悬挂式输送线工件识别与自动喷漆系统设计

靳 晔，贾英新，张 雷

（河北省机电一体化中试基地，河北 石家庄050081）

机械零部件喷漆是制造业必不可少的一道工序。喷漆作业属于有毒有害作业，对操作人员的健康影响很大。同时，喷漆的质量受操作人员的水平和责任心等因素影响较大，产品质量一致性差。采用自动喷漆可显著提高产品质量和稳定性，降低漆料和能源的消耗，提高劳动生产效率。为此，笔者针对悬挂式输送生产线过程中的喷漆环节，开发了专用自动喷漆控制系统。

1 系统介绍

本系统能够自动识别在水平输送线上的多种不同悬挂工件。通过PLC控制喷枪在导轨上的垂直运动的水平步进运动，结合喷头的水平旋转和俯仰运动，实现完成对多种不同工件的自动喷漆功能系统。用以替代人工喷漆操作，保护了人员健康，提高企业生产效率。

系统构成如图1。

1.1 悬挂方式

工件以悬挂的方式在水平方向匀速运动，系统去掉了人工输送喷漆中常用的挂件旋转轴，以保证工件悬挂后位置固定，不会转动。由于部分工件形状不对称，要求工人悬挂时保证固定的悬挂方向，以确保同种工件悬挂后具有相同的喷漆范围。

1.2 识别装置

由于喷漆工间内环境较差，磁感应比光电感应更适应这种恶劣的工况。所以在悬挂杆上加装了塑料材质的方块，上面可插入最多4个钢制识别块，工人悬挂工件时，根据工件类型编码，在对应的孔中插入识别块。在喷漆导轨前安装识别装置导轨（开关支架），工件运行到识别装置导轨时，导轨上的磁接近开关对钢制识别块感应，确定到来的工件编码，实现对工件的非接触性识别。以二进制编码形式，系统可识别16种不同工件，在此基础上，增加最大识别块个数即可增加识别工件的类型。

图1 系统构成

1.3 喷涂机构

喷漆机构主要是由两个喷枪、喷枪垂直移动导轨、喷枪水平移动丝杠组成。

喷枪的垂直移动导轨对称的安装在输送线两侧，导轨上装有升降装置，升降装置带动U型支架上的喷枪，对通过的待喷工件进行对喷，并根据工件的形状做上下往返运动。

喷枪水平移动丝杠由步进电机控制，喷枪在垂直运动的同时，和工件同速度小范围的水平移动（即喷头单次垂直移动的同时，水平匀速移动一个喷漆宽度），实现对工件两面的自动喷漆。喷枪到达工件边缘后，水平移动丝杠迅速归零，以备继续运行。

另外，根据工艺需要，喷头可做旋转或俯仰运动，以完成对工件边缘各个侧面和特殊位置的喷漆操作。

2 软件系统设计

系统采用西门子s7－200作为下位机，mcgs TPC7062KX触摸屏作为人机界面。

2.1 喷枪控制

根据工件要求喷漆厚度，通过实验计算比例关系，确定垂直喷头的移动速度纵向v1，工件悬挂后最大垂直距离y，喷漆宽度w，工件悬挂后最大水平距离x。需要确定的Y坐标组数z＝x／w，横向移动速度v2＝w／（y／v1）。每组根据悬挂后工件形状输入2个Y坐标，喷枪据此做垂直往复运动。如图2所示。

每组Y坐标差值a，喷枪每次运动前停止延时为t1＝（y－a）／v1，喷枪水平步进移动时间为t＝a／v1。喷枪水平步进距离为喷漆宽度w，丝杠导程为5mm，摆角步进电机细分后步数为20000，步进脉冲数为s＝w／（5／20000），频率为p＝s／t。

图2 喷枪运动轨迹

在有安装螺丝孔的位置设定停止位的坐标，即X（X为0－z间的整数）组值和y坐标值，喷枪到达停止位，输送线减速，摆枪到设定角度，喷头旋转360°，完成孔内喷漆。喷枪到达工件边缘，摆枪喷头到设定角度，完成对工件侧面喷漆。

2.2 下位机系统控制流程

软件程序控制流程如图3。

图3 程序控制流程

2.3 上位机系统

上位机界面可监视工作运行状态，确定喷漆厚度，实现计件统计等功能。在高级权限下可对工件全部运行位置的y值进行设定，以及对安装螺丝孔位置所在的坐标进行设定。新增加工件通过界面设置可直接加入系统，较复杂结构的工件需单独编制PLC控制子程序后调用。

结束语

该系统能够替代人工对外形结构较简单的中小型零件执行喷漆操作，新增工件通过设置可直接加入系统，较复杂结构的工件需单独编制PLC控制程序调用，能够满足一般企业生产要求。

［1］ 房晶晶.往复式喷涂系统的设计与实现［J］.制造业自动化，2005，27（增刊）：627－629.

［2］ 胡义华.悬挂输送机零件喷涂传送装置设计［J］.制造业自动化，2012，34（1）：（下）：154－156.

［3］ 李菊.平面全自动喷涂机的运动算法设计与研制［J］.机械设计，2009，26（4）：59－61