王洋 王強 陳少波 李敏

（浙江錢江機器人有限公司，浙江溫嶺，317500）

0 引言

噴涂技術(shù)擁有十分久遠(yuǎn)的歷史,古人應(yīng)用大自然中天然形成的染料對壁畫、衣服、瓷器等進行染色處理,使這些物品外表美觀、規(guī)整,也對一些物品在特殊環(huán)境中腐蝕起到防護作用。當(dāng)時的噴涂技術(shù)就是人使用簡單工具和模具來工作的,隨著時代的進步,模具、染料也在更新?lián)Q代,形成規(guī)模化。

近幾年,國內(nèi)因早些年計劃生育,導(dǎo)致現(xiàn)在的工作人員多是獨生子女。而噴涂行業(yè)首先是環(huán)境臟,其次工作環(huán)境對人的健康有很大的影響,所以父母都不愿意讓子女進入噴涂行業(yè)工作,導(dǎo)致現(xiàn)在該行業(yè)招工難。另一方面,面對環(huán)境問題,近幾年國家加強對環(huán)境的保護,對噴涂行業(yè)進行整改,故令工廠有的關(guān)閉,有的發(fā)展自動化噴涂項目。

本文的應(yīng)用項目是根據(jù)客戶需求而做的真實案例,該案例客戶要求自動化模式,減少人力,操作簡單明了,保證噴件噴漆質(zhì)量,能夠根據(jù)噴件的大小不同、顏色不同隨時改變噴漆顏色和噴漆動作。

1 噴涂技術(shù)的發(fā)展

在近代,英國工業(yè)革命后,手工勞動開始向動力機械生產(chǎn)轉(zhuǎn)變,噴涂技術(shù)水平也隨之提高。1910年瑞士和肖普兩位博士發(fā)明出一種金屬噴涂裝置,之后噴涂技術(shù)被定義為熱噴涂技術(shù)。到20世紀(jì)50年代,熱噴涂技術(shù)被制定完成了一套相應(yīng)的涂料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),在各國得到大力普及推廣,也由此世界很多國家相繼出現(xiàn)新的熱噴涂技術(shù),應(yīng)用動力機器工作也簡便了噴涂方式,大大節(jié)省了人力勞動,但是整個工作過程沒有脫離人工,全是手工操作。

進入到現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)時期,第一臺工業(yè)計算機誕生后,隨著其應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展,1959年由發(fā)明家喬治·德沃爾和約瑟·英格柏格發(fā)明出第一臺微型工業(yè)機器人，之后噴涂技術(shù)就從人工轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊a(chǎn)。在工業(yè)發(fā)展中科學(xué)利用噴涂技術(shù)和計算機技術(shù),以人工智能代替人力手工,提高了工廠生產(chǎn)與運作之效率,節(jié)約了許多生產(chǎn)成本,進而促進工業(yè)發(fā)展更優(yōu)化[1]。

我國的自動化噴涂是從改革開放后開始發(fā)展的,尤其近幾年發(fā)展勢頭尤為迅猛。與許多行業(yè)近年來的發(fā)展趨勢類似,國內(nèi)熱噴涂技術(shù)近年來受到廣泛關(guān)注并獲得了顯著的成效[2]。

熱噴涂系統(tǒng)技術(shù)至今仍在進一步深入發(fā)展及探索試驗中,還存在有許多關(guān)鍵技術(shù)亟待深入探索,并需要解決探索過程中不斷涌現(xiàn)的新問題。

在當(dāng)前對于涂層關(guān)鍵新技術(shù)問題的研究中,技術(shù)問題的提出及其解決措施大都是緊緊圍繞著要解決提高各種涂層質(zhì)量強度比這一首要關(guān)鍵技術(shù)要求,即今后應(yīng)更主要地考慮和提高用于各種復(fù)雜涂層系統(tǒng)的多種涂層相互結(jié)合后的質(zhì)量強度之比,以及提高涂層致密度,開發(fā)及使用多種新型高效的熱噴涂工程新技術(shù)、加工新設(shè)備裝置系統(tǒng)和涂層新材料。從最近幾年來科學(xué)技術(shù)研究水平的國際總體發(fā)展趨勢現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢變化狀況看,熱噴涂系統(tǒng)工程及其領(lǐng)域里的有關(guān)高技術(shù)應(yīng)用前沿問題研究將會越來越多,相關(guān)問題也將受到世界各國的廣泛關(guān)心和重視。

目前許多工業(yè)化先進國家已經(jīng)或多或少著手研究加強和完善對熱噴涂系統(tǒng)工程設(shè)計的方法，以及系統(tǒng)地對整體技術(shù)系統(tǒng)進行研究,即首先要從涂料熱失效機理過程與分析技術(shù)方面入手,通過試驗研究對涂膜表面材料進行預(yù)處理、噴涂實施工藝設(shè)備、噴涂實施工藝材料配方分析及對噴涂過程實施設(shè)計工藝體系技術(shù)的全面調(diào)整優(yōu)化,制定開發(fā)出一整套熱噴涂工程的實施技術(shù)工藝計劃。

在工藝學(xué)科歷史發(fā)展及演進的過程中,熱噴涂技術(shù)已經(jīng)逐漸能夠與現(xiàn)代工業(yè)及其他應(yīng)用工藝學(xué)科知識進行相互有機結(jié)合，或交叉及相互地滲透，從而衍生形成出一系列處于新領(lǐng)域中的一些特殊表面材料制備處理過程與制備工藝。例如,熱噴涂技術(shù)及其與金屬高溫及熱處理工藝等多種工藝方法間的交叉、相互結(jié)合，從而分別出現(xiàn)了在金屬高溫爐腔系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用的高頻燒結(jié)及重熔制備技術(shù)，基于高頻及熱感應(yīng)燒結(jié)、重熔制備的表面涂滲與處理制備工藝、表面電鍍涂工藝技術(shù)，再這三者的有機結(jié)合，又自然產(chǎn)生出表面鍍噴涂滲工藝和表面噴涂熱鍍滲工藝；與高頻電火花燒結(jié)鑄造技術(shù)等新工藝的相結(jié)合，則又同時出現(xiàn)高頻電火花燒結(jié)鑄造熱噴電熔滲工藝技術(shù)、高溫電火花燒結(jié)壓鑄工藝等。另外，采用一些新材料、新能源,出現(xiàn)激光束重熔技術(shù)和電子束重熔等。由此可見,熱噴涂技術(shù)研究及新應(yīng)用、新技術(shù)領(lǐng)域的深入發(fā)展,以及新產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域等，均可有待廣大企業(yè)用戶進一步研究，深入地進行科技應(yīng)用技術(shù)探索、創(chuàng)新開發(fā)和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。

2 智能自動化噴涂的集成與應(yīng)用

2.1 智能噴涂工作站系統(tǒng)的組成

智能噴涂工作站系統(tǒng)：由工業(yè)機器人、傳送帶裝置、人機界面、PLC控制系統(tǒng)、噴涂設(shè)備控制系統(tǒng)、封閉式水簾噴漆房、烘干房等組成如圖1所示。

圖1 智能噴涂集成系統(tǒng)

2.1.1 工業(yè)機器人

噴涂機器人采用國產(chǎn)錢江機器人的QIPR10-1防爆噴涂專用機器人。該機器人具備防爆功能,能夠阻絕噴漆時產(chǎn)生的可燃漆霧和漆料揮發(fā)的可燃?xì)怏w,而且此款機器人是特殊設(shè)計的腕部結(jié)構(gòu),能夠大范圍地靈活使用,減少出現(xiàn)機器人的奇異點問題。

2.1.2 傳送帶裝置

傳送帶是本文項目的主要噴件傳輸設(shè)備。傳送帶采用托架結(jié)構(gòu),而且傳送帶是可變頻設(shè)置,能夠在系統(tǒng)需要時立即改變傳送帶的運行速度,這樣的優(yōu)點是,傳送帶能夠根據(jù)噴件的大小調(diào)整噴漆速度,節(jié)省小工件噴漆時間,提高生產(chǎn)效率。

2.1.3 人機界面

人機界面主要與PLC通信,把PLC的編輯程序語言,轉(zhuǎn)換為操作人員能夠淺顯易懂的圖形界面形式,顯示到人機界面上,能夠使操作人員更簡單、更正確、更迅速地操作和使用。

2.1.4 PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)采用的是德國西門子公司S7系列產(chǎn)品,此產(chǎn)品優(yōu)點很多,首先是體積小,占用空間小,能夠在制作電路控制系統(tǒng)控制柜更好地規(guī)劃;其次,該產(chǎn)品在編輯程序時使用方便、快捷,與機器人系統(tǒng)通信時能力強、速度快;在性價比方面,與其他同類產(chǎn)品相比,該產(chǎn)品在整體性能和價格方面有很大優(yōu)勢。

2.1.5 噴涂設(shè)備控制系統(tǒng)

噴涂設(shè)備控制系統(tǒng)包括噴槍、噴涂設(shè)備、噴涂控制軟件。能夠與機器人相互通信的噴涂控制系統(tǒng),使機器人能夠控制噴槍噴漆的流量大小、扇面寬窄、所噴漆顏色的選擇。噴槍廠家選擇進口的靜電噴槍,此種噴槍產(chǎn)品能夠更加高效、快速精確地直接將水性涂料表面噴涂至靜電噴件的表面,使靜電噴件能達到最為完美的表面硬化處理,而且能夠把沒有噴到噴件上的漆料大部分回抽,再噴到噴件上,減少漆料浪費,節(jié)約成本。噴漆設(shè)備是給噴槍提供漆料和動力,有數(shù)個桶槽能夠分別添加各種漆料顏色,方便客戶使用。

2.1.6 封閉式水簾噴漆房

封閉式的水簾噴漆房由于可以同時形成二次水循環(huán),能夠進行充分地洗滌、分離噴涂產(chǎn)生的各種殘漆,可以大大凈化生產(chǎn)環(huán)境,方便解決了水簾上附著的各類殘漆渣屑的徹底清理,也可以方便對水簾房后期的清洗維護操作和維修保養(yǎng)。

2.1.7 烘干房

烘干房是對已噴漆的噴件進行高溫烘干的設(shè)備。烘干房給噴件提供清潔的環(huán)境,能夠使噴件外型顏色更好,漆面更光滑,噴件上的漆不會輕易掉落;同時,對廢氣進行處理,達到氣體排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 智能噴涂技術(shù)實現(xiàn)過程

在人機界面上,工作人員可以編輯待噴件的件數(shù)、要噴涂的顏色,編輯此待噴件所需的噴槍扇面和流量,然后開啟傳送帶、啟動機器人及噴涂設(shè)備控制系統(tǒng)。設(shè)置完成后,設(shè)置參數(shù)信息通過人機界面與PLC之間的通信傳輸給PLC,然后PLC與機器人系統(tǒng)通過TCP/IP方式進行通信,實現(xiàn)PLC對機器人的控制。

噴件通過傳送帶傳送,傳送帶運行,當(dāng)噴件進入水簾噴漆房時會觸發(fā)相應(yīng)的感應(yīng)開關(guān),機器人系統(tǒng)通過信號及傳送帶運行速度等信息,實時跟蹤噴件的位置;當(dāng)噴件到達機器人開噴點后,機器人開始按照軌跡進行噴漆工作,隨著傳送帶的運行,機器人也改變自身位置以鎖定噴件位置信息,直到完成噴漆工作;機器人回到初始位置,等待第二個噴件到來。在設(shè)備整體運行時,水簾房內(nèi)的水是一直循環(huán)運行的,保證能夠充分洗滌、分離殘漆,同時凈化環(huán)境、便捷地清理水簾上的殘漆渣,方便水簾房的維護和保養(yǎng)。

當(dāng)機器人的噴漆工作基本完成后,噴件便通過自動傳送帶直接運送到高溫烘干處理房里進行高溫烘干處理。烘干處理工作完成后,噴件被運送到下料區(qū)如圖2,系統(tǒng)進行下料操作。整個噴涂工作流程完成如圖3所示。

圖2 完成噴涂后的噴件

圖3 智能噴涂流程

基于客戶的具體要求,此案例還應(yīng)用噴槍靜電功能,對噴在噴件外的噴料進行回抽再使用,與普通噴槍對比,該功能能夠節(jié)省約20%的噴料,大大節(jié)省了客戶的成本。整個噴漆工作從開始到結(jié)束都是在基本密封的環(huán)境下進行的,水簾房能夠洗滌、分離殘漆,烘干房可以凈化氣體,避免廢氣排出污染環(huán)境。

3 結(jié)語

本文對自動化噴涂技術(shù)集成系統(tǒng)從設(shè)計到應(yīng)用都進行了說明。自動化噴涂技術(shù)應(yīng)用是必然的。首先，現(xiàn)在人們對自身的健康都十分看重,而噴漆工作的環(huán)境嚴(yán)重影響人的身體健康,這導(dǎo)致工廠相應(yīng)工種招工難、招工成本大，自動化噴涂設(shè)備、制造設(shè)備技術(shù)與人工相比，帶來的作業(yè)速度快、制造效率也更高,可實現(xiàn)快速且有效地降低設(shè)備制造企業(yè)生產(chǎn)成本,實現(xiàn)傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式難以企及的生產(chǎn)精細(xì)化、生產(chǎn)管理技藝標(biāo)準(zhǔn)化,及設(shè)備和生產(chǎn)工序標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的規(guī)范操作,提高噴涂和制造技術(shù)及裝配技術(shù)尺寸準(zhǔn)確度,生產(chǎn)有更高技術(shù)經(jīng)濟附加值的產(chǎn)品,避免人從事具有大量人身危險因素的工作和重大環(huán)境危害性工作。其次，更主要的是實現(xiàn)環(huán)保處理, 目前我國傳統(tǒng)工業(yè)經(jīng)濟改革轉(zhuǎn)型步伐在穩(wěn)步快速地推進,各種生產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量要求也在不斷提高與進步過程中,工業(yè)環(huán)境保護有著越來越嚴(yán)格的政策規(guī)定。因此，自動化的噴涂制造生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用有巨大的市場前景,未來發(fā)展空間會非常大。筆者相信，未來自動化噴涂工作站的應(yīng)用會越來越多,并且隨著市場上自動化噴涂應(yīng)用越多,市場又越能夠?qū)ψ詣踊瘒娡考夹g(shù)的發(fā)展起到推動作用,進而產(chǎn)生更加完善、更加便捷的自動化噴涂技術(shù)。