劉瑞軍

摘要：貨車車輛的關(guān)鍵金屬零部件在使用過程中易受到不同環(huán)境的腐蝕而影響其使用安全與壽命。為了改善噴涂作業(yè)環(huán)境，提高作業(yè)質(zhì)量與效率，本文擬設計車輛自動噴漆機器人系統(tǒng)，在實現(xiàn)機械化噴涂作業(yè)的基礎(chǔ)上，深入研究噴涂跡線、噴射壓力、距離、角度等參數(shù)對物料附著效果、回彈等的影響，實現(xiàn)噴涂系統(tǒng)性能參數(shù)的合理設計，達到保障噴涂質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：貨車自動噴漆;自動噴涂機器人;可視化控制

0? 引言

鐵路貨車車輛金屬零部件受環(huán)境介質(zhì)的作用易發(fā)生化學或電化學反應，腐蝕破壞基材，從而大大影響部件使用壽命，威脅到車輛運行的安全性。為緩解車輛金屬部件的腐蝕，需對部件進行有效的表面處理[1-3]。本文擬研制一套自動噴涂系統(tǒng)以彌補人工作業(yè)中的短板，根據(jù)各制動配件的噴涂要求，設計合適的噴涂軌跡曲線，綜合全部制動配件的噴涂軌跡，設計合適的噴涂機器人和匹配的噴涂系統(tǒng)[1-3]。

1? 系統(tǒng)關(guān)鍵問題分析

1.1 鐵路貨車制動配件自動噴涂機器人設計

六自由度噴涂機器人運動自由度與范圍能夠滿足目前廠修檢修時制動配件各類尺寸規(guī)格需求，定位精度能夠滿足高質(zhì)量噴涂控制需求。機器人系統(tǒng)包括腕臂運動機構(gòu)、噴嘴運動機構(gòu)、油漆噴涂動力系統(tǒng)、運動機構(gòu)控制系統(tǒng)。

1.2 噴涂室可視化監(jiān)控與操作控制系統(tǒng)研制

為徹底解決噴涂惡劣環(huán)境對工作人員健康的影響，本項目所研制的系統(tǒng)考慮在噴涂室布置可視化監(jiān)控網(wǎng)絡，并配備置于噴涂室外的噴涂機器人操作臺，噴涂工人通過遠程視頻識別出不同的制動配件，選擇相應的控制噴涂作業(yè)過程，實現(xiàn)遠程機械化作業(yè)。

1.3 噴涂性能關(guān)鍵參數(shù)設計

根據(jù)噴涂對象結(jié)構(gòu)特性與噴涂效果需求，開展鐵路貨車制動配件噴涂關(guān)鍵參數(shù)研究，包括噴涂跡線設計、噴射壓力與噴射角度參數(shù)設計、受噴面距離參數(shù)設計、噴嘴霧化與錐角設計、噴涂原料回彈情況分析等。從而實現(xiàn)噴涂過程的均勻連續(xù)，保障被噴件噴涂質(zhì)量與噴涂作業(yè)效率[4-5]。

2? 系統(tǒng)關(guān)鍵問題分析

①在現(xiàn)有貨車制動配件防銹噴涂作業(yè)線基礎(chǔ)上，升級改造噴涂室作業(yè)裝備，將人工噴涂作業(yè)方式升級為機器人自動噴涂。保留現(xiàn)有的導鏈傳輸線。在噴涂間內(nèi)，其布置方式與原方式一致，對側(cè)為擋漆板，現(xiàn)操作工站立噴涂位置布置一臺噴涂機器人來代替人工作業(yè)。

②采用機器人噴涂，因噴涂動作參考人工作業(yè)方式，則需要配置一套旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，代替人手旋轉(zhuǎn)制動配件，制動配件在懸掛狀態(tài)能旋轉(zhuǎn)到希望角度。

③通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，在解決了制動配件在懸掛線掛具上的定姿態(tài)、定角度旋轉(zhuǎn)技術(shù)問題后，噴涂機器人就可以按制動配件旋轉(zhuǎn)后所處在姿態(tài)執(zhí)行相應匹配的噴涂軌跡曲線，移動噴槍完成制動配件正對著機器人側(cè)的區(qū)域的噴涂作業(yè)。

3? 系統(tǒng)模塊設計

所研制的鐵路貨車制動配件自動噴漆系統(tǒng)能滿足噴涂作業(yè)的機械化和遠程控制需求，系統(tǒng)包含的主要模塊有[6-7]：

①運動機構(gòu)：通過六自由度機械手，實現(xiàn)噴嘴在設計空間范圍內(nèi)的自由運動與精確定位;

②自動送料系統(tǒng)：在既有的制動配件噴漆流水線上，采用合理的物料傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)物料的均勻、連續(xù)、穩(wěn)定輸送;

③自動控制系統(tǒng)：結(jié)合現(xiàn)場應用需求，編制機器人控制程序，實現(xiàn)機器人姿態(tài)、位置、軌跡的有效控制;

④視頻監(jiān)控系統(tǒng)：根據(jù)噴涂室環(huán)境情況，合理布置高清攝像頭，實現(xiàn)噴涂室作業(yè)過程監(jiān)控，達到滿足遠程操控需求的目的。

4? 智能機器人設計

4.1 噴涂機器人參數(shù)

作為噴涂作業(yè)的執(zhí)行單位，需要考慮噴涂環(huán)境的粉塵易爆的特殊性，故需要采用具有防爆保護的專用噴涂機器人，其參數(shù)如圖1所示。

4.2 噴涂工藝參數(shù)

噴涂路徑根據(jù)零部件外形仿形，結(jié)合具體情況自動變化噴漆系統(tǒng)壓力，機器人示教生成合理路徑。

4.2.1 罐體噴涂路徑

工件來料時橫向位置，橫向中間部分噴涂時走直線，縱向仿工件圓弧保持噴嘴與工件距離一致性，噴嘴往復兩個回合，然后工件旋轉(zhuǎn)90度，工件一端面面對機器人，噴端面，端面噴涂路徑完全仿形端面外形，噴完端面再旋轉(zhuǎn)90度噴另一橫向，再旋轉(zhuǎn)90噴另一端面。如圖2。

4.2.2 板件噴涂路徑

工件來料時板面面對機器人，噴嘴上下運動，兩側(cè)位置，噴涂路徑仿側(cè)面，噴嘴與板面有45度夾角，正面噴嘴與板面垂直，三個板件噴完一面，工件旋轉(zhuǎn)180度，噴涂另一面。如圖3。

4.2.3 彈簧噴涂路徑

工件來料時如圖4面對機器人，噴涂路徑軸向走平行線，徑向仿形彈簧外圓，彈簧端面噴嘴垂直端面噴涂，正面一側(cè)四個彈簧噴完后，工件旋轉(zhuǎn)180度，噴涂另一測。如圖4。

4.3 視頻監(jiān)控及操作控制系統(tǒng)

視頻監(jiān)控及操作控制系統(tǒng)包括兩套防爆攝像頭、一臺監(jiān)控工業(yè)計算機、監(jiān)視顯示器、檢測傳感器、PLC、旋轉(zhuǎn)電機、夾緊氣缸、電磁閥、低壓電器、電控柜、操作臺等。

噴涂間內(nèi)包括：攝像頭、傳感器、旋轉(zhuǎn)電機、夾緊氣缸、電磁閥等?？刂破?、計算機、操作臺等都布置在噴涂間外。

攝像頭布置在噴涂間導鏈傳輸線機器人側(cè)的兩端，通過操作能從兩側(cè)完全觀察到機器人工作范圍和噴涂過程。

所有操作按鈕配置在操作臺上，可實現(xiàn)手動/自動切換。在手動模式下，可以單獨動作傳輸線、夾緊機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。在自動模式下，通過啟動、停止按鈕，實現(xiàn)傳輸、噴涂的自動過程。

本系統(tǒng)中，通過對視頻信號進行視頻流自動識別，在制動配件到位后，到位傳感器觸發(fā)識別軟件，在顯示圖像的指定ROI范圍內(nèi)，識別軟件自動提取制動配件的外輪廓和特征輪廓，通過與模型庫進行輪廓比對，自動識別出制動配件的類型并彈出選擇界面，由噴涂工人進行確認，系統(tǒng)自動選擇相應的控制噴涂作業(yè)過程，實現(xiàn)遠程機械化作業(yè)。

也可由噴涂工人通過看遠程視頻識別出不同的制動配件，選擇相應的控制噴涂作業(yè)過程，實現(xiàn)遠程機械化作業(yè)。

5? 總結(jié)

本系統(tǒng)可實現(xiàn)適應各類制動配件的噴嘴運動跡線設計。根據(jù)鐵路貨車各類制動配件的形狀與尺寸，合理設計噴嘴的運動跡線，達到快速、高效完成噴涂作業(yè)的目的。同時，本系統(tǒng)可以推廣至車輛工程的各個領(lǐng)域中。

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