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一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元及方法.pdf

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一种 弹体 结构 功能 涂层 自动化 单元 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910030349

申请日:

20190114

公开号:

CN109465131A

公开日:

20190315

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: B05B13/02;B05B13/04;B05B15/50;B05B16/00 主分类号: B05B13/02;B05B13/04;B05B15/50;B05B16/00
申请人: 航天材料及工艺研究所
发明人: 赵立波;卢鹉;范海波;戚鹏
地址: 100076 北京市丰台区南大红门路1号
优先权:
专利代理机构: 11009 代理人: 张丽娜
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910030349

授权公告号:

法律状态公告日:

20190409

法律状态类?#20572;?/td>

实质审查的生效

摘要

本发明属于表面工程技术领域,具体地是一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元及方法,该涂装单元用于喷涂的工件为回转体,喷涂在回转体的外表面。本发明可在有限面积的喷房内实现多个薄壁回转体工件外壁多种功能涂层的连续涂装,提高涂装产能;实现涂层湿膜状态厚度的非接触式测量,减少涂层在喷漆房的固化等待时间;实现涂层厚度的精?#25151;?#21046;,从而避免对涂层的打磨。

权利要求书

1.一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,其特征在于:该涂装单元包括喷涂机械臂(2)、三个转台(3)、激光扫描测厚装置(4)、两个轨道(5)、废?#21644;?6)、供料系统(7)、中控系统(8)和喷房(9);两个轨道(5)分别为第一轨道和第二轨道,三个转台(3)分别为第一转台、第二转台和第三转台; 所述的喷涂机械臂(2)、三个转台(3)、激光扫描测厚装置(4)、两个轨道(5)、废?#21644;?6)、供料系统(7)安装在喷房(9)内,中控系统(8)安装在喷房(9)外; 喷房(9)内的地面上安装第一轨道和第二轨道; 第一轨道和第二轨道的间隙位置安装喷涂机械臂(2),激光扫描测厚装置(4)集成在喷涂机械臂(2)上; 第一转台安装在第一轨道上,第二转台和第三转台安装在第二轨道上; 供料系统(7)采用往复活塞式流量计; 激光扫描测厚装置(4)用于在线测量待喷涂工件外表面喷涂的涂层厚度。 2.根据权利要求1所述的一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,其特征在于:第一轨道和第二轨道的间距为最大待喷涂工件?#26412;?#30340;1.5-2倍,最小不低于2m。 3.根据权利要求1所述的一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,其特征在于:三个转台上均用于安装待喷涂工件。 4.根据权利要求1所述的一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,其特征在于:所述?#23068;?#20010;转台(3)上均带有卡具,用于?#28304;?#21943;涂工件进行定位。 5.根据权利要求1所述的一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,其特征在于:供料系统(7)安装在喷房(9)的一个角落上,供料系统(7)与喷涂机械臂(2)通过管路连接。 6.根据权利要求1所述的一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,其特征在于:废?#21644;?6)安装在喷涂机械臂(2)附近,用于对喷涂机械臂(2)的喷枪进行清洗。 7.根据权利要求1所述的一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,其特征在于:中控系统(8)用于工件在轨道上的运输; 中控系统(8)用于控制激光扫描测厚装置(4)进行厚度的测量及激光扫描测厚装置(4)测量得到的厚度的判定,厚度的判定是指厚度是否达到指定厚度要求; 中控系统(8)用于供料系统(7)的控制,包括供料系统(7)的开闭以及供料系统(7)的输出流量; 中控系统(8)用于控制三个转台(3)的转动; 中控系统(8)还用于控制喷涂机械臂(2)的喷枪的开关以及喷涂机械臂(2)的运动,?#28909;?#21943;枪在三个转台(3)上的待喷涂工件之间的切换。 8.根据权利要求1所述的一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,其特征在于:激光扫描测厚装置(4)用于在线测量待喷涂工件外表面喷涂的涂层厚度的方法为:首先工件在喷涂前,使用激光扫描测厚装置(4)对工件的外形轮廓进行扫描并生成三维图像,称为三维图像A,在工件涂装过程中,使用激光扫描测厚装置(4)对喷涂有涂层的工件的外形轮廓进行扫描并生成三维图像,称为三维图像B,将三维图像B减去三维图像A,得到当前工件表面涂层的厚度,当得到的当前工件表面涂层的厚度达到要求的厚度时,完成喷涂,否则继续喷涂,并采用相同的方法测量当前工件表面涂层的厚度,直至满足要求。 9.根据权利要求1所述的一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,其特征在于:供料系统(7)中用于提供特种功能涂料,特种功能涂料为防热涂料、抗激光涂料或隐身涂料。 10.一种弹体结构功能涂层自动化涂装方法,其特征在于该方法的步骤包括: (1)待喷涂工件(11)通过第一轨道滑动至第一转台上;待喷涂工件(12)通过第二轨道滑动至第二转台上;待喷涂工件(13)通过第二轨道滑动至第三转台上; (2)通过中控系统(8)控制喷涂机械臂(2)的喷枪的开关以及喷枪在三个转台(3)上的待喷涂工件之间的切换; (3)通过激光扫描测厚装置(4)在线测量待喷涂工件外表面喷涂的涂层厚度,当厚度满足要求时停止喷涂工作; (4)通过中控系统(8)转动喷枪至废?#21644;?6),利用废?#21644;?6)对喷枪进行清洗,完成弹体结构功能涂层自动化涂装。

说明书


一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元及方法
技术领域


本发明属于表面工程技术领域,具体地是一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元
及方法,该涂装单元用于喷涂的工件为回转体,喷涂在回转体的外表面。


背景技术


特种功能涂层具有可设计性强、施工便捷、易于实现多功能兼容的特点,在不改变
结构材料的前提下可赋予整体结构防热、隐身、防腐、抗高能激光等多种功能,是武器装备
高性能化的关键技术。我国在制的新一代战略战术武器在弹体部段均大量选用功能涂层。


但是由于特种功能涂层自身的特点以及环保等原因,功能涂层的涂装无法满足型
号快速发展的需求,主要有以下几个方面的原因:


(1)功能涂层的涂装属于特种作业,需在喷漆房内进?#23567;?#30001;于环境保护压力的增
大,各地对新建喷漆房的审批越来越严格。


(2)涂层固化周期长,喷涂工件长时间?#21152;门?#28034;工位,影响喷房使用率。所涉及涂
料多为硅橡胶体系,涂层实干时间大于48小时,由于采用人工搬运,为防止搬运过程损伤涂
层,一般喷涂24小时后方可进行人工搬运,工件长期?#21152;门?#28034;工位,造成资源浪?#36873;?br>

(3)涂层厚度精细化控制及测?#36733;?#24453;提高,存在过喷打磨,少喷补喷?#21335;?#35937;。功能
涂层厚度控制是涂装的关键,目前,涂层厚度测试主要采用机械测厚、扎针测厚、涡流测厚
(金属基材)多种方法,这几种测试方法均要求被测涂层具有一定强度,而涂层在喷涂后短
时间内无法达到要求强度,因?#23435;?#27861;及时对涂层厚度进行检测,所以涂层的厚度控制主要
依靠涂装工艺和经验,但是涂层厚度同时受多种因素如涂料本身粘度、多种喷涂的参数以
及不同喷涂操作人员的影响,因而很难一?#28065;源?#21040;工艺文件要求的厚度,从而产生过喷打
磨,少喷补喷的重复工作问题。


发明内容


本发明的技术解决问题是:克服现了有技术的不足,提出一种弹体结构功能涂层
自动化涂装单元。


本发明的技术解决方案是:


一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,该涂装单元包括喷涂机械臂、三个转台、
激光扫描测厚装置、两个轨道、废?#21644;啊?#20379;料系统、中控系统和喷房;两个轨道分别为第一轨
道和第二轨道,三个转台分别为第一转台、第二转台和第三转台;


所述的喷涂机械臂、三个转台、激光扫描测厚装置、两个轨道、废?#21644;啊?#20379;料系统安
装在喷房内,中控系统安装在喷?#23458;猓?br>

喷房为一房间,可用于进行涂装工作,喷房内的地面上安装第一轨道和第二轨道,
第一轨道和第二轨道的间距为最大待喷涂工件?#26412;?#30340;1.5-2倍,最小不低于2m;


第一轨道和第二轨道的间隙位置安装喷涂机械臂,激光扫描测厚装置集成在喷涂
机械臂上;


第一转台安装在第一轨道上,第二转台和第三转台安装在第二轨道上;


待喷涂工件通过第一轨道滑动至第一转台上;


待喷涂工件通过第二轨道滑动至第二转台上;


待喷涂工件通过第二轨道滑动至第三转台上;


所述?#23068;?#20010;转台上均带有卡具,用于?#28304;?#21943;涂工件进行定位,以避免直接运输工
件可能产生的磕碰伤及未固化涂层损?#23435;?#39064;;


供料系统安装在喷房的一个角落上,供料系统与喷涂机械臂通过管路连接;


废?#21644;?#23433;装在喷涂机械臂附近,用于对喷涂机械臂的喷枪进行清洗;


供料系统采用往复活塞式流量计;


中控系统用于工件在轨道上的运输;


中控系统用于控制激光扫描测厚装置进行厚度的测量及激光扫描测厚装置测量
得到的厚度的判定,厚度的判定是指厚度是否达到指定厚度要求;


中控系统用于供料系统的控制,包括供料系统的开闭以及供料系统的输出流量;


中控系统用于控制三个转台的转动;


中控系统还用于控制喷涂机械臂的喷枪的开关以及喷涂机械臂的运动,?#28909;?#21943;枪
在三个转台上的待喷涂工件之间的切换;


激光扫描测厚装置用于在线测量待喷涂工件外表面喷涂的涂层厚度,方法为:首
先工件在喷涂前,使用激光扫描测厚装置对工件的外形轮廓进行扫描并生成三维图像,称
为三维图像A,在工件涂装过程中,使用激光扫描测厚装置对喷涂有涂层的工件的外形轮廓
进行扫描并生成三维图像,称为三维图像B,将三维图像B减去三维图像A,得到当前工件表
面涂层的厚度,当得到的当前工件表面涂层的厚度达到要求的厚度时,完成喷涂,否则继续
喷涂,并采用相同的方法测量当前工件表面涂层的厚度,直至满足要求。


供料系统中用于提供特种功能涂料,特种功能涂料为防热涂料、抗激光涂料或隐
身涂料。


一种弹体结构功能涂层自动化涂装方法,该方法的步骤包括:


(1)待喷涂工件通过第一轨道滑动至第一转台上;待喷涂工件通过第二轨道滑动
至第二转台上;待喷涂工件通过第二轨道滑动至第三转台上;


(2)通过中控系统控制喷涂机械臂的喷枪的开关以及喷枪在三个转台上的待喷涂
工件之间的切换;


(3)通过激光扫描测厚装置在线测量待喷涂工件外表面喷涂的涂层厚度,当厚度
满足要求时停止喷涂工作;


(4)通过中控系统转动喷枪至废?#21644;埃?#21033;用废?#21644;?#23545;喷枪进行清洗,完成弹体结构
功能涂层自动化涂装。


有益效果


(1)本发明结合弹体结构及功能涂料的特点,通过弹体结构功能涂层自动化涂装
单元方案优化设计,能够利用有限场地实现功能涂层的高质量快速施工,解决弹体结构功
能涂层自动化涂装的产能及自动化问题。


(2)本发明的激光扫描测厚装置集成与喷涂机械臂上,通过喷涂机械臂的运输及
工件的旋转,对工件的外形轮廓进行扫描并生成三维图像,喷涂作业后再对涂装后工件进
行扫描,通过差减得出涂层在工件各个位置的厚度。中控系统?#38498;?#24230;结果进行分析,判定其
是否满足要求,厚度符合要求工件运离涂装单元,喷涂机械臂喷涂部位清洗,准备涂装下一
工件,工件厚度不足则继续涂装。


(3)本发明可在有限面积的喷房内实现多个薄壁回转体工件外壁多种功能涂层的
连续涂装,提高涂装产能;


(4)实现涂层湿膜状态厚度的非接触式测量,减少涂层在喷漆房的固化等待时间;


(5)实现涂层厚度的精?#25151;?#21046;,从而避免对涂层的打磨。


附图说明


图1为涂装单元布局图。


具体实施方式


一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,它包括两条工件运输轨道5,轨道中间和
尽头分别设置转台工作位3,工件1通过轨道运输并安装在转台工位3,通过转台3带动工件1
旋转;供料系统7进行涂料配制并提供喷涂机械臂2;喷涂机械臂2对工件外表面进行涂装作
业,喷涂机械臂上集成激光扫描测厚装置4,厚度符合要求工件运离涂装单元,喷涂机械臂2
喷涂部位清洗6废?#21644;埃?#20934;备涂装下一工件,工件厚度不足则继续涂装,涂装单元内各操作
均通过中控系统8进行控制及判断。


涂装工件结构为薄壁回转体圆柱或圆锥壳段,涂装部位为外壁,涂装的涂层为大
厚度功能涂层,工件安装于定位卡具之上,以避免直接运输工件可能产生的磕碰伤及未固
化涂层损?#23435;?#39064;。


所涂装涂层为防热涂层、抗激光涂层、隐身涂层等功能涂层,其厚度≥1mm,其实干
时间大于24小时,单次涂装厚度≥100μm。


工件安装在转台工位是通过工件上的定位卡具实现的,为适应不同?#26412;?#30340;工件转
台大小可伸缩,转台可在?#25105;?#35268;定位置开始/停止旋转,转台低速旋转,旋转速度不高于100
转/min。


激光扫描测厚装置方法为:扫描装置集成与机械臂上,通过机械臂的运输及工件
的旋转,对工件的外形轮廓进行扫描并生成三维图像,喷涂作业后再对涂装后工件进行扫
描,通过差减得出涂层在工件各个位置的厚度。


中控系统控制内容包括喷?#23458;?#39118;/照明启停、工件的运输、转台的旋转、涂料的配
制供给、机械臂的涂装作业、测厚系统测厚、涂装结果的判定等。


一种弹体结构功能涂层自动化涂装方法?#33322;?#23433;装有定位卡具的3件回转体工件分
别放置与运输轨道上,通过轨道分别运输至3个转台工位,工位通过定位卡具将工件固定在
转台工位,转台工位开始旋转,机械臂带动测厚装置分别扫描3个工件的外形,并生产三维
模?#20572;?#25195;描完成后,供料系统配置涂料并提供至涂装机械臂,涂装机械臂按照设定程序对3
个工位的工件外壁进行喷涂作业,喷涂至理论厚度的2/3左右时,测厚装置对工件外形进行
再次扫描并生成三维模?#20572;?#24046;减第一次扫描结果得出涂层厚度,系统对涂层厚度及仍需涂
装遍数进行判定,涂层厚度若满足要求,对喷涂系统进行清洗,工件通过导轨运出喷房,完
成涂装作业;涂层厚度小于要求厚度则继续进行喷涂,喷涂时注意要根据系?#31243;崾镜娜?#38656;
涂装遍数涂装,并在接近涂装遍数时再次进行测厚操作,直至涂层厚度满足要求,完成涂装
作业。


实施例


如图1所示,一种弹体结构功能涂层自动化涂装单元,该涂装单元包括喷涂机械臂
2、三个转台3、激光扫描测厚装置4、两个轨道5、废?#21644;?、供料系统7、中控系统8和喷房9;两
个轨道5分别为第一轨道和第二轨道,三个转台3分别为第一转台、第二转台和第三转台;


所述的喷涂机械臂2、三个转台3、激光扫描测厚装置4、两个轨道5、废?#21644;?、供料
系统7安装在喷房9内,中控系统8安装在喷房9外;


喷房9内的地面上安装第一轨道和第二轨道,第一轨道和第二轨道的间距为最大
待喷涂工件?#26412;?#30340;1.5-2倍,最小不低于2m;


第一轨道和第二轨道的间隙位置安装喷涂机械臂2,激光扫描测厚装置4集成在喷
涂机械臂2上;


第一转台安装在第一轨道上,第二转台和第三转台安装在第二轨道上;


待喷涂工件11通过第一轨道滑动至第一转台上;


待喷涂工件12通过第二轨道滑动至第二转台上;


待喷涂工件13通过第二轨道滑动至第三转台上;


所述?#23068;?#20010;转台3上均带有卡具,用于?#28304;?#21943;涂工件进行定位,以避免直接运输工
件可能产生的磕碰伤及未固化涂层损?#23435;?#39064;;


供料系统7安装在喷房9的一个角落上,供料系统7与喷涂机械臂2通过管路连接;


废?#21644;?安装在喷涂机械臂2附近,用于对喷涂机械臂2的喷枪进行清洗;


供料系统7采用往复活塞式流量计;


中控系统8用于工件在轨道上的运输;


中控系统8用于控制激光扫描测厚装置4进行厚度的测量及激光扫描测厚装置4测
量得到的厚度的判定,厚度的判定是指厚度是否达到指定厚度要求;


中控系统8用于供料系统7的控制,包括供料系统7的开闭以及供料系统7的输出流
量;


中控系统8用于控制三个转台3的转动;


中控系统8还用于控制喷涂机械臂2的喷枪的开关以及喷涂机械臂2的运动,?#28909;?br>喷枪在三个转台3上的待喷涂工件之间的切换;


激光扫描测厚装置4用于在线测量待喷涂工件外表面喷涂的涂层厚度,方法为:首
先工件在喷涂前,使用激光扫描测厚装置4对工件的外形轮廓进行扫描并生成三维图像,称
为三维图像A,在工件涂装过程中,使用激光扫描测厚装置4对喷涂有涂层的工件的外形轮
廓进行扫描并生成三维图像,称为三维图像B,将三维图像B减去三维图像A,得到当前工件
表面涂层的厚度,当得到的当前工件表面涂层的厚度达到要求的厚度时,完成喷涂,否则继
续喷涂,并采用相同的方法测量当前工件表面涂层的厚度,直至满足要求。


供料系统7中用于提供特种功能涂料,特种功能涂料为防热涂料、抗激光涂料或隐
身涂料。


一种弹体结构功能涂层自动化涂装方法,该方法的步骤包括:


(1)待喷涂工件11通过第一轨道滑动至第一转台上;待喷涂工件12通过第二轨道
滑动至第二转台上;待喷涂工件13通过第二轨道滑动至第三转台上;


(2)通过中控系统8控制喷涂机械臂2的喷枪的开关以及喷枪在三个转台3上的待
喷涂工件之间的切换;


(3)通过激光扫描测厚装置4在线测量待喷涂工件外表面喷涂的涂层厚度,当厚度
满足要求时停止喷涂工作;


(4)通过中控系统8转动喷枪至废?#21644;?,利用废?#21644;?对喷枪进行清洗,完成弹体
结构功能涂层自动化涂装。


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