（沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110168）

1 涂覆工藝流程

該文設計的催化劑涂覆專機能夠自動完成大尺寸載體的稱重、漿料涂覆和抽真空等工作，主要是由載體上料輸送機、一次稱重工位、涂覆及一次抽真空工位、二次抽真空工位和二次稱重工位組成。工作中需要人工將載體搬運到輸送線上，機械手抓取載體在各個工位之間自動移位，PLC 控制各工位自動完成相應的動作，最后由六軸機器人將載體抓取至下一工序。其工作流程如圖1 所示。

2 涂覆設備布局

涂覆專機的4 個工位總體上呈現(xiàn)一字型分布，設備尺寸為2.8 m×2.6 m×2.4 m，工位間距為600 mm，工作臺框架由方鋼管焊接而成，整體噴塑處理，臺面高度為850 mm，2 個橫移機械手通過螺栓固定在臺面上。涂覆工位設計了一組橫移機構(gòu)，將載體移出650 mm 后再進行涂覆作業(yè)。灌裝機由一個獨立的鋼結(jié)構(gòu)框架支撐，臺面高度為1 270 mm，中心處安裝回轉(zhuǎn)支撐，灌裝機能夠以回轉(zhuǎn)支撐為中心轉(zhuǎn)動，方便維護檢修，當維修完畢歸位后，有機械鎖緊裝置鎖緊定位，同時有感應式傳感器進行歸位信號檢測。2 個抽真空工位通過管道與真空罐相連，工作時閥門打開，完成抽真空動作。灌裝機吸料口通過管道與配液罐相連，完成漿料的自動供應。在設備外側(cè)使用鋼絲網(wǎng)圍欄進行安全防護，在合適的位置留出安全門，方便人員進入整個系統(tǒng)內(nèi)進行維修與故障處理。涂覆設備三維如圖2 所示。

3 涂覆產(chǎn)品參數(shù)

陶瓷蜂窩載體是當前使用最為廣泛的催化劑載體[1]，其優(yōu)點是眾多約束氣道為廢氣和催化劑活性成分的相互反應提供了最大接觸面積，在提升催化轉(zhuǎn)化效率的同時，又可以使氣流的壓力降到最小，且熱膨脹系數(shù)低，熱穩(wěn)定好，有利于提高催化劑的起燃性能[2]。該催化劑涂覆專機適用于大尺寸陶瓷蜂窩載體的涂覆作業(yè)，生產(chǎn)中要求每個空白載體單獨包裝，涂覆前需要外觀檢查，確保載體無污損、裂縫、碎邊等缺陷，校驗無誤后方可進行上線涂覆作業(yè)，涂覆產(chǎn)品相關參數(shù)如下。1）陶瓷載體規(guī)格范圍：直徑25.40 cm～33.02 cm，載體高度為10.16 cm ～15.24 cm，每平方厘米有62 個方形孔眼，方孔大小為0.10 cm×0.10 cm。2）載體涂覆量：空白載體的重量在3 kg～6 kg，載體涂覆干重量理論值為≥100g/L。3）涂覆節(jié)拍：小于30 s/件。4）漿料pH：1.0 ～8.5。5）漿料主要成分：鈰鋯硝酸鹽、檸檬酸、硝酸鋁等。

4 各工位組成及功能介紹

4.1 載體上料輸送機

圖1 涂覆工藝流程

平頂鏈輸送機呈3/4 圓形布置，兩端各有1 m 直線段，鏈板為不銹鋼材質(zhì)，配有可調(diào)節(jié)非金屬擋邊。人工將陶瓷載體放在鏈板上，鏈板將載體依次輸送至待抓取位置，整條輸送線能緩存20 個左右的載體。待抓取位置處的對射傳感器能檢測到載體有無并上傳給PLC，當載體到位后，PLC 發(fā)出整條輸送線停止運轉(zhuǎn)和上料機械手抓件指令，工件被上料機械手抓取后，輸送線繼續(xù)運轉(zhuǎn)。

圖2 涂覆設備三維圖

4.2 一次稱重工位

上料機械手將鏈板輸送機上的載體抓取至一次稱重工位，稱重模塊自動進行稱重，將重量信息上傳給上位機，正確采集重量后，繼續(xù)后續(xù)工作。上料機械手由導向機構(gòu)、直線氣缸、氣爪和傳感器組成，實現(xiàn)抓取、升降和橫移動作，完成載體的移位工作。秤體臺面為不銹鋼材質(zhì)，尺寸為400 mm×400 mm，量程30 kg，精度0.01%。

4.3 涂覆、一次吸真空工位

穿梭機械手將載體從一次稱重工位抓取至涂覆工位前端的定位工裝內(nèi)，橫移機構(gòu)帶動工裝移動到涂覆工位。下部頂升機構(gòu)將下工裝和載體同時頂升80 mm，使載體被緊密固定在下工裝和上部涂覆工裝之間，下工裝和上工裝的平行度要求不大于0.5 mm/m，上工裝要求平面內(nèi)的四個方向均可調(diào)整，調(diào)整完成后鎖緊[3]。載體固定后，配液設備管道上的閥門打開，定量漿料吸入灌漿機針筒中，伺服電缸推動活塞將漿料經(jīng)噴頭均勻涂覆在載體上表面。涂覆完成后，系統(tǒng)發(fā)出抽真空信號，進行一定時間的抽真空動作，抽真空時間的長短可通過屏幕設置，通過抽真空將漿液均勻的吸附在載體內(nèi)壁上。抽真空完畢后，頂升機構(gòu)下降，橫移機構(gòu)帶動下工裝回位，穿梭機械手將載體抓取至二次吸真空工位。

4.4 二次吸真空工位

穿梭機械手將載體從涂覆工位的定位工裝內(nèi)抓取至二次吸真空工位，該工位對載體進行二次抽真空動作，目的是使?jié){液能夠更加完全的吸附在載體孔壁上，減少堵孔率。抽真空漏斗下部與真空管道連接，上部開口與定位工裝緊密接觸，通過“O”形密封圈密封。載體到位后進行抽真空，抽真空時間的長短可通過屏幕設置，完畢后關閉抽真空管道閥門。該工位按照生產(chǎn)工藝需求，可在觸摸屏上進行設置是否工作，如設置為不工作，則該工位設備不動作，等同于空工位。

4.5 二次稱重工位

穿梭機械手將載體從二次吸真空工位抓取至二次稱重工位，該工位進行灌漿后載體稱重工作。系統(tǒng)正確采集重量，重量在控制范圍內(nèi)時，由六軸機器人抓取工件至下一工序。未正確采集或重量超出控制范圍時，則屏幕標識該工位產(chǎn)品異常，由六軸機器人將該載體抓取到不合格品區(qū)。

4.6 穿梭機械手

穿梭機械手可以同時抓取3 個工件，使工件在4 個工位間進行順次移動，實現(xiàn)工件的快速、穩(wěn)定傳輸。機械手由導軌滑塊結(jié)構(gòu)、直線氣缸和氣爪組成，實現(xiàn)工件的抓取、提升和橫移動作，相鄰2 個夾爪的間距為600 mm，與每個工位之間的間距一致，夾爪開閉行程可覆蓋25.40 cm～33.02 cm 載體，配有檢測傳感器，防止無件誤抓情況發(fā)生。

5 電控系統(tǒng)

催化劑涂覆專機控制系統(tǒng)選用可編程控制器（PLC）控制，選用觸摸屏作為人機界面，系統(tǒng)通過光電開關、對射傳感器和稱重傳感器等設備獲取信號，經(jīng)由PLC 程序控制載體抓取橫移、涂覆、抽真空等執(zhí)行機構(gòu)。出于安全考慮，專機設置了機械和電氣保護裝置，例如安全圍欄、急停開光等，對于人員和設備安全起到了很好的保護作用[4]。

電控系統(tǒng)分為3 種模式，即手動運行、自動運行、單步運行。處于手動運行模式時，操作人員可以啟停單個執(zhí)行機構(gòu)。處于自動運行模式時，控制器根據(jù)傳感器檢測的信號完成每一步的運行。處于單步運行模式時，系統(tǒng)所有動作按自動順序單步執(zhí)行，該模式經(jīng)常用于分析和測試系統(tǒng)。3 種操作模式可以通過選擇開關或觸摸屏操作來互相轉(zhuǎn)換。觸摸屏界面包括自動操作畫面、手動選擇畫面、報警畫面、系統(tǒng)畫面和I/O 狀態(tài)監(jiān)視畫面，設備人機界面清晰簡易，便于操作人員的使用。

6 結(jié)語

催化劑涂覆專用設備已經(jīng)廣泛應用于汽車尾氣凈化器生產(chǎn)行業(yè)，該文研發(fā)的催化劑涂覆專機極大地提高了催化劑涂覆作業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，具有運轉(zhuǎn)高效、全自動控制、安全可靠和維修方便等技術特點，通過重卡企業(yè)的實際生產(chǎn)應用，取得了理想的效果。