再生硒鼓異形件噴漆機械手分析

常斌

摘 要：硒鼓再生時，需要先清理異形件表面，然后再噴漆，以保護和美化零件表面。從噴漆工藝的環境影響和工藝質量要求等方面入手不難發現，傳統的噴漆工序和方法已不能滿足目前的市場需求，而市場對異形件表面噴漆機械手的開發和應用十分迫切。以研究的噴漆機械手資料為基礎，設計出一套再生硒鼓異形件噴漆分析方案。

關鍵詞：再生硒鼓；噴漆；機械手；異形件

中圖分類號：TP241.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.033

使用過激光打印機的用戶都清楚，硒鼓是打印機的核心部件，硒鼓的質量直接決定著打印效果。原裝硒鼓質量最穩定，使用成本過高，為了節約使用成本，用戶一般會在首次碳粉使用完畢后再加粉繼續使用。這樣做，雖然節約了成本，但后期加粉的硒鼓可打印總量會減少，效果差，而且還會損傷打印機，甚至損害人體健康。利用再生硒鼓則可以解決這個問題，節約資源，并減少對人體的損害。在其他發達國家或地區，再生硒鼓的使用率非常高，已經達到了70%.再生硒鼓行業技術已趨于成熟，其技術理論、工藝方式和操作經驗值得國內同行業、從業企業和人員學習、推廣。

1 我國再生硒鼓的行業基本情況

1.1 硒鼓的再生過程概述

再生硒鼓以循環利用為指導思想，通過舊硒鼓關鍵零配件加工處理，將舊硒鼓翻新或組裝重新使用。再生硒鼓翻新的主要步驟是：①回收舊硒鼓，篩選出有再生價值的硒鼓；②拆解硒鼓，剔除損壞配件，清潔可用配件后分類處理；③對可用配件進行修復矯正，延長其使用壽命；④更換硒鼓易損件，清潔外表粉塵，噴漆后烘干；⑤組裝硒鼓后灌粉；⑥檢測硒鼓打印質量。

1.2 推廣噴漆機械手工藝的意義

硒鼓再生環節的第5步非常關鍵，清理舊硒鼓異形件后，要在它的表面噴上一層透明油漆，以起到保護和美觀的作用。之所以稱之為異形件，是因為這些硒鼓部件的型號不同，形狀不規則，結構復雜，噴漆作業難度比較大。目前，國內硒鼓再生業的機械自動化水平不高，供需矛盾突出，所以，引進機械手噴漆技術和工藝的前景十分廣闊。

2 異形件噴漆機械手的設計要求

2.1 硒鼓異形件的噴漆過程

硒鼓異形件的噴漆過程是：①按異形件型號調出控制程序，并調整噴槍噴距、角度和扇角；②將異形件精準地固定在噴漆線夾具上；③用吹掃槍的離子風除去異性件表面的浮沉和靜電；④異性件按照控制程序旋轉，由機械手控制相應的噴槍進行噴漆；⑤為死角和噴漆效果不佳處補漆；⑥高溫烘干；⑦冷卻后，從夾具上取下異形件。在整個過程中，機械手噴漆是關鍵，噴漆部件包括充電輥、感光鼓、磁輥、刮刀、出粉刀和塑膠件等。這些部件架構復雜，屬于典型的異性件，噴漆時需要機械手在空間內任意調整姿態。

2.2 機械手的結構樣式

按照結構形式的不同，機械手一般分為關節型和非關節型兩類。顧名思義，關節型機械手高度模仿人手臂的結構。它由不同的關節組成，運動十分靈活，工作空間大，是未來的主要研究方向。開鏈連桿式關節型機械手是目前使用最多的一種機械手，它由3個轉動自由度組成，結構包括底座和大小臂，分別通過腰關節和肘關節連接，垂直面上的轉動通過大小臂實現，水平面的旋轉運動通過腰關節實現，還可以繞底座旋轉。其主要特點是結構緊湊、體積小、工作空間大。

3 機械手驅動系統設計

3.1 機械手驅動方式

一般情況下，機械手的驅動裝置要求質量輕、動作平滑、反應靈敏、安全穩定。隨著驅動技術的飛速進步，電機驅動系統以精度高、加速快、穩定可靠的獨立特性，逐漸取代了傳統的液壓驅動和氣壓驅動系統。因此，在設計異形件噴漆機械手系統時，一般采用交流伺服電機驅動的方式。

3.2 噴漆機械手的三維模型

在設計異形件噴漆機械手模型之前，先要建立樣機模型，通過模型進行仿真分析。模型分析研究獲得的功能和形狀信息可以直接應用，并為實際決策提供關鍵信息。三維模型設計可以通過三維設計軟件實現，設計軟件具備各類建模功能，能夠設計很多復雜產品，并能改進復雜產品形狀。在設計時，使用的數字仿真能夠及時發現產品中存在的問題，縮短變更周期，降低設計成本。

4 噴漆機械手的控制方案設計

4.1 總控方案的確定

目前，運動控制器主要包括PLC系統、單片機系統、數控系統和運動控制卡系統。這些運動控制器各具特點，適用對象也不同。

總控系統包括上位機控制子系統（組織層）、下位機控制子系統（協調層和執行層）。上位機控制子系統實時監控整個系統，由主程序控制運行機械手。上位機依據噴槍末端在工作空間內的位置和姿勢，通過運動學計算、軌跡設計規劃等操作，依次計算出各個關節伺服電機的具體控制參數，并將這些參數實時傳輸給下位機控制子系統。同時，及時接收下位機系統反饋的關節實際位置信息，以實現對整個系統的實時監控和準確操作。下位機控制子系統通過四軸運動控制卡控制參數，脈沖數的執行由伺服電機驅動器完成，雙層控制，確保噴漆機械手能夠準確控制精度。運動控制卡發出的控制信號可以直接傳輸給各關節電機驅動器，并將機械手各關節的實際位置參數回饋至上位機控制子系統。

4.2 軟件系統的設計

硬件要實現各種功能，必須有對應的軟件配合。再生硒鼓噴漆機械手以硒鼓異形件為噴漆對象，一旦異形件到達噴漆位置，傳感器即刻識別出異形件的類型。傳感器信號傳達至上位機后，上位機調取對應的噴漆軌跡對目標異形件進行噴漆，再利用位置檢測傳感器（比如光電開關）進一步檢測。噴漆機械手運動到位后，自動轉換至下一步動作，而需要定時轉換動作的，則通過時間繼電器實現。

5 結束語

綜上所述，雖然本文設計的再生硒鼓異形件噴漆機械手方案能夠滿足相關操作要求，但是，機械手噴漆設計本身就是一個復雜的課題，在今后的研究中還需不斷改進。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕