一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置及方法与流程

1.本发明涉及表面涂装技术领域，具体的说，是一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置及方法。


背景技术：

2.油漆喷涂装置被广泛用于汽车、家具家电、玩具、建筑、国防军工等领域。在油漆喷涂的过程中，漆膜厚度和厚度均匀性是涂装的关键技术指标。在某些特殊领域中，对漆膜厚度和厚度均匀性的要求极为苛刻，工件的形状又极为复杂，其表面的均匀涂覆面临着巨大的困难。
3.对于复杂回转体工件的喷涂，目前，常用的自动喷涂装置，由六轴机器人、供料系统、喷枪及其他配套设施构成，供料系统一般采用压力桶、隔膜泵、齿轮泵等形式，喷枪采用常用的自动喷枪，这些常用的自动涂覆装置中，供料系统所提供的涂料流量一般在20ml/min以上，喷枪的喷幅宽度在5cm以上。在复杂回转体型面的涂覆中，这些常用的自动涂覆装置无法满足漆膜厚度精密控制的要求，且六轴机器人涂覆过程也依赖于经验和工程试错相结合的形式进行编程。因此，在复杂回转体型面的涂覆中，这些常用的自动喷涂装置存在无法精确地控制涂层厚度，以及不能保障涂层均匀性的缺点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置及方法，用于解决现有技术中现有的自动喷涂装置无法精确控制涂层厚度，且不能保证喷涂均匀性的技术问题。
5.本发明通过下述技术方案解决上述问题：
6.一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置，包括注射泵、六轴机器人、旋转工作台、精密喷枪和机器人系统，设置复杂回转体工件的旋转工作台安装于六轴机器人的运动范围内；与注射泵相连的精密喷枪设置于六轴机器人上，注射泵用于按照设定的涂料流量注射涂料至精密喷枪，并通过精密喷枪按照恒定流速、喷幅宽度对复杂回转体工件进行喷涂；且精密喷枪与注射泵之间连接有供料管路，供料管路的内径不超过2mm设置；六轴机器人、旋转工作台、精密喷枪和注射泵与机器人系统通信连接，以通过机器人系统对六轴机器人、旋转工作台、精密喷枪和注射泵进行集成控制，使精密喷枪的漆雾以恒定的距离、速度和步进扫过复杂回转体工件表面上所有的点。
7.作为对其进一步的改进，所述精密喷枪对复杂回转体工件进行喷涂时，恒定流速为0.01～10ml/min，喷幅宽度为1～10mm。
8.作为对其进一步的改进，所述供料管路采用内径为1～2mm的聚四氟乙烯材质。
9.作为对其进一步的改进，所述精密喷枪包括与供料管路相连接的涂料接口、与压缩空气相连接的压缩空气接口、与雾化空气相连接的雾化接口、以及同轴设置的枪针和雾化套，机器人系统通过压缩空气接口的通断控制涂料接口，涂料和雾化空气分别进入精密
喷枪，并将雾化后的涂料通过枪针流出。
10.作为对其进一步的改进，所述旋转工作台包括台面和均匀分布于台面周边的若干个挡块。
11.作为对其进一步的改进，所述机器人系统包括运动控制模块和油漆控制模块，
12.所述运动控制模块，用于控制旋转工作台和六轴机器人协调运动，使精密喷枪在规定枪距处的喷涂能够以恒定的速度和步进，扫过复杂回转体工件表面上所有的点；
13.所述油漆控制模块，用于与运控控制模块相配合，控制精密喷枪和注射泵，以提供恒定流速以及喷幅宽度的雾化涂料控制涂层厚度。
14.另外，本发明通过下述技术方案解决上述问题：
15.一种复杂回转体型面的高精度喷涂方法，具体步骤包括:
16.a、将复杂回转体工件固定于旋转工作台上，使复杂回转体工件与旋转工作台的旋转中心一致；
17.b、在喷涂起始点设置喷涂流速并启动注射泵，打开精密喷枪对注射泵提供的涂料进行雾化，以产生恒定流速为0.01～10ml/min，喷幅宽度为1～10mm的雾化涂料；
18.c、机器人系统控制旋转工作台和六轴机器人协调运动，使精密喷枪在规定枪距处以恒定的距离、速度和步进进行喷涂，以扫过回转体工件表面上所有的点。
19.作为对其进一步的改进，所述机器人系统的控制方法，包括：
20.s101、建立若干个工艺参数的变量：
21.所述变量至少包括精密喷枪相对于复杂回转体工件运动的线速度，即“枪速”；复杂回转体工件旋转一周后精密喷枪相对于固定参考物移动的距离，即“步进”，,可为机器人基坐标系或大地、转台等固定参考物；精密喷枪与复杂回转体工件表面的距离，即“枪距”；油漆的流速，即“流量”；精密喷枪的雾化气压，即“雾化”；
22.s102、建立工件坐标系(x，o，z)，坐标原点o位于复杂回转体工件下端面中心，z轴为复杂回转体工件轴心线，x轴和y轴位于复杂回转体工件下端面；
23.s103、建立工具坐标系(x’，o’,z’)，坐标原点o’位于精密喷枪的尖端，z’轴位于精密喷枪喷涂方向的轴心线上，且z’轴的正方向为从精密喷枪的尖端指向尾部；
24.s104、选取复杂回转体工件表面与工件坐标系(x，0，z)平面相交的曲线的x＞0，且z≥0的部分，作为喷涂的母线；
25.喷涂时，沿着喷涂的母线所示的轨迹从x轴向z轴运动，同时配合复杂回转体工件的旋转实现复杂回转体工件整个曲面的喷涂；
26.s105、从x轴开始，在喷涂的母线上定义w1、w2、w3……
wn若干个位置点w(x，0，z)；
27.s106、定义精密喷枪枪尖的若干个位置点为g(x，0，z)，且g1、g2、g3……gn
,g1、g2、g3……gn
与w1、w2、w3……
wn为一一对应的关系；
28.s107、在g1点处设置旋转工作台的转速并启动旋转工作台，使复杂回转体工件按照设定的转速旋转；
29.s108、打开精密喷枪，设置流速为变量“流量”，并启动注射泵、设置雾化的压缩空气气压为“雾化”，打开雾化用的压缩空气；
30.s109、使精密喷枪按照设定的速度从g1点呈直线移动到g2点；
31.s110、在精密喷枪达到g2点后，更新旋转工作台的转速和机器人移动的速度，并将
转速和机器人移动的速度相匹配；
32.s111、再使精密喷枪按照设定的速度从g2点移动到g3点；
33.s112、重复s109-s112，直至精密喷枪到达gn点。
34.作为对其进一步的改进，所述位置点w(x，0，z)与位置点为g(x，0，z)的对应关系为：喷枪始终与待喷涂表面保持垂直，且喷枪与待喷涂表面的距离始终为变量“枪距”。
35.作为对其进一步的改进，所述s110中，转速和机器人移动的速度相匹配，具体方法：
36.转速＝枪速
÷
(2
×
π
×wnx
)
×
60；
37.其中，π为圆周率，w
nx
为工件表面待涂覆位置的x坐标值；
38.速度＝步进
×
转速
÷
60
×
(gn与g
n-1
点的距离)/(wn与w
n-1
点的距离)。
39.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
40.(1)本发明的装置采用了机器人系统集成控制策略，机器人系统能够对六轴机器人、转台工作台和供漆系统进行集成控制，实现了六轴机器人轨迹和坐标位置与转台工作台旋转的高精度配合，能够实现精密喷枪相对于复杂回转体工件的复杂而精密的运动轨迹。且采用高精度喷涂方法，实现了复杂回转体曲面表面喷枪的匀速、等距离的复杂运动轨迹，同时采用注射泵和精密喷枪，提升了涂覆的分辨率，涂覆均匀性能够达到
±
5μm。
41.(2)本发明的方法通过建立若干个涂覆工艺参数的变量，建立了涂覆工艺参数与涂覆厚度的关系；同时，结合注射泵可以高精度控制涂覆流量的优势，实现了涂层厚度的高精度控制，厚度控制精度能够达到
±
1μm。
42.(3)本发明通过控制涂料恒定流速为0.1～10ml/min，喷幅宽度为1～10mm，涂料流速和喷幅宽度的大幅降低，提升了涂料利用率，同时减轻了喷涂时的环境污染。
附图说明
43.图1为本发明一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置的结构示意图。
44.图2为本发明精密喷枪的结构示意图。
45.图3为本发明旋转工作台的结构示意图。
46.附图标记：1.注射泵；2.供料管路；3.精密喷枪；4.旋转工作台；5.六轴机器人；31.枪针；32.雾化套；33.精密喷枪；34.雾化接口；35.压缩空气接口；36.涂料接口；41.台面；42.挡块。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.实施例1
49.结合附图1所示，一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置，包括注射泵1、六轴机器人5、旋转工作台4、精密喷枪3和机器人系统等，设置复杂回转体工件的旋转工作台安装于六轴机器人的运动范围内，六轴机器人5采用地面安装、吊装等形式进行安装；与注射泵相
连的精密喷枪设置于六轴机器人上，注射泵用于按照设定的涂料流量注射涂料至精密喷枪，并通过精密喷枪按照恒定流速、喷幅宽度对复杂回转体工件进行喷涂；且精密喷枪与注射泵之间连接有供料管路2，供料管路的内径不超过2mm设置；六轴机器人、旋转工作台、精密喷枪和注射泵与机器人系统通信连接，以通过机器人系统对六轴机器人、旋转工作台、精密喷枪和注射泵进行集成控制，使精密喷枪的漆雾以恒定的距离、速度和步进扫过复杂回转体工件表面上所有的点。
50.具体的，为了保证复杂回转体型面不同位置的涂层厚度的均匀性，且高精度喷涂装置能够适应复杂形面的涂覆，雾化后的漆雾必须具备较高的分辨率，即较小的喷幅宽度。为了达到上述目的，采用了精密喷枪，喷幅宽度为1～10mm。同时精密喷枪的雾化套采用较小的直径，以使喷枪能够适应工件表面的复杂结构。采用了注射泵进行涂料流量控制，使精密喷枪对复杂回转体工件进行喷涂时，恒定流速为0.01～10ml/min。
51.注射泵1由注射泵主体和注射器组成，作为优选，注射器采用了玻璃材质的注射器，以减小注射器变形导致的流量波动；注射泵1安装于六轴机器人附近或六轴机器人基座上；精密喷枪3与六轴机器人5相连接，安装于六轴机器人5的第六轴上，注射泵1的出料口与精密喷枪3通过供料管路2连接，由于供料管路直径超过2mm时，供料管路内易残留气泡，导致流量波动或精密喷枪出料异常，为了保证复杂回转体型面不同位置的涂层厚度的均匀性，涂覆过程中，任意时刻的涂料流量必须保持稳定，作为优选，本实施例中，采用了1-2mm内径的聚四氟乙烯材质的供料管路，聚四氟乙烯材质能够保证涂料管路与涂料的亲和力较小，一方面减小了供料的阻力，另一方面涂料管路不易被涂料沾污；且采用注射泵进行涂料供料和流量控制。旋转工作台4、六轴机器人5、注射泵1和精密喷枪3的控制信号经过plc转换，与机器人系统通过485接口相连，由机器人系统对旋转工作台4、六轴机器人5、注射泵1和精密喷枪3进行集成控制。
52.进一步的，参照附图2，精密喷枪33包括与供料管路相连接的涂料接口36、与压缩空气相连接的压缩空气接口35、与雾化空气相连接的雾化接口34、以及同轴设置的枪针31和雾化套32等，机器人系统通过压缩空气接口35的通断控制涂料接口36，涂料和雾化空气分别进入精密喷枪，并将雾化后的涂料通过枪针31流出。具体的，精密喷枪连接有压缩空气，雾化套32套设于枪针31外，并使枪针31的头部露出雾化套32约0.5mm。本实施例中，枪针31采用内径为0.1～1mm、外径为0.2～1.5mm、长度为10mm以上的针头，雾化套32采用内径为0.8～2mm，外径为1.5～3mm的金属管。涂料从供料管路2通过涂料接口36进入精密喷枪3，并从精密喷枪3的枪针31流出，机器人系统通过压缩空气35的通断控制精密喷枪3内部的涂料开关，雾化空气从雾化接口34进入精密喷枪，最终从雾化套32和枪针31的夹层空隙中喷出，使枪针31的涂料雾化，机器人系统通过调整雾化空气的气压控制最终的雾化效果。
53.旋转工作台4由伺服电机驱动，并通过plc与机器人系统相连，机器人系统能够发送指令，使旋转工作台旋转特定角度、按照特定速度旋转、回原点。旋转工作台处于静止状态时，机器人系统能够多次发送多种角度指令，使旋转工作台按照多种角度指令多次旋转，角度精度为0.1
°
；旋转工作台处于静止或旋转状态时，机器人系统可以多次发送多种转速指令，使旋转工作台的转速可任意改变，旋转工作台的转速精度为0.01rpm；在任意时刻，机器人系统可发送原点指令，使旋转工作台旋转回到初始位置。
54.更进一步的，旋转工作台包括台面41和设置于台面41周边的若干个挡块42，参照
附图3，本实施例中，若干个挡块42设置为四个，且均匀设置于台面周边。挡块42朝向台面的一侧为与台面同心设置的圆弧，以使若干个挡块42贴合于台面41的周向设置。通过四个挡块保证回转体工件与旋转工作台的旋转中心一致，并防止工件在旋转过程中掉落。
55.机器人系统包括运动控制模块和油漆控制模块，其中，
56.运动控制模块，用于控制旋转工作台和六轴机器人协调运动，以保证精密喷枪在规定枪距处的喷涂能够以恒定的速度和步进，扫过回转体工件表面上所有的点，这是保证回转体工件表面不同位置的涂层厚度均匀性的必要条件之一。
57.油漆控制模块，用于与运控控制模块相配合，控制精密喷枪和注射泵，提供流速恒定且高分辨率的雾化涂料，以达到高精度控制涂层厚度的目的。
58.作业时，将复杂回转体工件放置在旋转工作台上，使复杂回转体工件的回转中心与旋转工作台的旋转中心一致。在注射泵主体中装入涂料，将注射器固定在注射泵上。机器人系统控制注射泵按照设定的涂料流量注射涂料至精密喷枪。同时，机器人系统控制精密喷枪打开，使涂料从精密喷枪流出，并向精密喷枪输出设定压力的雾化压缩空气，使涂料雾化。同时，机器人系统控制旋转工作台旋转，使工件旋转。另外，机器人系统控制六轴机器人与旋转工作台协同运动，使精密喷枪的漆雾以恒定的距离、速度和步进，扫过工件表面上所有的点。
59.实施例2
60.一种复杂回转体型面的高精度喷涂方法，具体步骤包括：
61.a、将回转体工件固定于旋转工作台上，使回转体工件与旋转工作台的旋转中心一致，即回转体工件的轴心线与旋转工作台的轴心线重合；以便机器人系统通过控制旋转工作台带动回转体工件的转速和启停，通过机器人系统实现对复杂回转体型面的高精度喷涂。
62.b、机器人系统在喷涂起始点打开精密喷枪，设置流速并启动注射泵，并打开雾化用的压缩空气，以产生流速恒定的高分辨率的雾化涂料；
63.其中，注射泵按照设定的涂料流量注射涂料至精密喷枪，以利用注射泵进行涂料供料，对涂料流量进行高精度控制；作为优选，设定的涂料流量恒定控制在0.01～10ml/min范围内，且涂料流量的控制误差小于
±
1％。
64.控制精密喷枪打开，使涂料从精密喷枪流出，并向精密喷枪输出设定压力的雾化压缩空气，使涂料雾化，且涂料喷幅宽度控制在1～10mm范围内。
65.c、机器人系统控制旋转工作台和六轴机器人协调运动，使精密喷枪在规定枪距处以恒定的距离、速度和步进进行喷涂，以扫过回转体工件表面上所有的点，保证回转体工件表面不同位置涂层厚度均匀性，并在喷涂结束点关闭精密喷枪、注射泵、雾化用的压缩空气。
66.由于涂覆厚度与流量、枪速的倒数、步进的倒数都呈线性关系，调整流量、枪速、步进可改变涂层厚度；降低涂料流量、增加喷枪移动速度、减小喷枪距离，都可以使喷幅宽度减小，涂覆的分辨率提高。反之，则导致涂覆的分辨率降低。
67.具体的，为了保证精密喷枪在规定枪距处的喷涂能够以恒定的速度和步进，扫过工件表面上所有的点，机器人系统的运动控制方法为：
68.s101、建立若干个工艺参数的变量：
69.所述变量至少包括精密喷枪相对于回转体工件运动的线速度，即“枪速(mm/s)”；回转体工件旋转一周后喷枪相对于固定参考物移动的距离，即“步进(mm)”，固定参考物可为机器人基坐标系或大地、转台等固定参考物，本实施例中，固定参考物采用机器人基坐标系；精密喷枪与回转体工件表面的距离，即“枪距(mm)”；油漆的流速，即“流量(ml/min)”；精密喷枪的雾化气压，即“雾化(bar)”。
70.s102、建立工件坐标系(x，0，z)，坐标原点0位于回转体工件下端面中心，回转体工件轴心线为z轴，且z轴竖直向上，x轴和y轴位于回转体工件下端面。
71.s103、建立工具坐标系(x’，o’,z’)，坐标原点o’位于精密喷枪的尖端，z’轴位于精密喷枪喷涂方向的轴心线上，且z’轴的正方向为从精密喷枪的尖端指向尾部；
72.s104、选取回转体工件表面与工件坐标系(x，0，z)平面相交的曲线的x＞0，且z≥0的部分，作为喷涂的母线。喷涂时，六轴机器人沿着母线所示的轨迹从x轴向z轴运动，同时配合回转体工件的旋转实现回转体工件整个曲面的喷涂。
73.s105、从x轴开始，在喷涂的母线上定义，w1、w2、w3……
wn多个位置点w(x，0，z)。
74.wn的x和z坐标值可直接在工件的图纸上读取，不需要现场通过示教器获取，取点密度与涂层厚度误差的关系为:
75.hn/h
n-1
＝w
(n-1)x
/w
nx
；
76.hn为第n点处涂层的厚度，w
nx
为第wn点的x坐标值。按照上述数学关系，取点时应按照x的等比数列进行取点，等比数列的公比即为喷涂允许的厚度误差。公比越接近于1，取点的个数越多，喷涂的精度就越高。
77.s106、定义精密喷枪枪尖的位置点为g(x，0，z)，g可以取多个点，g1、g2、g3……gn
,g1、g2、g3……gn
与w1、w2、w3……
wn为一一对应的关系。
78.具体的，所述位置点w(x，0，z)与位置点为g(x，0，z)的对应关系为以位置点w(x，0，z)为基准，精密喷枪沿工具坐标系(x’，o’,z’)的z’轴正方向进行偏移，偏移距离为变量“枪距”，即获得与位置点w(x，0，z)对应的位置点g(x，0，z)的坐标值；位置点w(x，0，z)处精密喷枪的姿态为工具坐标系(x’，o’,z’)的z’轴，且与复杂回转体工件的位置点g(x，0，z)的切面相垂直。
79.位置点w是工件表面上的点，直接从工件图纸获得坐标。需要将位置点w按照喷涂工艺要求换算为喷枪的位置点g，转换关系为：
80.w与对应的g点的距离为“枪距”；喷枪在g处的姿态始终垂直于工件表面上w点处的切面；喷枪的漆雾的轴向指向工件表面上w点。
81.从w点获得g点坐标为一般直接采用程序算法实现，示教也可以，但是编程效率极低，且精度很差：比如喷涂的母线为圆弧时，可以按照以下逻辑轻易实现：
82.1、喷枪绕工具坐标系选转，使喷枪与工件表面垂直；
83.2、喷枪沿工具坐标系z
‘
轴正方向偏移距离“枪距”84.3、循环执行上述过程，即可获得所有g点坐标。
85.与wn点对应的gn点的坐标由wn点的坐标计算得到，具体计算方法为：
86.首先，做wn点处喷涂母线的切线，计算出该切线与工件坐标系的z轴的夹角为θ。当切线与工件坐标系的z轴正方向相交时θ记为正值，当切线与工件坐标系的z轴负方向相交时θ记为负值；然后，以wn点为基准，精密喷枪绕工具坐标系的x轴旋转角度θ，得到第一过程
点。随后，以第一过程点为基准，喷枪尖端沿工具坐标系的z’轴正方向进行偏移，偏移距离为变量“枪距(mm)”，即获得与wn点对应的gn点坐标值。上述计算过程将获得如下效果：无论曲面形状如何变化，喷枪始终与待喷涂表面保持垂直，且喷枪与待喷涂表面的距离始终为变量“枪距”。
87.上述计算过程将获得如下效果：无论曲面形状如何变化，喷枪始终与待喷涂表面保持垂直，且喷枪与待喷涂表面的距离始终为变量“枪距(mm)”。
88.s107、在g1点处设置旋转工作台的转速并启动旋转工作台，使回转体工件按照设定特定的转速旋转。
89.在第n点处旋转工作台的转速的设置方法如下：转速＝枪速
÷
(2
×
π
×wnx
)
×
60，π为圆周率，w
nx
为工件表面待涂覆位置的x坐标值。
90.s108、打开精密喷枪，设置流速为变量“流量(ml/min)”，并启动注射泵、设置雾化的压缩空气气压为“雾化”并打开雾化用的压缩空气。
91.s109、通过直线运动指令控制机器人使精密喷枪按照设定的速度从g1点移动到g2点。机器人在第n点处运动的速度设置方法如下：速度＝步进
×
转速
÷
60
×
(gn与g
n-1
点的距离)/(wn与w
n-1
点的距离)。
92.s110、在精密喷枪达到g2点后，更新旋转工作台的转速和机器人移动的速度，并将转速和机器人移动的速度相匹配；
93.在第n点处旋转工作台的转速的设置方法如下：转速＝枪速
÷
(2
×
π
×wnx
)
×
60，π为圆周率，w
nx
为工件表面待涂覆位置的x坐标值。
94.在第n点处运动的喷枪速度设置方法如下：速度＝步进
×
转速
÷
60
×
(gn与g
n-1
点的距离)/(wn与w
n-1
点的距离)。
95.s111、通过直线运动指令控制机器人使精密喷枪按照设定的速度从g2点移动到g3点。
96.s112、重复s109-s112，直至精密喷枪到达gn点，关闭精密喷枪、注射泵、雾化用的压缩空气，最后关闭旋转工作台。
97.本发明通过注射泵配合精密喷枪，可获得低流速、小幅宽的喷雾，这种喷涂方式提升了喷涂回转体工件时的分辨率。并且，具有较高的流量控制精度和流速的稳定性，有利于提升不同位置涂层厚度的均匀性及涂层厚度的控制精度。且在喷涂工艺的调试过程中，通常需要依据不同位置的喷涂效果和涂层厚度分布，优化枪距、喷枪角度、喷枪位置、喷涂速度和流量等，以提升涂层厚度均匀性，针对复杂型面的回转体工件喷涂，上述优化过程通常涉及数十次喷涂系统的迭代，编程效率较低；而采用本发明的方法可实现通过改变流量、枪速、步进、枪距四个工艺参数的具体数值，直接改变复杂回转体型面的回转体工件涂层厚度和涂覆效果，且不影响涂层厚度的均匀性、不需要重新修改喷涂系统，能够实现对涂层厚度的参数化控制，实现任意复杂回转体型面的回转体工件的表面涂覆。
98.尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。

技术特征：
1.一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置，其特征在于，包括注射泵、六轴机器人、旋转工作台、精密喷枪和机器人系统，设置复杂回转体工件的旋转工作台安装于六轴机器人的运动范围内；与注射泵相连的精密喷枪设置于六轴机器人上，注射泵用于按照设定的涂料流量注射涂料至精密喷枪，并通过精密喷枪按照恒定流速、喷幅宽度对复杂回转体工件进行喷涂；且精密喷枪与注射泵之间连接有供料管路，供料管路的内径不超过2mm设置；六轴机器人、旋转工作台、精密喷枪和注射泵与机器人系统通信连接，以通过机器人系统对六轴机器人、旋转工作台、精密喷枪和注射泵进行集成控制，使精密喷枪的漆雾以恒定的距离、速度和步进扫过复杂回转体工件表面上所有的点。2.根据权利要求1所述一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置，其特征在于，所述精密喷枪对复杂回转体工件进行喷涂时，恒定流速为0.01～10ml/min，喷幅宽度为1～10mm。3.根据权利要求1所述一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置，其特征在于，所述供料管路采用内径为1～2mm的聚四氟乙烯材质。4.根据权利要求1所述一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置，其特征在于，所述精密喷枪包括与供料管路相连接的涂料接口、与压缩空气相连接的压缩空气接口、与雾化空气相连接的雾化接口、以及同轴设置的枪针和雾化套，机器人系统通过压缩空气接口的通断控制涂料接口，涂料和雾化空气分别进入精密喷枪，并将雾化后的涂料通过枪针流出。5.根据权利要求1所述一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置，其特征在于，所述旋转工作台包括台面和均匀分布于台面周边的若干个挡块。6.根据权利要求1-5任一项所述一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置，其特征在于，所述机器人系统包括运动控制模块和油漆控制模块，所述运动控制模块，用于控制旋转工作台和六轴机器人协调运动，使精密喷枪在规定枪距处的喷涂能够以恒定的速度和步进，扫过复杂回转体工件表面上所有的点；所述油漆控制模块，用于与运控控制模块相配合，控制精密喷枪和注射泵，以提供恒定流速以及喷幅宽度的雾化涂料控制涂层厚度。7.一种复杂回转体型面的高精度喷涂方法，其特征在于，具体步骤包括:a、将复杂回转体工件固定于旋转工作台上，使复杂回转体工件与旋转工作台的旋转中心一致；b、在喷涂起始点设置喷涂流速并启动注射泵，打开精密喷枪对注射泵提供的涂料进行雾化，以产生恒定流速为0.01～10ml/min，喷幅宽度为1～10mm的雾化涂料；c、机器人系统控制旋转工作台和六轴机器人协调运动，使精密喷枪在规定枪距处以恒定的距离、速度和步进进行喷涂，以扫过回转体工件表面上所有的点。8.根据权利要求7所述一种复杂回转体型面的高精度喷涂方法，其特征在于，所述机器人系统的控制方法，包括：s101、建立若干个工艺参数的变量：所述变量至少包括精密喷枪相对于复杂回转体工件运动的线速度，即“枪速”；复杂回转体工件旋转一周后精密喷枪相对于固定参考物移动的距离，即“步进”；精密喷枪与复杂回转体工件表面的距离，即“枪距”；油漆的流速，即“流量”；精密喷枪的雾化气压，即“雾化”；s102、建立工件坐标系(x，o，z)，坐标原点o位于复杂回转体工件下端面中心，z轴为复
杂回转体工件轴心线，x轴和y轴位于复杂回转体工件下端面；s103、建立工具坐标系(x’，o’,z’)，坐标原点o’位于精密喷枪的尖端，z’轴位于精密喷枪喷涂方向的轴心线上，且z’轴的正方向为从精密喷枪的尖端指向尾部；s104、选取复杂回转体工件表面与工件坐标系(x，0，z)平面相交的曲线的x＞0，且z≥0的部分，作为喷涂的母线；喷涂时，沿着喷涂的母线所示的轨迹从x轴向z轴运动，同时配合复杂回转体工件的旋转实现复杂回转体工件整个曲面的喷涂；s105、从x轴开始，在喷涂的母线上定义w1、w2、w3……
w
n
若干个位置点w(x，0，z)；s106、定义精密喷枪枪尖的若干个位置点为g(x，0，z)，且g1、g2、g3……
g
n
,g1、g2、g3……
g
n
与w1、w2、w3……
w
n
为一一对应的关系；s107、在g1点处设置旋转工作台的转速并启动旋转工作台，使复杂回转体工件按照设定的转速旋转；s108、打开精密喷枪，设置流速为变量“流量”，并启动注射泵、设置雾化的压缩空气气压为“雾化”，打开雾化用的压缩空气；s109、使精密喷枪按照设定的速度从g1点呈直线移动到g2点；s110、在精密喷枪达到g2点后，更新旋转工作台的转速和机器人移动的速度，并将转速和机器人移动的速度相匹配；s111、再使精密喷枪按照设定的速度从g2点移动到g3点；s112、重复s109-s112，直至精密喷枪到达g
n
点。9.根据权利要求8所述一种复杂回转体型面的高精度喷涂方法，其特征在于，所述位置点w(x，0，z)与位置点为g(x，0，z)的对应关系为：喷枪始终与待喷涂表面保持垂直，且喷枪与待喷涂表面的距离始终为变量“枪距”。10.根据权利要求8所述一种复杂回转体型面的高精度喷涂方法，其特征在于，所述s110中，转速和机器人移动的速度相匹配，具体方法：转速＝枪速
÷
(2
×
π
×
w
nx
)
×
60；其中，π为圆周率，w
nx
为工件表面待涂覆位置的x坐标值；速度＝步进
×
转速
÷
60
×
(g
n
与g
n-1
点的距离)/(w
n
与w
n-1
点的距离)。

技术总结
本发明公开了一种复杂回转体型面的高精度喷涂装置及方法，装置包括注射泵、六轴机器人、旋转工作台、精密喷枪和机器人系统，旋转工作台上设置复杂回转体工件；精密喷枪设置于六轴机器人上，注射泵用于按照设定的涂料流量注射涂料至精密喷枪，并通过精密喷枪按照恒定流速、喷幅宽度对复杂回转体工件进行喷涂；精密喷枪与注射泵之间连接有供料管路；通过机器人系统对六轴机器人、旋转工作台、精密喷枪和注射泵进行集成控制，使精密喷枪的漆雾以恒定的距离、速度和步进扫过复杂回转体工件表面上所有的点。本发明能够对涂层厚度进行精确控制，提升了涂覆的分辨率，还减轻了喷涂时的环境污染。染。染。


技术研发人员：冉志鹏 肖培双 孙自龙 陈亮 廖宏 赵秀丽
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院化工材料研究所
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/10/6