專利名稱：機器人用單流量計式數字化噴涂系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人用單流量計式數字化噴涂系統，屬于機器人噴涂設備技術領域。
背景技術：
目前，工業產品對機器人噴涂的涂層表面質量要求和漆膜厚度精度要求越來越高，普通的恒壓式供料系統由于缺乏對流量的監測手段，已經不能滿足噴涂機器人對流量控制精度的要求，成為了進一步提高機器人噴涂作業質量的約束瓶頸，因此迫切需要一種 能夠對噴槍流量進行實時檢測與調節的供料系統，現有的噴涂機器人噴槍流量檢測、調節的技術基本有以下三種。第一種，人工方法。檢測辦法是打開噴涂機器人的供料系統，調節調壓閥到某指定壓力值，然后關閉噴槍的霧化空氣和扇幅空氣，打開噴槍，由工作人員手持測量工具(如量筒)在噴槍下接一定時間(如I分鐘)，然后讀取量筒數值，換算噴槍的單位時間吐出量。進一步的，若需要調節流量，辦法是若當前測得流量值偏高，則降低調壓閥壓力；反之，則提高調壓閥壓力。上述檢測、調節過程需反復進行，直到噴槍流量達到要求為止，然后可以開始噴涂作業。這種方法的缺點顯而易見需要大量人工參與，降低了噴涂作業的自動化程度，不利于發揮機器人高效、自動化的特點。而且，對于易沉淀涂料或者長尺寸送料管路來說，涂料容易在管路內發生沉積，引起噴槍流量衰減或不穩定，導致工作人員不得不定期的、反復的監測調節噴槍流量，非常麻煩。第二種，通過計量齒輪泵進行控制。如圖I所示，該方法需要采用盲端送料方式，即噴槍只接一根進料管，然后在進料管串接一臺計量齒輪泵。齒輪泵的原理是通過齒輪轉動帶動涂料流動，每轉動固定角度送出的涂料量是等同的，因此通過控制齒輪泵的轉速即可實現噴槍噴出流量的檢測與控制。這種技術的缺點是僅適用于噴槍為盲端的涂料輸送系統，若管路設計為循環供料的方式，則會有一部分涂料經由回流管流回涂料容器，導致齒輪泵的輸出流量大于噴槍的實際吐出流量。此外，計量齒輪泵系統的造價高昂且易磨損，需要定期標定，使用成本很高。第三種，通過流量計和節流閥進行控制。如圖2所示，該方法同樣限定噴槍只接一根進料管，然后在進料管上串接節流閥和流量計，當流量計檢測到流量有偏差時，控制器通過改變節流閥的開閉度來調節流量。這類方法的缺點與第二類方法相同，即僅適用于噴槍為盲端的管路類型，因為若管路為循環供料類型，則由于一部分涂料由回流管流回涂料容器，流量計所檢測出的流量大于噴槍噴出的實際流量。此外，該方法需要把流量計布置在盡可能靠近噴槍的機械臂上，增加了機械臂末端的尺寸和重量，不適用于小型或內表面噴涂機器人。綜上所述，目前的噴涂系統中噴槍流量的自動檢測和調節均針對盲端供料方式，對于非盲端供料，也就是循環供料方式則束手無策，原因在于在循環供料方式下，噴槍上接有一個回流管，開槍時一部分涂料從噴槍噴口噴出，還有一部分從回料管回流到涂料容器，因此現有的技術手段無法檢測出到底有多少涂料從噴槍噴出，也無法進行控制，只能被迫采用人工測量的辦法。考慮到對于很多高固體份、大比重、易沉淀涂料來說，經常采用循環供料的方式以防止涂料在管路內發生沉淀。因此，迫切需要開發一種能夠對循環供料方式下的自動噴槍流量進行實時、在線檢測和閉環控制的噴涂系統，以提高流量檢測和調節的自動化程度，提高噴涂機器人的作業質量。
發明內容
本發明所要解決的問題在于克服現有的噴涂系統中噴槍流量檢測方法存在的缺陷，針對循環供料式的噴涂機器人噴涂系統，提供一種結構簡單、計量精確、成本較低的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，使之適用于不便于人工檢測、調節流量且必須使用循 環供料模式的場合。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于該噴涂系統含有進料管路001、回料管路002、空氣管路003和控制部分；進料管路001從涂料容器101中連出，依次連接涂料泵103、過濾器104、穩壓器105、調壓閥106、氣動比例閥107和數字式流量計108，最終連接到自動噴槍109的進料口 ；回料管路002從自動噴槍109的回料口連出，經背壓閥110連回到涂料容器101 ；空氣管路003從氣源201連出，經空氣過濾器202后分為六路，第一路經第一電氣比例閥203和油霧器209連接到攪拌器102，第二路經第二電氣比例閥204后分別連接到涂料泵103和穩壓器105，第三路經第三電氣比例閥205連接到氣動比例閥107，第四路經第四電氣比例閥206連接到自動噴槍109的霧化空氣入口，第五路經第五電氣比例閥207連接到自動噴槍109的扇幅空氣入口，第六路經第六電氣比例閥208連接到自動噴槍109的開關槍空氣入口；控制部分包括含有控制程序的上位機301和PLC控制器302，數字式流量計108通過控制線路與PLC控制器302的脈沖信號采集模塊相連，六個電氣比例閥分別通過控制線路與PLC控制器302的D/A模塊相連，PLC控制器302通過控制線路與上位機301相連。所述的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于上位機301采用工控機或觸摸屏。所述的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于數字式流量計108采用本安式數字流量計。所述的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于電氣比例閥和PLC控制器302均置于防爆控制柜005內。所述的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于所述涂料泵103采用隔膜泵、活塞泵或齒輪泵。所述的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于所述自動噴槍109采用自動空氣噴槍。本發明與已有技術相比，具有以下優點及突出性效果 對于同時接有進料和回料兩根涂料管的自動噴槍，僅通過在進料管串接一個流量計即可實現噴槍吐出流量的實時、在線檢測，有利于降低噴涂系統的研制成本。進一步地，實現了噴槍流量的閉環控制，大大提高了噴涂系統的流量控制精度，消除了噴涂過程中的流量波動，有利于提高機器人的噴涂質量。此外，本系統還實現了泵、攪拌器、開關槍、霧化空氣壓力和扇幅空氣壓力的遠程監控和調節，提高了噴涂系統的自動化程度。本發明特別適用于不便于人工檢測流量且必須使用槍內循環模式進行供料的場合，以及因使用高固體份、大比重、易沉淀涂料或涂料輸送管路過長而容易出現流量衰減現象的場合。
圖I是計量齒輪泵式流量測控系統的原理圖。圖2是“流量計+節流閥”式流量測控系統的原理圖。
圖3是本發明的系統結構示意圖。圖中001進料管路；002-回料管路；003-空氣管路；004_控制線路；005_防爆柜；006-危險區域標志線；101-涂料容器；102_攪拌器；103_涂料泵；104_涂料過濾器；105_穩壓器；106-調壓閥；107-氣動比例閥；108-數字式流量計；109-自動噴槍；110-背壓閥；111_齒輪泵；112-節流閥；201-氣源；202_空氣過濾器；203_第一電氣比例閥；204_第二電氣比例閥；205-第三電氣比例閥;206_第四電氣比例閥;207_第五電氣比例閥;208;第六電氣比例閥；209-油霧器；301-上位機；302_PLC控制器；303_控制器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的結構、原理和工作過程進一步說明。I.噴涂系統的具體結構圖3為本發明提供的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，該噴涂系統由進料管路001、回料管路002、空氣管路003和控制部分組成。進料管路001從涂料容器101中連出，依次連接涂料泵103、過濾器104、穩壓器105、調壓閥106、氣動比例閥107和數字式流量計108，最終連接到自動噴槍109的進料口。回料管路002從自動噴槍109的回料口連出，經背壓閥110連回到涂料容器101。空氣管路003從氣源201連出，經空氣過濾器202后分為六路，第一路經第一電氣比例閥203和油霧器209連接到攪拌器102，第二路經第二電氣比例閥204后分別連接到涂料泵103和穩壓器105，第三路經第三電氣比例閥205連接到氣動比例閥107，第四路經第四電氣比例閥206連接到自動噴槍109的霧化空氣入口，第五路經第五電氣比例閥207連接到自動噴槍109的扇幅空氣入口，第六路經第六電氣比例閥208連接到自動噴槍109的開關槍空氣入口。控制部分包括含有控制程序的上位機301和PLC控制器302，數字式流量計108通過控制線路與PLC控制器302的脈沖信號采集模塊相連，六個電氣比例閥分別通過控制線路與PLC控制器302的D/A模塊相連，PLC控制器302通過控制線路與上位機301相連。所述上位機301可采用機器人的控制計算機，也可單獨采用觸摸屏，考慮到噴漆作業的防爆要求，上位機301必須安置于危險區域標志線006之外，與噴漆室隔離。所述數字式流量計108采用本安式數字流量計，如GRACO齒輪式流量計，其檢測原理為流量計內部有一對互相嚙合的齒輪，涂料流經流量計時帶動齒輪轉動，齒輪每轉動一定角度則輸出一個脈沖信號，信號采集器統計一定時間內收到的脈沖信號即可計算出流經流量計的涂料流量。該型流量計的檢測精度高，且不受涂料粘度、比重、固體份含量和溫度的影響，其分辨率為O. 012cc/pulse,即每流過O. 012cc的涂料，則流量計輸出一個脈沖信號。 所述電氣比例閥選用FESTO比例減壓閥，控制器302選用帶有脈沖信號采集模塊和D/A模塊的PLC，考慮到噴涂作業的防爆要求，電氣比例閥和PLC控制器302均置于防爆控制柜005內。所述涂料泵103可采用GRACO公司的氣動隔膜泵，具有體積小、安裝方便、適用于中高粘度且較大顆粒液體等優良特性，也可根據實際需要采用活塞泵和齒輪泵等其他泵。所述自動噴槍109采用LVMP型自動空氣噴槍，也可采用HVLP等其他類型的自動空氣噴槍。2.噴涂系統的工作原理利用單個流量計對循環供料方式下的噴槍流量進行實時檢測與控制的具體原理是首先，通過串于噴槍進料管路001的數字式流量計108采集進料管的實時流量信息并傳遞給PLC控制器302，控制器隨即通過預先存儲的換算公式將進料流量換算為噴槍實時吐出流量；然后，將噴槍實時流量與預設流量進行比較，輸出控制信號給第三電氣比例閥205調節其閥口開度，第三電氣比例閥205輸出端的空氣壓力又作為控制信號控制串于進料管路001中的氣動比例閥107的閥口開度，調節進料管路001的壓力和流量，進而達到控制噴槍流量的目的。(I)單流量計式流量檢測原理由于采用循環供料模式進行供料，數字式流量計108采集到的流量信號與自動噴槍109的實際噴出流量并不相同，而是根據是否噴涂而存在兩種關系I)不噴涂時，即噴槍不開槍，此時數字式流量計108采集到的信號為管路循環流量，噴槍流量為O,即有
j Qm =Q'a =⑴
_ ( 回=O其中，Q3mS數字式流量計108測量到的流量，Qft為噴槍吐出流量，Qa為進料管流量，Q0為回料管流量。2)噴涂時，即噴槍開槍，此時流量計采集到的信號為管路循環流量，噴槍流量為進料管流量與回料管流量的差，即有
j Qm = Qm > Qu⑵
= ~ Qu
由流體力學可知，管道進料流量與噴槍吐出流量均與管路壓力有關，因此當管路壓力恒定時，管路進料流量與噴槍吐出流量之間的比例關系也是一定的，那么如果知道二者之間的比例關系就可以由管道進料流量推算出噴槍吐出流量。必須注意的是，不同涂料、不同粘度下的進料流量與噴槍流量的比例關系是不同的，因此需事先進行噴涂實驗，通過曲線擬合方法建立換算公式，存儲于控制器中。一個典型的建立換算公式的實驗過程是I)實驗準備如 噴槍有針閥位置調節功能，則保證此時的噴槍針閥位置和日常噴涂作業時完全一致，本發明中針閥位置為全開。然后針對實驗涂料，調節涂料粘度到指定值，打開涂料輸送系統，將涂料打入系統。2)數據采集關閉噴槍的霧化和扇幅空氣，并在噴槍下置一量筒，然后通過調壓閥設定管道內壓力至某數值，打開噴槍I分鐘，記錄I分鐘內量筒內累計的涂料體積，并觀測記錄流量計的讀數，然后通過調壓閥改變管道內壓力重復上述操作，至少取5組數值。為提高測量精度，可在噴涂常用壓力調節范圍內以壓力表最小量程為間隔，盡可能多的進行實驗。3)數據擬合通過曲線擬合的方法，獲得不同壓力下的“Qft/Q ”比值，本發明用二次多項式進行擬合，獲得如式(3)所示的方程，并將該方程存儲于控制器的數據處理模塊中。
權利要求
1.一種機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于該噴涂系統含有進料管路(001)、回料管路(002)、空氣管路(003)和控制部分； 所述進料管路(001)從涂料容器(101)中連出，依次連接涂料泵(103)、過濾器(104)、穩壓器(105)、調壓閥(106)、氣動比例閥(107)和數字式流量計(108)，最終連接到自動噴槍(109)的進料口 ； 所述回料管路(002)從自動噴槍(109)的回料口連出，經背壓閥(110)連回到涂料容器(101)； 所述空氣管路(003)從氣源(201)連出，經空氣過濾器(202)后分為六路，第一路經第一電氣比例閥(203)和油霧器(209)連接到攪拌器(102)，第二路經第二電氣比例閥(204)后分別連接到涂料泵(103)和穩壓器(105)，第三路經第三電氣比例閥(205)連接到氣動比例閥(107)，第四路經第四電氣比例閥(206)連接到自動噴槍(109)的霧化空氣入口，第五路經第五電氣比例閥(207)連接到自動噴槍(109)的扇幅空氣入口，第六路經第六電氣比例閥(208)連接到自動噴槍(109)的開關槍空氣入口 ； 所述控制部分包括含有控制程序的上位機(301)和PLC控制器(302)，數字式流量計(108)通過控制線路與PLC控制器(302)的脈沖信號采集模塊相連，六個電氣比例閥分別通過控制線路與PLC控制器(302)的D/A模塊相連，PLC控制器(302)通過控制線路與上位機(301)相連。
2.根據權利要求I所述的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于所述上位機(301)采用工控機或觸摸屏。
3.根據權利要求I所述的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于所述數字式流量計(108)采用本安式數字流量計。
4.根據權利要求I所述的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于第一電氣比例閥、第二電氣比例閥、第三電氣比例閥、第四電氣比例閥、第五電氣比例閥和第六電氣比例閥和PLC控制器(302)均置于防爆控制柜(005)內。
5.根據權利要求I所述的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于所述涂料泵(103)采用隔膜泵、活塞泵或齒輪泵。
6.根據權利要求I所述的機器人用單流量計式數字化噴涂系統，其特征在于所述自動噴槍(109)采用自動空氣噴槍。
全文摘要
機器人用單流量計式數字化噴涂系統，由進料管路、回料管路、空氣管路和控制部分組成，進料管路將涂料從涂料容器輸送到自動噴槍進料口，管路中串接數字式流量計和氣動比例閥；回料管路將涂料從自動噴槍出料口輸送回涂料容器，實現循環供料；空氣管路為各氣動元器件提供壓縮空氣，管路中串接電氣比例閥；控制部分由上位機和PLC控制器組成，與電氣比例閥和流量計分別相連。該系統可實現循環供料模式下自動噴槍的實時流量檢測和閉環控制，還具備涂料泵、攪拌器、自動噴槍開關、霧化空氣和扇幅空氣的遠程調節能力，尤其適用于使用槍內循環模式進行供料但不便于人工檢測流量或容易出現流量衰減現象的場合。
文檔編號B05B12/00GK102641803SQ20121009810
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者劉召, 張傳清, 楊東超, 楊向東, 潘玉龍, 王國磊, 繆東晶, 陳懇 申請人:清華大學