車輛自動噴漆機器人及可視化設計

劉瑞軍

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

關鍵詞：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境介質的作用易發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以彌補人工作業中的短板，根據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[1-3]。

1? 系統關鍵問題分析

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格需求，定位精度能夠滿足高質量噴涂控制需求。機器人系統包括腕臂運動機構、噴嘴運動機構、油漆噴涂動力系統、運動機構控制系統。

1.2 噴涂室可視化監控與操作控制系統研制

為徹底解決噴涂惡劣環境對工作人員健康的影響，本項目所研制的系統考慮在噴涂室布置可視化監控網絡，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過程，實現遠程機械化作業。

1.3 噴涂性能關鍵參數設計

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

2? 系統關鍵問題分析

①在現有貨車制動配件防銹噴涂作業線基礎上，升級改造噴涂室作業裝備，將人工噴涂作業方式升級為機器人自動噴涂。保留現有的導鏈傳輸線。在噴涂間內，其布置方式與原方式一致，對側為擋漆板，現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。

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

③通過旋轉機構，在解決了制動配件在懸掛線掛具上的定姿態、定角度旋轉技術問題后，噴涂機器人就可以按制動配件旋轉后所處在姿態執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的區域的噴涂作業。

3? 系統模塊設計

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

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

②自動送料系統：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，實現物料的均勻、連續、穩定輸送;

③自動控制系統：結合現場應用需求，編制機器人控制程序，實現機器人姿態、位置、軌跡的有效控制;

④視頻監控系統：根據噴涂室環境情況，合理布置高清攝像頭，實現噴涂室作業過程監控，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

作為噴涂作業的執行單位，需要考慮噴涂環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，其參數如圖1所示。

4.2 噴涂工藝參數

噴涂路徑根據零部件外形仿形，結合具體情況自動變化噴漆系統壓力，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90度噴另一橫向，再旋轉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，兩側位置，噴涂路徑仿側面，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，正面一側四個彈簧噴完后，工件旋轉180度，噴涂另一測。如圖4。

4.3 視頻監控及操作控制系統

視頻監控及操作控制系統包括兩套防爆攝像頭、一臺監控工業計算機、監視顯示器、檢測傳感器、PLC、旋轉電機、夾緊氣缸、電磁閥、低壓電器、電控柜、操作臺等。

噴涂間內包括：攝像頭、傳感器、旋轉電機、夾緊氣缸、電磁閥等。控制器、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的兩端，通過操作能從兩側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、旋轉機構。在自動模式下，通過啟動、停止按鈕，實現傳輸、噴涂的自動過程。

本系統中，通過對視頻信號進行視頻流自動識別，在制動配件到位后，到位傳感器觸發識別軟件，在顯示圖像的指定ROI范圍內，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，系統自動選擇相應的控制噴涂作業過程，實現遠程機械化作業。

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過程，實現遠程機械化作業。

5? 總結

本系統可實現適應各類制動配件的噴嘴運動跡線設計。根據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、高效完成噴涂作業的目的。同時，本系統可以推廣至車輛工程的各個領域中。

參考文獻：

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[6]刁訓娣，趙德安，李醫民，王燚.噴漆機器人噴槍軌跡離線優化方法[J].農機化研究，2004（01）.

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