油道，所述润滑油道与短杆两端的球销表面连通，短杆的中部设有油管接头。对铰接实行润滑可以提高铰接部的灵活性，同时大大延长铰接机构的使用寿命。

作为优选，机架顶部设有等边三角架，三条电动直线导轨的上端分别设置在等边三角架的三个角部，三条电动直线导轨的下端通过连接块固定且在连接块等间隔布置，相邻两根电动直线导轨在水平面上的投影夹角均为120°，电动直线导轨与水平面的夹角为45°。电动直线导轨等边三角形布置使三条电动直线导轨的位置均衡，有利于简化控制器对活动平台轨迹的控制。同时电动直线导轨与支链之间这种类似双层结构的连接方式可以有效减少活动平台的振动，从而提高喷枪的稳定性，提高喷涂质量。

作为优选，喷枪包括喷头，喷头上方设有电磁阀，所述电磁阀包括设置在阀腔内的阀芯，阀腔外套设有电磁线圈，阀芯上设有复位弹簧，所述电磁线圈连接控制器。电磁阀用于开关喷头，控制喷涂的开始与停止，具有反应迅速的特点，可以提高喷涂效率。

作为优选，阀腔外还设有电加热装置，活动平台底面的喷头一侧设有喷头擦拭装置，喷头擦拭装置包括擦拭电机及由擦拭电机驱动的容置盒，容置盒内设有擦拭块，所述电加热装置及擦拭电机均连接控制器。当环境温度相对较低时，开启加热装置加热阀腔，可以避免温度过低影响喷涂介质的流动性及附着力，阀腔的加热温度可以根据不同的环境温度及喷涂介质的特性加以确定。而喷头擦拭装置可以在喷头停止工作时擦拭喷头，从而避免喷头出口处附近累积的喷涂介质滴落，从而影响产品质量。这里容置盒用于安装擦拭块及容纳擦拭过程中滴落的喷涂介质，擦拭块上部高于容置盒，由擦拭电机驱动对喷头进行擦拭清洁。另外，擦拭电机可以在喷头完成对若干个罐盖的喷涂后启动进行擦拭清洁，并非每次喷涂后均需对喷头进行擦拭清洁，喷头擦拭装置的工作时间间隔可以根据不同喷头结构及喷涂介质的流动性特性等加以确定，通常可以在喷涂10至20个罐盖后擦拭一次喷头。喷头擦拭装置工作时，擦拭电机正转带动容置盒及擦拭块移动，擦拭块经过喷头的出口位置时，擦拭块上部与喷头接触，将喷头出口处附近累积的喷涂介质吸附到擦拭块上，然后擦拭电机反转带动容置盒及擦拭块回到起始位置，以避免喷头擦拭装置对活动平台的移动造成影响。

作为优选，机架上设有罐盖预处理装置，所述罐盖预处理装置包括罐盖清洁装置及罐盖预热装置，罐盖清洁装置为设置在罐盖上游工位上方的转动毛刷，所述罐盖预热装置为设置在转动毛刷一侧的热风装置，所述转动毛刷及热风装置均连接控制器。罐盖清洁装置用于清洁罐盖上的附着物，使喷涂工作面洁净；罐盖预热装置可以在环境温度相对较低时对罐盖进行预热，避免罐盖温度过低对喷涂介质的附着造成影响，提高喷涂质量，罐盖的加热温度可以根据不同的环境温度及喷涂介质的特性加以确定。本发明采用热风装置对罐盖进行加热，这里的热风装置在转动毛刷对罐盖进行清洁后具有将罐盖上的灰尘等杂物吹离罐盖的作用，同时又可起到对罐盖的加热作用，做到了一物两用。

一种罐盖自动化喷涂设备的喷涂方法，包括以下步骤：

a.将喷枪的运动轨迹输入控制器；

b. 步进式罐盖传送带移动将罐盖传送至喷枪下方的喷涂工位上；

c.控制器控制三个步进电机转动，按喷枪的运动轨迹移动喷枪，同时喷枪上的喷头开启对罐盖进行喷涂作业；

d. 喷枪移动一周回到起始点后停止移动，同时喷头关闭，步进式罐盖传送带移动一个工位间隔，把下一个罐盖传送至喷枪下方的喷涂工位上，重复步骤c。

本发明在机械手的控制器中输入期望的运动轨迹以后，控制器首先通过轨迹规划，把期望的运动轨迹转换为驱动各个关节的广义位置坐标，控制系统的三个相对独立的回路中分别形成闭环控制回路，通过检测编码器的反馈信号，并与实际的给定位置相比较，根据两者所反馈误差进行闭环控制，使喷涂机械手（喷枪）的实际位置运动到给定位置。轨迹规划和控制由软件实现，通过示教编程或电脑编程，实现程序化的运动轨迹，这些都属于公知技术。在HMI中编写多种盖型的运动轨迹曲线，使用时只需调用相关的轨迹曲线程序及运动速度，就可以进行盖型的转换，因此适合于多品种盖型的生产转换。本发明在各种盖型的喷涂轨迹都不一样的情况下，能够精准控制位置，确保涂膜厚度、宽度均匀，确保产品质量。

作为优选，阀腔外还设有电加热装置，活动平台底面的喷头一侧设有喷头擦拭装置，机架上设有罐盖预处理装置，所述罐盖预处理装置包括罐盖清洁装置及罐盖预热装置，还包括以下步骤：

e：对阀腔进行加热；

f：在喷头停止工作时启动喷头擦拭装置清洁喷头；

g：罐盖在喷涂工位的上游工位进行清洁作业，并在清洁作业工位完成罐盖预热作业。这里的上游工位是指罐盖未抵达喷涂工位时所停留的位置，为了避免罐盖清洁及预热对喷涂造成影响，罐盖清洁、预热工位和喷涂工位之间通常设置1-2个工位的间隔。

本发明的有益效果是：它有效地解决了现有技术的许多盖型只能采用人工刷涂、人工印胶的方法，生产效率低、人工成本高、产品质量不稳定等问题，本发明的罐盖自动化喷涂设备在各种盖型的喷涂轨迹都不一样的情况下，能够精准控制位置，确保涂膜厚度、宽度均匀，确保产品质量，具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明罐盖自动化喷涂设备的一种立体结构示意图；

图2是本发明喷涂机械手的一种结构示意图；

图3是本发明喷涂机械手的一种局部结构示意图；

图4是本发明喷枪的一种结构剖视图；

图5是本发明喷枪的另一种结构示意图。

图中：1. 机架，2.喷涂机械手，3.电动直线导轨，4.步进电机，5.支链，6.滑动件，7.活动平台，8.喷枪，9.步进式罐盖传送带，10.长杆，11.短杆，12.油管接头，13.等边三角架，14.连接块，15.喷头，16.阀芯，17.电磁线圈，18.复位弹簧，19.擦拭电机，20.容置盒，21.擦拭块，22.罐盖。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本发明技术方案的具体实施方式作进一步的说明。

实施例1

在如图1所示的实施例1中，一种罐盖自动化喷涂设备，包括机架1，所述机架上部设有喷涂机械手2（见图2），所述喷涂机械手包括在机架上部呈倒置的三棱锥状布置的三条等长度电动直线导轨3，电动直线导轨由均由步进电机4驱动，所述三条电动直线导轨的上端设置在机架顶部，三条电动直线导轨的下端相互靠近且固定连接，且三条电动直线导轨下端的中心线（延长后）交于一点；喷涂机械手还包括三条在电动直线导轨外侧倾斜设置的等长度支链5，三条电动直线导轨上的滑动件6分别与一条支链的上端铰接，三条支链的下端相互靠近且与一活动平台7铰接（见图3），所述活动平台位于电动直线导轨下端的下方，活动平台上设有喷枪8，所述喷枪包括喷头15，喷头上方设有电磁阀，所述电磁阀包括设置在阀腔内的阀芯16，阀腔外套设有电磁线圈17，阀芯上设有复位弹簧18（见图4），喷枪下方的机架上设有步进式罐盖传送带9，罐盖自动化喷涂设备还包括控制器，所述控制器连接所述步进电机、喷枪上的电磁线圈及步进式罐盖传送带。

所述的支链为平行四边形结构，由两根长杆10及两根短杆11通过球铰铰接构成，两根短杆分别位于支链的上下两端，所述短杆为中段大、两端小的梭子形，短杆的两端设置球销，长杆的两端设有球形壳，短杆通过球销与长杆的球形壳铰接。位于支链上端的短杆与电动直线导轨上的滑动件连接，位于支链下端的短杆与活动平台连接。短杆内设有润滑油道，所述润滑油道与短杆两端的球销表面连通，短杆的中部设有油管接头12。

实施例1的机架顶部设有等边三角架13，三条电动直线导轨的上端分别设置在等边三角架的三个角部，三条电动直线导轨的下端通过连接块14固定且在连接块等间隔布置，相邻两根电动直线导轨在水平面上的投影夹角均为120°，电动直线导轨与水平面的夹角为45°。

实施例1罐盖自动化喷涂设备的喷涂方法，包括以下步骤：

a.将喷枪的运动轨迹输入控制器；

b.步进式罐盖传送带移动将罐盖22传送至喷枪下方的喷涂工位上；

c.控制器控制三个步进电机转动，按喷枪的运动轨迹移动喷枪，同时喷枪上的喷头开启对罐盖进行喷涂作业；

d. 喷枪移动一周回到起始点后停止移动，同时喷头关闭，步进式罐盖传送带移动一个工位间隔，把下一个罐盖传送至喷枪下方的喷涂工位上，重复步骤c。

实施例2

实施例2的活动平台底面的喷头一侧设有喷头擦拭装置，喷头擦拭装置包括擦拭电机19及由擦拭电机驱动的容置盒20（见图5），容置盒内设有擦拭块21；阀腔外还设有电加热装置（图中未画出），所述擦拭电机及电加热装置均连接控制器。

实施例2的机架上还设有罐盖预处理装置，所述罐盖预处理装置包括罐盖清洁装置及罐盖预热装置，罐盖清洁装置为设置在罐盖上游工位（喷涂工位上游侧第3个罐盖处，即与喷涂工位间隔2个罐盖）上方的转动毛刷（图中未画出），所述罐盖预热装置为设置在转动毛刷一侧的热风装置（图中未画出），所述转动毛刷及热风装置均连接控制器，其余和实施例1相同。

实施例2罐盖自动化喷涂设备的喷涂方法，除实施例1步骤外，还包括以下步骤：

e：对阀腔进行加热；

f：在喷头停止工作时启动喷头擦拭装置清洁喷头；

g：罐盖在喷涂工位的上游工位进行清洁作业，并在清洁作业工位完成罐盖预热作业。

本发明的机架上部设有喷涂机械手，喷涂机械手下方的机架上设有步进式罐盖传送带，喷涂机械手通过三条由步进电机驱动的电动直线导轨带动支链移动，支链移动带动与支链铰接的活动平台移动，从而带动活动平台上的喷枪移动完成喷涂工作，由于活动平台上的喷枪可以随活动平台在控制器的控制下到达一定范围内的任意位置，因此只要预先设置好喷枪的移动轨迹，控制器就可以通过步进电机带动喷枪按规定的线路移动，从而实现对罐盖的自动喷涂。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种罐盖自动化喷涂设备，包括机架，其特征是：所述机架（1）上部设有喷涂机械手（2），所述喷涂机械手包括在机架上部呈倒置的三棱锥状布置的三条等长度电动直线导轨（3），电动直线导轨由均由步进电机（4）驱动，所述三条电动直线导轨的上端设置在机架顶部，三条电动直线导轨的下端相互靠近且固定连接，喷涂机械手还包括三条在电动直线导轨外侧倾斜设置的等长度支链（5），三条电动直线导轨上的滑动件（6）分别与一条支链的上端铰接，三条支链的下端相互靠近且与一活动平台（7）铰接，所述活动平台位于电动直线导轨下端的下方，活动平台上设有喷枪（8），喷枪下方的机架上设有步进式罐盖传送带（9），罐盖自动化喷涂设备还包括控制器，所述控制器连接所述步进电机、喷枪及步进式罐盖传送带。

2.根据权利要求1所述的罐盖自动化喷涂设备，其特征在于，所述的支链为平行四边形，由两根长杆（10）及两根短杆（11）通过球铰铰接构成，两根短杆分别位于支链的上下两端，位于支链上端的短杆与电动直线导轨上的滑动件连接，位于支链下端的短杆与活动平台连接。

3.根据权利要求2所述的罐盖自动化喷涂设备，其特征在于，所述短杆呈梭子形，短杆的两端设置球销，长杆的两端设有球形壳，短杆通过球销与长杆的球形壳铰接。

4.根据权利要求3所述的罐盖自动化喷涂设备，其特征在于，短杆内设有润滑油道，所述润滑油道与短杆两端的球销表面连通，短杆的中部设有油管接头（12）。

5.根据权利要求1所述的罐盖自动化喷涂设备，其特征在于，机架顶部设有等边三角架（13），三条电动直线导轨的上端分别设置在等边三角架的三个角部，三条电动直线导轨的下端通过连接块（14）固定且在连接块等间隔布置，相邻两根电动直线导轨在水平面上的投影夹角均为120°，电动直线导轨与水平面的夹角为45°。

6.根据权利要求1所述的罐盖自动化喷涂设备，其特征在于，所述喷枪包括喷头（15），喷头上方设有电磁阀，所述电磁阀包括设置在阀腔内的阀芯（16），阀腔外套设有电磁线圈（17），阀芯上设有复位弹簧（18），所述电磁线圈连接控制器。

7.根据权利要求6所述的罐盖自动化喷涂设备，其特征在于，阀腔外还设有电加热装置，活动平台底面的喷头一侧设有喷头擦拭装置，喷头擦拭装置包括擦拭电机（19）及由擦拭电机驱动的容置盒（20），容置盒内设有擦拭块（21），所述电加热装置及擦拭电机均连接控制器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的罐盖自动化喷涂设备，其特征在于，机架上设有罐盖预处理装置，所述罐盖预处理装置包括罐盖清洁装置及罐盖预热装置，罐盖清洁装置为设置在罐盖上游工位上方的转动毛刷，所述罐盖预热装置为设置在转动毛刷一侧的热风装置，所述转动毛刷及热风装置均连接控制器。

9.一种权利要求1所述罐盖自动化喷涂设备的喷涂方法，其特征是包括以下步骤：

a.将喷枪的运动轨迹输入控制器；

b. 步进式罐盖传送带移动将罐盖传送至喷枪下方的喷涂工位上；

c.控制器控制三个步进电机转动，按喷枪的运动轨迹移动喷枪，同时喷枪上的喷头开启对罐盖进行喷涂作业；

d. 喷枪移动一周回到起始点后停止移动，同时喷头关闭，步进式罐盖传送带移动一个工位间隔，把下一个罐盖传送至喷枪下方的喷涂工位上，重复步骤c。

10.根据权利要求9所述罐盖自动化喷涂设备的喷涂方法，阀腔外还设有电加热装置，活动平台底面的喷头一侧设有喷头擦拭装置，机架上设有罐盖预处理装置，所述罐盖预处理装置包括罐盖清洁装置及罐盖预热装置，其特征是还包括以下步骤：

e：对阀腔进行加热；

f：在喷头停止工作时启动喷头擦拭装置清洁喷头；

g：罐盖在喷涂工位的上游工位进行清洁作业，并在清洁作业工位完成罐盖预热作业。