CN110000033A - 五轴联动的自动喷涂机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种五轴联动的自动喷涂机构，包括十字立柱控制结构、喷枪和工作台，所述十字立柱控制结构的右端与喷枪固定，所述工作台位于喷枪的右侧，所述工作台下方设有工作台电机，所述工作台电机驱动工作台上下运动或绕Y轴旋转，所述十字立柱控制结构带动喷枪进行上下左右位置调节，所述喷枪的侧边设有喷枪电机，控制喷枪绕Z轴旋转，调整喷枪角度，所述十字立柱控制结构、工作台电机、喷枪电机均与控制系统连接。本发明的五轴联动自动喷涂机构，具有5轴联动的功能，速度快，运行平稳，定位精准，能够大范围，多角度的进行全面的喷涂工作,不会产生漏喷、重复喷的弊病，改善了在有毒有害和高温环境中人工作业的处境。

Description

五轴联动的自动喷涂机构

技术领域

本发明涉及喷涂设备技术领域，具体地，涉及一种五轴联动的自动喷涂机构。

背景技术

目前，企业多使用机械手对工件进行自动喷涂，但机械手自动喷涂机构设计复杂、系统编程难度大，维修困难、价格昂贵。以ABB牌IRB 52-7/1.2型喷涂机器人为例，涉及到很多编程、颜色识别、算法等领域，一旦机器产生故障，普通维修人员难以处理，而且价格昂贵，一台售价约为62万元。

此外，市场上的喷涂机器人，对于工件的装夹没有采用自动定位，喷涂时工件无法放置于最佳的位置；喷头的移动采用桅杆升降机、传动齿条和丝杠，在运行时精度不高；喷涂工作时，仅仅依靠机器手的移动来完成。

经过现有技术的检索，公开号为CN105750131A的中国专利申请公开了喷涂机器人，包括喷头、升降装置、平移装置和控制台，主升降机构包括双桅杆升降平台，辅助升降机构包括第一电机、减速机和丝杆，平移装置包括横梁、第二电机、传动齿条和基座。平移装置设置在升降装置上，喷头设置在平移装置上；平移装置、升降装置均与控制台电连接，控制台用于控制升降装置和平移装置移动；升降装置用于带动平移装置上下移动，平移装置用于带动喷头左右移动，所有运动通过控制系统支配。虽然该喷涂机器人能够精确控制喷涂时喷嘴的距离和喷涂厚度，但是无法准确调节喷枪的角度，工件也无法达到准确定位，喷涂方式也受到了限制，会出现漏喷、重复喷的弊病。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种五轴联动的自动喷涂机构，能够自动定位装夹，五轴联动。

根据本发明提供的一种五轴联动的自动喷涂装置，包括十字立柱控制结构、喷枪和工作台，所述十字立柱控制结构的右端与喷枪固定，所述工作台位于喷枪的右侧，所述工作台下方设有工作台电机，所述工作台电机驱动工作台上下运动或绕Y轴旋转，所述十字立柱控制结构带动喷枪进行上下左右位置调节，所述喷枪的侧边设有喷枪电机，控制喷枪绕Z轴旋转，调整喷枪角度，所述十字立柱控制结构、工作台电机、喷枪电机均与控制系统连接。

进一步地，所述十字立柱控制结构包括横向立柱、纵向立柱和十字联结滑块，所述纵向立柱沿着其长度方向的两侧开设有凹槽导轨，所述纵向立柱的两端面之间设有升降机构，所述升降机构连接有升降电机，纵向立柱的底面设有底座，用于与控制系统相连，所述横向立柱通过十字联结滑块与纵向立柱固定在一起，横向立柱沿其长度方向上开设有凹槽导轨，所述横向立柱的两端面之间设有横向移动机构，横向立柱的右端面处装有喷枪，左端面设置有驱动横向移动机构前后移动的横向电机，所述十字联结滑块分别置于横向立柱和纵向立柱的凹槽导轨中。

进一步地，所述升降机构为竖向滚珠丝杠。

进一步地，所述横向移动机构为横向滚珠丝杠。

进一步地，所述竖向滚珠丝杠和横向滚珠丝杠的调节精度，能达到任意300mm行程内行程变动量为0.023mm。

进一步地，所述喷枪喷嘴背面装有位移传感器，能有效避免喷涂涂料的干涉，同时依靠位移传感器测得的壁厚，通过壁厚差计算，检测喷涂厚度。

进一步地，所述底座与纵向立柱连接处设置有加强筋。

进一步地，所述工作台上装有自动定位卡盘，工作台与工作台电机相连，所述工作台电机能够驱动工作台进行高度调节以及绕Y轴旋转，所述自动定位卡盘通过指令对工件进行精确抓取定位。

进一步地，所述工作台通过联轴器与工作台底座内的工作台电机相连。

本发明还提供一种五轴联动自动喷涂机构的喷涂方法，包括以下步骤：

S1、工件定位：将待喷涂工件放置于工作台上，由自动定位卡盘进行精确定位，工作台在工作台电机的驱动下进行喷枪与工件间的高度调节；

S2、移动喷枪到达喷涂领域：在滚珠丝杠的驱动下按照程序指令进行前后、上下移动，使喷枪进入喷涂范围；

S3、调整喷枪角度：在喷枪电机的驱动下调整喷枪与工件的角度，以达到最佳位置；

S4、捕捉工件中心：在滚珠丝杠、喷枪电机以及喷枪喷嘴处位移传感器的协同作用下使喷枪头捕捉到工件中心位置；

S5、喷涂：工作台在工作台电机的驱动下带动工件旋转，同时滚珠丝杠按照程序指令驱动喷枪位移进行喷涂工作；

S6、复位：喷涂结束后，为避免单独向后移动时喷枪与工件发生碰撞，升降电机和横向电机向上和向后协同运行，使喷枪退回至初始位置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的五轴联动自动喷涂机构，具有5轴联动的功能，速度快，运行平稳、定位精准，能够大范围，多角度的进行全面的喷涂工作,不会产生漏喷、重复喷的弊病，改善了在有毒有害和高温环境中人工作业的处境。

2、本发明的五轴联动自动喷涂机构，升降和平移动作采用滚珠丝杠实现，不仅可以达到高精度定位要求，还可以降低成本，维修方便简单。

3、本发明的五轴联动自动喷涂机构，工作台使用自动定位卡盘，可以精确装夹定位工件，减少装夹时间。

4、本发明的五轴联动自动喷涂机构，利用滚珠丝杠进行前后、上下的精确调节，电机进行喷枪角度转变，配合工件旋转运动从而完成喷涂工作，不但可以自动精准的完成工件喷涂工作，而且极大的减轻了中小企业财政压力，在目前市场上具有巨大的价格优势。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种五轴联动的自动喷涂机构的结构示意图；

图2为本发明中横向立柱、纵向立柱和十字联结滑块的连接关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，根据本发明提供的一种五轴联动的自动喷涂装置，包括十字立柱控制结构、喷枪4和工作台5，十字立柱控制结构的右端与喷枪4固定，十字立柱控制结构带动喷枪4进行上下左右位置调节，十字立柱控制结构包括横向立柱1、纵向立柱2和十字联结滑块13，纵向立柱2沿着其长度方向的两侧开设有凹槽导轨8，纵向立柱2的两端面之间设有竖向滚珠丝杠21，竖向滚珠丝杠21连接有驱动其运动的升降电机9，纵向立柱2的底面设有底座14，用于与控制系统11相连，底座14与纵向立柱2连接处设置有加强筋12；横向立柱1通过十字联结滑块13与纵向立柱2固定在一起，横向立柱1沿其长度方向上开设有凹槽导轨8，横向立柱1的两端面之间设有横向滚珠丝杠101，横向立柱1的右端面处装有喷枪4，左端面设置有驱动横向滚珠丝杠101前后移动的横向电机10，十字联结滑块13分别置于横向立柱1和纵向立柱2的凹槽导轨8中。

工作台5位于喷枪4的右侧，工作台5下方设有工作台电机6，工作台电机6驱动工作台5上下运动或绕Y轴旋转，喷枪4的侧边设有喷枪电机3，控制喷枪4绕Z轴旋转，调整喷枪角度，喷枪4喷嘴下装有位移传感器16，能有效避免喷涂涂料的干涉，同时依靠位移传感器测得的壁厚，通过壁厚差计算，检测喷涂厚度。

工作台5上装有自动定位卡盘7，工作台5通过联轴器15与工作台底座内的工作台电机6相连，工作台电机6能够驱动工作台5进行高度调节以及绕Y轴旋转，自动定位卡盘7通过指令对工件进行精确抓取定位。

竖向滚珠丝杠21和横向滚珠丝杠101的调节精度，能达到任意300mm行程内行程变动量为0.023mm。

本发明还提供一种五轴联动自动喷涂机构的喷涂方法，包括以下步骤：

S1、工件定位：将待喷涂工件放置于工作台上，自动定位卡盘接受指令自动将工件精确定位夹紧，当工作台电机运行时，工作台在工作台电机的驱动下进行喷枪与工件间的高度调节；

S2、移动喷枪到达喷涂领域：驱动滚珠丝杠前后、上下运动的横向电机和升降电机运行，带动横向滚珠丝杠和纵向滚珠丝杠同步进行运动，使喷枪进入喷涂范围；滚珠丝杠在市场上已经非常成熟，获得方便，其移动等级为毫米级，精度可达任意300mm行程内行程变动量为0.023mm，即P5＝0.023，可以实现非常精确地定位效果；

S3、调整喷枪角度：在喷枪电机的驱动下使喷枪绕Z轴转动，调整喷枪与工件的角度，以达到最佳喷涂角度；

S4、捕捉工件中心：喷枪喷嘴背面装有位移传感器，在滚珠丝杠、喷枪电机的协同作用下，位移传感器精准捕捉位置信息，并输出可靠信号，驱使调节装置移动喷枪至工件中心位置，实现最佳喷涂位置；

S5、喷涂：工作台在工作台电机的驱动下带动工件旋转，同时滚珠丝杠按照程序指令驱动喷枪位移进行喷涂工作；

S6、复位：喷涂结束后，升降电机和横向电机反转，向上和向后协同运行，使喷枪退回至初始位置，避免单独向后移动时喷枪与工件发生碰撞。

以上所述均可通过控制系统进行远程操作。

本发明的五轴联动自动喷涂机构，适用于对管道件、轴瓦的内壁以及外表面进行喷涂工作。此外，由于工件使用自动定位卡盘进行装夹，故在进行外表面喷涂时，当一边外表面喷涂完成后需进行掉头处理已完成全部喷涂。本发明为替代价格昂贵的机器手自动喷涂机构，采用两个滚珠丝杠分别控制X轴移动自由度以及Y轴移动自由度，使用小型电动机控制喷枪绕Z轴的旋转自由度，实现喷枪五个方向的运动，确保喷枪与工件的最佳喷涂角度。此外，使用电动机实现工作台的移动和旋转，以配合喷枪实现更加完善的喷涂效果。

综上所述，该五轴联动自动喷涂机构，按照直角坐标的布局方式，横向立柱通过横向滚珠丝杠可以沿着凹槽导轨进行水平移动，纵向立柱同时通过纵向滚珠丝杠沿着凹槽导轨进行垂直移动，喷枪电机带动喷枪绕Z轴旋转，工作台电机可以使工作台绕Y轴旋转和上下移动，这样就构成了五轴联动。使用时，按照喷涂特点，在控制屏上进行远程操作和监控，可以根据不同的工件和不同的喷涂要求随时调整喷涂工作。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种五轴联动的自动喷涂装置，其特征在于，包括十字立柱控制结构、喷枪和工作台，所述十字立柱控制结构的右端与喷枪固定，所述工作台下方设有工作台电机，所述工作台电机驱动工作台上下运动或绕Y轴旋转，所述十字立柱控制结构带动喷枪进行上下左右位置调节，所述喷枪的侧边设有喷枪电机，控制喷枪绕Z轴旋转，调整喷枪角度，所述十字立柱控制结构、工作台电机、喷枪电机均与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的五轴联动的自动喷涂机构，其特征在于，所述十字立柱控制结构包括横向立柱、纵向立柱和十字联结滑块，所述纵向立柱沿着其长度方向的两侧开设有凹槽导轨，所述纵向立柱的两端面之间设有升降机构，所述升降机构连接有升降电机，纵向立柱的底面设有底座，用于与控制系统相连，所述横向立柱通过十字联结滑块与纵向立柱固定在一起，横向立柱沿其长度方向上开设有凹槽导轨，所述横向立柱的两端面之间设有横向移动机构，横向立柱的右端面处装有喷枪，左端面设置有驱动横向移动机构前后移动的横向电机，所述十字联结滑块分别置于横向立柱和纵向立柱的凹槽导轨中。

3.根据权利要求2所述的五轴联动的自动喷涂机构，其特征在于，所述横向移动机构为横向滚珠丝杠。

4.根据权利要求2所述的五轴联动的自动喷涂机构，其特征在于，所述升降机构为竖向滚珠丝杠。

5.根据权利要求4所述的五轴联动的自动喷涂机构，其特征在于，所述竖向滚珠丝杠的调节精度，能达到任意300mm行程内行程变动量为0.023mm。

6.根据权利要求2所述的五轴联动的自动喷涂机构，其特征在于，所述底座与纵向立柱连接处设置有加强筋。

7.根据权利要求1所述的五轴联动的自动喷涂机构，其特征在于，所述工作台上装有自动定位卡盘，工作台与工作台电机相连，所述工作台电机能够驱动工作台进行高度调节以及绕Y轴旋转，所述自动定位卡盘通过指令对工件进行精确抓取定位。

8.根据权利要求1所述的五轴联动的自动喷涂机构，其特征在于，所述工作台通过联轴器与工作台底座内的工作台电机相连。

9.根据权利要求1所述的五轴联动的自动喷涂机构，其特征在于，所述喷枪的喷嘴背面装有位移传感器。

10.一种五轴联动自动喷涂机构的喷涂方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、工件定位：将待喷涂工件放置于工作台上，由自动定位卡盘进行精确定位，工作台在工作台电机的驱动下进行喷枪与工件间的高度调节；

S2、移动喷枪到达喷涂领域：在滚珠丝杠的驱动下按照程序指令进行前后、上下移动，使喷枪进入喷涂范围；

S3、调整喷枪角度：在喷枪电机的驱动下调整喷枪与工件的角度，以达到最佳位置；

S4、捕捉工件中心：在滚珠丝杠、喷枪电机以及喷枪喷嘴处位移传感器的协同作用下使喷枪头捕捉到工件中心位置；

S5、喷涂：工作台在工作台电机的驱动下带动工件旋转，同时滚珠丝杠按照程序指令驱动喷枪位移进行喷涂工作；

S6、复位：喷涂结束后，为避免单独向后移动时喷枪与工件发生碰撞，升降电机和横向电机向上和向后协同运行，使喷枪退回至初始位置。