專利名稱：機(jī)器人噴涂裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種機(jī)器人噴涂系統(tǒng)，尤其是涉及一種機(jī)器人裝置， 能夠?qū)?dǎo)電涂料施加到機(jī)動(dòng)車身的外表面上。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的噴柜已眾所周知。用以在連續(xù)運(yùn)輸和停站系統(tǒng)中都能噴 涂車身外表面的常用噴柜包括容納著多個(gè)噴涂器的外殼。在一種結(jié)構(gòu)中， 上述噴涂器安裝在倒U形的支承結(jié)構(gòu)上，該結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)垂直支承件，一 個(gè)在車身運(yùn)動(dòng)路徑的一側(cè)，在這二者的頂部由水平支承件相連。該支承結(jié) 構(gòu)用來噴涂車身的頂面，上述水平梁可被固定到或者具有額外的自由度沿 著待噴車身的頂部移動(dòng)。另一種噴涂裝置用在相同的噴涂區(qū)域，來噴涂車 身的側(cè)面，且通常不會(huì)沿著車身橫向移動(dòng)。這種噴涂裝置的缺點(diǎn)就是缺乏 靈活性從而不能優(yōu)化車身表面和噴涂器之間的遠(yuǎn)射距離，還有就是對(duì)規(guī)定 噴涂循環(huán)時(shí)間的浪費(fèi)。如果是頂面噴涂機(jī)械，則噴涂器被安裝在共用梁上-因而每一噴涂器和待噴表面之間的距離因車身輪廓的不同而不同。如果是 側(cè)噴機(jī)械，則噴涂器不能在車身運(yùn)動(dòng)路徑的橫向上移動(dòng)。它們只能噴涂上 述噴涂器前面的部分車身，從而大部分噴涂循環(huán)時(shí)間都浪費(fèi)掉了。
背景技術(shù)：
在下列專利中均有所公開，美國專利4，781，517記載有一種 位于工件之上、支承在龍門架上的機(jī)器人裝置；美國專利4，721，630中教 導(dǎo)有一種機(jī)器人被固定就位噴涂物體；美國專利5， 240， 745記載有支承在 交叉梁上的涂料噴槍，相距工件表面具有恒定的距離。
近來，另一種支承結(jié)構(gòu)具有安裝在地板上的機(jī)器人，這些機(jī)器人沿著 噴柜的側(cè)面設(shè)置。上述機(jī)器人安裝有噴槍或旋轉(zhuǎn)噴涂器(雙臂機(jī)械，bell machines)，用以向車身噴涂涂料。
盡管旋轉(zhuǎn)噴涂器比噴槍更具有優(yōu)勢(shì)，但是仍存在著一些缺點(diǎn)?，F(xiàn)有技 術(shù)中的地板安裝機(jī)器人(floor mounted robots)，尤其是雙臂機(jī)械，本 身成本很高且使操作者對(duì)噴柜觀察也有限制。由于方向限制，所以上述雙 臂機(jī)械需要更多組雙臂來達(dá)到相同生產(chǎn)量。由于在換色期間每組雙臂對(duì)涂 料的浪費(fèi)，這些附加的臂會(huì)在每個(gè)車身上使用更多的涂料。當(dāng)安裝到現(xiàn)有 噴柜內(nèi)時(shí)，現(xiàn)有的地板安裝機(jī)器人也需要噴柜進(jìn)行比較大的調(diào)整，從而需 要增加安裝時(shí)間和成本，而且還需要加大噴柜的長度和寬度。地板安裝機(jī) 器人的架軌軸線需要門設(shè)置在噴柜的兩端。這種地板安裝機(jī)器人的腕部軸 線要求在噴柜的兩端設(shè)有額外的安全地帶，且地板安裝機(jī)器人的導(dǎo)軌箱要 伸入到通道空間內(nèi)。地板安裝機(jī)器人還需要經(jīng)常清潔，這是由于涂料的下 向過度噴涂，使涂料積聚在機(jī)器人手臂和基座上，從而需要更高的維護(hù)和 清潔費(fèi)用。
現(xiàn)有的雙臂區(qū)域機(jī)械還缺乏靈活性?，F(xiàn)有機(jī)械基本上達(dá)不到車身一個(gè) 側(cè)面的所有可噴涂表面，這就限制了用于不起作用的噴涂機(jī)械的備份噴涂 能力，因而需要額外的更加靈活的機(jī)器人區(qū)域。也可以使用其他的機(jī)器人 區(qū)域向現(xiàn)有噴涂機(jī)械提供備份噴涂能力以克服靈活性的缺陷。
因此，提供一種噴涂裝置和噴涂系統(tǒng)是必要的，這種系統(tǒng)以高效和低 成本有效的方式利用機(jī)器人，將涂料浪費(fèi)降為最低，在噴柜內(nèi)占用很小空 間(長度和寬度)，且能夠安裝到現(xiàn)有噴柜中，而并不需要進(jìn)行明顯改動(dòng)。 而且提供有一種噴涂裝置也是必要的，其中一個(gè)噴涂機(jī)器人基本上能夠到 達(dá)物體一個(gè)側(cè)面的所有可噴涂表面，從而為無效機(jī)器人提供了一種備份能 力。由于水基涂料的傳導(dǎo)性，有必要使接地的散裝涂料供應(yīng)系統(tǒng)與帶電的
當(dāng)?shù)胤峙涔藓蛧娡肯到y(tǒng)相電絕緣。在現(xiàn)有技術(shù)中，如美國專利US5， 293， 911 和US5，367，944所示，雙臂噴涂器，罐，罐驅(qū)動(dòng)器，靜電級(jí)聯(lián)裝置和停靠 界面均被整合到一個(gè)安裝在機(jī)器人腕部的單元內(nèi)。但這種噴涂器的缺點(diǎn)如 下
1) 該噴涂器笨重，昂貴且易因和噴柜內(nèi)的物體碰撞而損壞。
2) 噴涂器必須要停靠在一個(gè)處于噴柜內(nèi)固定位置的?？棵嫔?，因而 這就限制了整個(gè)過程的靈活性。
3) 當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)到或從上述?？棵骈_始移動(dòng)時(shí)，這種?？窟^程需要 花費(fèi)循環(huán)時(shí)間。罐直到噴涂器到達(dá)噴涂位置才可能開始填充。
4) 這種?？坑布馨嘿F且只能用于水基涂料系統(tǒng)。 另一種將散裝涂料供給系統(tǒng)與帶電涂料分配罐相隔離的方法就是清
潔并干燥上述供給系統(tǒng)和分配罐之間的涂料傳輸管線。而在自動(dòng)噴涂系統(tǒng) 內(nèi)(連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)上的快速換色)，散裝供給系統(tǒng)和涂料分配罐之間傳輸 管線的清潔干燥卻不會(huì)得以成功實(shí)施。這種系統(tǒng)在過去未被使用的原因有 幾個(gè)，這些原因包括
1) 清潔干燥上述管線以及提供高電壓隔離的時(shí)間超過了兩個(gè)待噴車 身之間的容許停留時(shí)間。
2) 高電壓并不易于保持，因而上述隔離系統(tǒng)會(huì)打折扣(產(chǎn)生電弧和 針孔)。靜電燒蝕會(huì)在上述傳輸線、分配系統(tǒng)、到噴涂器的供給管線或者 廢料收集管線上燒出窟窿。而這種噴涂過程并不會(huì)容忍這種停工時(shí)間。
3) 相比較其他隔離方式，留在涂料傳輸線中的廢料量過多。
4) 相比其他電壓隔離方式，可接受的限壓并不能提供高噴涂傳輸?shù)?效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用以在噴柜或類似圍欄內(nèi)噴涂物體的裝置，方法和系統(tǒng)。
上述改進(jìn)旨在克服已有缺陷，提供一種成本有效的解決方案來有效利 用當(dāng)今水基涂料的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明涉及一種噴涂裝置，其具有機(jī)器人臂(35)，該機(jī)器人臂(35) 上安裝有噴涂器(17)，該噴涂裝置包括腕部(37)，該腕部的一端與 所述臂(35)的外端連接，其另一端用于安裝所述噴涂器(17)，該腕部 具有外殼體(37a)，所述殼體是結(jié)構(gòu)件并能夠支撐所述噴涂器(17)， 所述殼體(37a)由不受用在噴涂環(huán)境中的溶劑的腐蝕特性所影響的非傳 導(dǎo)性材料形成。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種噴涂裝置，其包括噴涂機(jī)器人臂(35)，所 述臂具有由非傳導(dǎo)性材料形成的第一殼體(35a)和一外端；腕部(37)， 該腕部的一端與所述臂的所述外端連接，所述腕部具有第二殼體(37a)， 該第二殼體(37a)為結(jié)構(gòu)元件并由非傳導(dǎo)性材料形成，所述腕部(37) 具有另一端；和噴涂器(17)，其安裝于所述腕部的所述另一端上并由所 述第二殼體支撐。


參考附圖并結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)敘述，本發(fā)明的上述以及其他優(yōu)點(diǎn) 將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員更加顯而易見，其中
圖l是本發(fā)明中模塊化高架軌裝置的透視圖2是本發(fā)明中安裝在噴柜內(nèi)的另一高架軌裝置實(shí)施例的簡要透視
圖3是圖1中安裝在噴柜內(nèi)的高架軌裝置在第一結(jié)構(gòu)的簡要截面圖； 圖4是類似于圖3的簡要截面圖，示出了安裝在噴柜內(nèi)的高架軌裝置處 于第二結(jié)構(gòu)；
圖5是圖1中所示噴涂機(jī)器人之一的透視圖6是圖1中安裝在噴柜內(nèi)、用以噴涂車身的高架軌裝置的前視圖7是圖5中所示外臂從換色器一側(cè)的放大視圖8是圖5中所示外臂從涂料罐一側(cè)的放大簡要透視圖9是圖8所示的上述罐和驅(qū)動(dòng)裝置的透視圖10是圖9所示的上述罐速拆機(jī)構(gòu)的放大分解透視圖11是圖9所示的速拆活塞桿的放大分解透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖l中示出了根據(jù)本發(fā)明的、用以噴涂物品或物體的模塊化高架軌裝
置10。如下所述，該高架軌裝置10適于設(shè)置在噴柜內(nèi)。該裝置10包括一對(duì) 水平延伸的架軌ll，它們?cè)谳S線12的相對(duì)側(cè)，從而相隔一段預(yù)定的距離， 限定一段待噴涂物體的運(yùn)動(dòng)路徑。每一架軌ll的每一端均支承在多個(gè)支腳 13之一的上端，這些支腳接觸到噴柜的地板上。架軌ll的相應(yīng)端可由十字 支撐件14進(jìn)行連接，該支撐件將架軌11和支腳13結(jié)合成裝置10的模塊化剛 性支承架結(jié)構(gòu)。如果需要支承，也可以將額外的支腳13和支撐件14固定到 架軌ll的端部之間。
每一架軌11均至少具有一個(gè)固定在其上的安裝座15。在每個(gè)導(dǎo)軌ll 上，如圖所示，有三個(gè)這樣的座15。每個(gè)安裝座15均用以保持噴涂裝置16。 優(yōu)選的噴涂裝置16是四軸機(jī)器人關(guān)節(jié)臂，其自由端處為噴涂器17。上述臂 包括肩軸，肘軸，腕轉(zhuǎn)軸和腕傾斜軸。盡管示出的是旋轉(zhuǎn)雙臂噴霧器作為 噴涂器17，但也可以使用任何已知的裝置例如噴槍。噴涂裝置16和安裝座 15--同平行于縱向軸線12移動(dòng)，從而產(chǎn)生第五運(yùn)動(dòng)軸線。經(jīng)由噴涂裝置和 架軌11之間的柔性帶18，噴涂裝置16被供以電能，涂料、壓縮空氣和溶劑 等流體。優(yōu)選的，噴涂裝置16被成對(duì)對(duì)置安裝，以便于車身等物體(未示 出)沿軸線12移動(dòng)通過上述裝置10時(shí)能夠同時(shí)噴涂其相對(duì)的表面。如果軸 線12的所示位置表示噴涂物體的頂表面，則架軌ll、支承件14和安裝座15 在包含軸線12的水平面上均可有利地間隔預(yù)定的垂直距離19。
當(dāng)新的噴柜建成或者翻新已有噴柜而并不進(jìn)行重大更改時(shí)，上述高架 軌裝置10就能夠容易地進(jìn)行安裝。架軌ll、支腳13和支承件14可拿進(jìn)噴柜 并組裝成剛性框架結(jié)構(gòu)。盡管上述高架軌裝置10用于噴涂加工，但噴涂器 17可以是任何在沿路徑移動(dòng)的物體上執(zhí)行操作的合適工具。
圖2示出了本發(fā)明中另一安裝在噴柜21內(nèi)的高架軌裝置20實(shí)施例。噴 柜21包括后壁或出口壁22，下壁或地板23，前壁或入口壁24， 一對(duì)側(cè)壁25 和頂壁或頂蓋26。右側(cè)壁25，前壁24和頂壁26均被切掉，以便于能夠看見 噴柜21的內(nèi)部。這些壁22 —26均連在一起，從而形成一個(gè)封閉空間，能夠 用來容納圖I中的高架軌裝置IO。但是另一個(gè)實(shí)施例的高架軌裝置20設(shè)置 在噴柜21上部的側(cè)壁25上。該裝置20包括沿著左側(cè)壁25的內(nèi)表面延伸的架軌11。該架軌11可通過任何合適的機(jī)構(gòu)固定到側(cè)壁25上。另一個(gè)架軌11(未
示出)設(shè)置在右側(cè)壁25的相對(duì)內(nèi)表面上，以使得噴柜和架軌ll連成剛性框 架結(jié)構(gòu)。安裝座15、噴涂裝置16和噴涂器17都可移動(dòng)地固定到架軌11上。 圖3示出了在噴柜側(cè)壁上的部分上述裝置10。側(cè)壁分成在架軌ll上的 上部25a和在架軌之下的下部25b。上部25a和架軌ll的上表面lla鄰接，并 靠近外側(cè)面llb。下部25b鄰接架軌ll的下表面llc，并靠近固定著十字支 承件14的內(nèi)側(cè)面lld。因此架軌ll形成側(cè)壁的一部分，用以將噴柜的內(nèi)部 空間27和噴柜之外的通道28隔開。架軌ll由管狀材料制成，并最好為矩形 截面，具有中空內(nèi)部lle。另外，架軌ll也可以由任何形狀的管狀原料形 成，可以是但不局限于圓形材料。連接管29固定到表面llb上，用以將電 液管線從通道28導(dǎo)引到架軌ll的內(nèi)部lle內(nèi)。十字支承件14還可以為管狀， 用來導(dǎo)引電液管線。在噴柜環(huán)境內(nèi)，架軌11和十字支承件14均被密封、凈 化以及加壓處理。
圖4中示出了噴柜側(cè)壁25上的部分上述裝置10，其中整個(gè)裝置10設(shè)置 在噴柜的內(nèi)部27內(nèi)。連接管30固定到表面llb上，用以將電液管線導(dǎo)引到 架軌ll的內(nèi)部lle內(nèi)。上述連接管30經(jīng)由側(cè)壁25延伸進(jìn)入上述通道28。
將架軌ll升高到待噴涂物體上表面路徑之上可為連接對(duì)置架軌之間 的十字支承件14提供簡單的結(jié)構(gòu)，為供給線路提供通路。因此電能和流體 源可以設(shè)置在例如靠近左側(cè)壁25外部的通道28內(nèi)，從而將噴涂裝置16設(shè)置 到噴柜的兩側(cè)上。而且，與現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)噴柜添加支承鋼以支承現(xiàn)有地板 安裝機(jī)器人架軌的懸臂載荷的情況相比較，上述簡單的結(jié)構(gòu)還是成本很低 的。
另外，將架軌ll升高可以將多個(gè)常用維護(hù)部件例如線性軸向驅(qū)動(dòng)元 件、電纜和管護(hù)套(未示出)等不放在涂料超范圍噴涂積聚在設(shè)備上的區(qū) 域內(nèi)，而這些地方通常在現(xiàn)有技術(shù)中處于噴柜的下向通風(fēng)處。這些元件不 需要象傳統(tǒng)地板安裝軌那樣來回地運(yùn)動(dòng)，以防被噴涂上涂料。這樣在降低 機(jī)器人16使用壽命維修成本的同時(shí)，還能夠有利地降低護(hù)套和密封件(未 示出)的成本。將架軌11升高還不會(huì)妨礙經(jīng)由設(shè)置在側(cè)壁25上的視窗31(參 考圖2)觀察噴柜21，這對(duì)系統(tǒng)操作者很有利。當(dāng)該高架軌裝置IO、 20通常設(shè)置在噴柜21的后壁22和前壁24上時(shí)，它們還可以設(shè)置有入門(未示 出)，放置在側(cè)壁25內(nèi)。這就再次減小了噴柜21的整個(gè)長度。
而且，相比傳統(tǒng)的5 — 7軸機(jī)器人，將架軌ll升高到待噴的車身等物體 之上，可以使噴柜21制造得更窄，而且也不需要在通道28內(nèi)安裝零件，而 這在傳統(tǒng)技術(shù)中卻是必需的。由于上述機(jī)器人基座并沒有限定在側(cè)壁25和 車身之間，所以上述高架軌11和機(jī)器人16還可以使每一機(jī)器人的手臂能夠 達(dá)到自身之下，噴涂車身的側(cè)面，在下面將詳細(xì)敘述。
如圖1和2所示，多個(gè)關(guān)節(jié)臂機(jī)器人16固定到高架軌11的不同安裝座15 上，沿著導(dǎo)軌移動(dòng)，使在車身穿過噴柜21時(shí)噴涂器17隨動(dòng)于車身(未示出) 等待噴的物體。噴涂器17最好是圓形噴射模式的雙臂噴涂器。將多個(gè)關(guān)節(jié) 臂機(jī)器人16安裝在共用架軌11上，車身可以被每個(gè)噴涂器17噴涂很長時(shí) 間，相比較于地板安裝系統(tǒng)，僅需幾個(gè)機(jī)器人16和相應(yīng)的噴涂器17。
由于機(jī)器人16結(jié)構(gòu)簡單，高架軌裝置IO、 20 (架軌ll、支腳13和十字 支承件14)的結(jié)構(gòu)性元件設(shè)計(jì)能夠裝在標(biāo)準(zhǔn)雙臂區(qū)域的噴柜21的狹窄寬度 空間內(nèi)。而且，利用高架軌裝置10和高柔性多軸機(jī)械手相結(jié)合，可以獲得 更高的效率，因此可以減小傳統(tǒng)雙臂區(qū)域噴柜21的整個(gè)長度，在下面將詳 細(xì)敘述。
如圖5所示，優(yōu)選的噴涂裝置16為四軸機(jī)器人關(guān)節(jié)臂，其自由端處為 噴涂器17，該噴涂器是旋轉(zhuǎn)雙臂噴涂器。該機(jī)器人16包括第一或內(nèi)臂部32， 在第一端安裝到機(jī)器人基座33上，用以繞肩軸線34旋轉(zhuǎn)。第二或外臂部35 在第一端安裝到內(nèi)臂部32的第二端上，可繞肘軸線36旋轉(zhuǎn)。腕部37將噴涂 器17固定到外臂部35的第二端上，并具有旋轉(zhuǎn)軸線38和傾斜軸線39。該腕 部37繞上述軸線38旋轉(zhuǎn)噴涂器17，該軸線通常平行于外臂部35的縱向軸 線，腕部繞軸線39旋轉(zhuǎn)噴涂器17，從而將該噴涂器相對(duì)于軸線38傾斜。因 此，機(jī)器人16相對(duì)基座33可提供四軸運(yùn)動(dòng)，使臂部32、 35，腕部37、噴涂 器17在垂直面上動(dòng)作。第五運(yùn)動(dòng)軸為導(dǎo)軌軸線40，機(jī)器人基座33被固定到 安裝座15 (圖l)上，能夠使機(jī)器人16沿著相應(yīng)架軌11 (圖l)的水平縱向 軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)選的，外臂部35和腕部37的結(jié)構(gòu)性元件均由非傳導(dǎo)材料形成，該材 料具有合適的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不受用在噴涂環(huán)境中的溶劑的腐蝕特性所影響，例如 La眼mid A材料。"Lauramid ，，是Albert Handtmann ELTEKA Verwaltungs —GmbH (德國，Biberach)的注冊(cè)商標(biāo)。Lau濯id A材料是 一種可鑄造聚酰胺尼龍12G材料，其能夠提供靜電隔離，潔凈度好，高清 潔能力和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。由于已被很好的絕緣，所以在噴柜21內(nèi)不必使用 腕部37內(nèi)的接地內(nèi)置傳動(dòng)裝置和其他傳導(dǎo)元件。這些不接地的元件有利地 減小了引發(fā)過度噴涂的可能性，從而減小了清潔機(jī)器人16的保養(yǎng)，且使涂 料傳遞到車身的效率也提高，所有這些都減小了操作成本。這些傳導(dǎo)元件 還可以在較低或相同電勢(shì)下充電，用作噴涂器。
沿著內(nèi)臂部32的側(cè)邊，布置著多個(gè)噴涂線41，這些線和安裝在外臂35 上的換色器42相連。外臂35容納著涂料罐(未示出)，該涂料罐用來接納 經(jīng)由選定的一條線41供給的涂料并將該涂料供給到噴涂器17。外臂35內(nèi)還 容納著一個(gè)高電壓級(jí)聯(lián)裝置(未示出)，使涂料帶上靜電，用以待噴的物 體。
圖6示出了安裝在噴柜21內(nèi)部27的、用于噴涂車身43的高架軌裝置10。 每一機(jī)器人16的基座33和肩軸線34均在車身43上表面44的運(yùn)動(dòng)軸線12的 水平面之上，這就使機(jī)器人的活動(dòng)范圍加大。如果在降級(jí)模式中需要，舉 例來說，如果其中一個(gè)專用于噴涂側(cè)面機(jī)器人16不能工作，由于平移軸34、 36可提供伸展能力，專用于噴涂車身43頂部44的一個(gè)機(jī)器人16可有利地噴 涂車身的側(cè)面45處。另外在噴柜21內(nèi)，在機(jī)器人基座33之下，高架軌ll和 十字支承件14上可放置過程控制器外殼46 (圖5、 6)，其為易接觸式X凈 化處理外殼，包括氣壓閥和雙臂控制裝置(未示出)。
固定到高架軌11上可移動(dòng)的安裝座15上的機(jī)器人16可使噴涂器17在 車身43穿過噴柜21時(shí)，能夠隨動(dòng)于車身43。利用對(duì)置架軌ll上的多個(gè)相對(duì) 機(jī)器人16，通過線路跟蹤運(yùn)動(dòng)能力，每個(gè)噴涂器17可以在可循環(huán)時(shí)間內(nèi)噴 涂車身43很長時(shí)間。例如，靠近出口壁22 (圖2)的機(jī)器人16可噴涂一個(gè) 車身的一部分，而靠近入口壁24的機(jī)器人16卻可以噴涂另一個(gè)車身的一部 分。
在垂直于軸線12所在平面的方向上，機(jī)器人主軸34、 36有利地操作機(jī) 器人臂部32、 35。對(duì)置機(jī)器人16對(duì)稱噴涂車身43等物體。最好是，控制線路(未示出)依次經(jīng)由十字支承件14，以便單控制器(未示出)控制著一
對(duì)對(duì)置的機(jī)器人16，來噴涂車身43的對(duì)置側(cè)面。
機(jī)器人16和安裝座15的輪廓可使一個(gè)噴涂機(jī)器人在操作降級(jí)模式中 基本上能夠達(dá)到車身43 —側(cè)45的頂部44上的所有可噴涂表面。高架軌裝置 10或20可有利地將多重機(jī)器人16用在同一架軌11上，從而在噴柜21內(nèi)能夠 噴涂不同尺寸的車身43。機(jī)器人16的結(jié)構(gòu)及其高架安裝位置還可避免因?qū)?傳統(tǒng)機(jī)器人靠近手動(dòng)噴涂區(qū)域而產(chǎn)生的人身安全問題。由于上述機(jī)器人16 相對(duì)架軌ll的縱向軸線是平面裝置，且不像傳統(tǒng)的地板安裝噴涂機(jī)器人那 樣具有腕部軸線，所以這些機(jī)器人16不會(huì)使噴涂器17移動(dòng)超過噴涂區(qū)域的 端部。而且，機(jī)器人16的結(jié)構(gòu)及其高架安裝位置還可使機(jī)器人在架軌11的 下面移動(dòng)到一個(gè)保護(hù)罩(未示出)內(nèi)，以便在噴柜21內(nèi)的機(jī)器人16連續(xù)噴 涂時(shí)，這些機(jī)器人可以得到保養(yǎng)。上述保護(hù)罩要使用動(dòng)力限制裝置，以保 證操作者的安全。
于2002年11月04日申請(qǐng)、名為"用于水基涂料的機(jī)器人裝置"的美國 臨時(shí)專利申請(qǐng)序列第60/423，636號(hào)的上述內(nèi)容作為參考結(jié)合在這里。
圖5中的機(jī)器人噴涂裝置16的外臂35從圖7中換色器42的側(cè)面示出，以 及從圖8的內(nèi)置涂料罐的側(cè)面示出。根據(jù)本發(fā)明的外臂35結(jié)合有傳統(tǒng)水基 涂料噴涂器上的一些特征，并將它們集成到一個(gè)機(jī)器人噴涂應(yīng)用裝置中， 其中上述臂和腕部元件由非傳導(dǎo)材料構(gòu)成。機(jī)器人外臂35的殼體35a和腕 部37的殼體37a均由合適的非傳導(dǎo)材料構(gòu)成，例如Lauramid A Nylon 12G。 換色器42具有多個(gè)導(dǎo)電接地的顏色閥42a，并如圖7所示，換色器42被安裝 在殼體35a的外側(cè)面上。在外臂35的相對(duì)側(cè)面上，在殼體35a的側(cè)壁內(nèi)，安 裝有一個(gè)帶電涂料罐47，從而和另一側(cè)的接地顏色閥42a相隔開。這種結(jié) 構(gòu)可以和用在溶劑涂料系統(tǒng)中的一樣，使用同一顏色閥42a和同一噴涂器 17，從而達(dá)到低成本且共享硬件平臺(tái)的目的。除了節(jié)約成本以外，上述硬 件設(shè)施還可以減小安裝在機(jī)器人腕部37上的硬件重量，從而能夠利用低成 本的機(jī)械手來執(zhí)行噴涂功能。將水基涂料硬件集成到機(jī)器人臂35內(nèi)部上的 另一個(gè)好處就是可以避免上述硬件在安裝到機(jī)器人腕部時(shí)經(jīng)常發(fā)生的硬 件"受損"和可能碰撞。本發(fā)明的一個(gè)主要方面就是通過什么方式來隔開涂料罐47。通常在現(xiàn) 有技術(shù)中，在涂料罐和涂料供應(yīng)源之間會(huì)設(shè)置有一個(gè)物理斷開處(或者氣 隙)。由靜電導(dǎo)致放電，噴涂器和其?？刻庍M(jìn)行物理連接，以接收合適的
顏色和涂料量。而在根據(jù)本發(fā)明的噴涂裝置16中，不需要?？刻?，在罐47 充填之后且在帶上靜電之前，僅由一小段長度的FEP (氟化乙烯-丙稀)線 來隔開靜電，該線潔凈、干燥且經(jīng)過壓制。如圖7所示，由FEP材料制成的 涂料傳輸及隔離線48被連在換色器42的出口和罐集成塊49之間，罐集成塊 49和罐47的內(nèi)部相流體聯(lián)通。
圖9示出了罐47及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。速拆活塞桿50被保持在安裝于 殼體35a(圖8)的驅(qū)動(dòng)架51內(nèi)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)52為減速器53提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，減 速器53經(jīng)由連接件54和活塞桿50相接。活塞桿50是一種滾珠絲杠式驅(qū)動(dòng) 器，在車身噴涂操作過程中將涂料供以噴涂器17。上述機(jī)構(gòu)50定義了一種 連接到活塞(未示出)上的桿，該活塞可在上述罐47內(nèi)形成的氣缸(未示 出)中移動(dòng)，從而使活塞自始至終地向氣缸的底部驅(qū)動(dòng)，因此能夠減小涂 料的浪費(fèi)和罐的清潔費(fèi)用。這種結(jié)構(gòu)使上述罐驅(qū)動(dòng)電機(jī)52和減速器53處于 肘部55內(nèi)，且將外臂部35連接到內(nèi)臂部32上，從而使電機(jī)52相距靜電(未 示出)以及罐47還有相當(dāng)長的距離。在噴涂操作之后，靜電消失，利用上 述形成外臂殼體35a的材料(LauramidA)的絕緣特性，在換色器42處，上 述分配罐47和接地涂料供給線相隔開。該分配罐47安裝在相對(duì)換色器42的 外臂部35相反側(cè)上，并完全由上述殼體35a的絕緣材料所環(huán)繞和包圍。
當(dāng)需要清洗上述罐47內(nèi)部時(shí)，上述相連的活塞/桿50從氣缸底部后退， 以便高效清潔活塞面和罐底部之間的區(qū)域。在使用溶劑和空氣混合物時(shí)， 上述相連的桿可以使活塞來回循環(huán)(進(jìn)進(jìn)出出)。利用溶劑和空氣混合物 清潔上述罐47的同時(shí)，從上述罐到噴涂器(未示出)的涂料線被逆向沖洗 出啟動(dòng)的泵送管線。以相反的循環(huán)順序使上述溶劑和空氣入口閥循環(huán)或者 通過溶劑和空氣混合閥的使用生成上述溶劑和空氣混合物，因而上述溶劑 和空氣閥在同時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作，還可以使用體積流量控制裝置，使溶劑和空氣 具有合適的比例，以便有效清洗。在罐清洗之后，上述系統(tǒng)就準(zhǔn)備充填新 顏色的涂料。這種系統(tǒng)的好處就是在機(jī)械手(機(jī)器人)準(zhǔn)備清潔或者在"原 始"位置時(shí)，清潔過程就可以開始。為了減少維修時(shí)間，上述啟動(dòng)的罐47必須要容易拆卸下來，以便日常
維護(hù)和保養(yǎng)。根據(jù)本發(fā)明的噴涂裝置16結(jié)合有只用四個(gè)簡單步驟就能從罐 47和罐集成塊49上拆除的特征。上述罐47通過速拆機(jī)構(gòu)56固定到驅(qū)動(dòng)架51 上。首先，拆掉多個(gè)緊固件57 (參考圖8和圖9)，將上述罐集成塊49從臂 殼體35a上拆卸下來。其次，旋轉(zhuǎn)上述罐速拆機(jī)構(gòu)56，直到其松動(dòng)。這就 會(huì)使該速拆機(jī)構(gòu)56朝向罐集成塊49滑動(dòng)。第三，轉(zhuǎn)動(dòng)桿鎖定鍵(在下敘述) 到打開位置。第四，將罐集成塊49和罐47從形成在臂殼體35a內(nèi)的視窗58 (圖8)中拆掉。
在圖10中詳細(xì)示出了上述罐速拆機(jī)構(gòu)56。驅(qū)動(dòng)架51具有減徑端59和多 個(gè)在其環(huán)形面上的間隔位置上形成的中凸鎖緊機(jī)構(gòu)60。在端部59的相對(duì)面 和罐凸緣擋圈62之間還固定著彈簧墊圈61，上述擋圈被連接到罐47 (未示 出)的一端上。速拆擋圈63可滑動(dòng)地容納在上述罐47上，并由罐凸緣擋圈 62所保持。在擋圈63的內(nèi)表面上形成著多個(gè)內(nèi)凹的鎖緊機(jī)構(gòu)64，用于和對(duì) 應(yīng)個(gè)中凸鎖緊機(jī)構(gòu)60相配合。為了安裝，移動(dòng)上述罐47的凸緣擋圈62，通 過其間的彈簧墊圈61和驅(qū)動(dòng)架51的端部59相配合。擋圈63朝向驅(qū)動(dòng)架51移 動(dòng)，而內(nèi)凹的鎖緊機(jī)構(gòu)64位于上述中凸的鎖緊機(jī)構(gòu)之間的空間內(nèi)。其后， 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)擋圈63，使相應(yīng)個(gè)內(nèi)凹鎖緊機(jī)構(gòu)64和中凸鎖緊機(jī)構(gòu)60配合。如 果要將罐47從驅(qū)動(dòng)架51上釋放出來，逆向進(jìn)行安裝過程即可。
圖11中詳細(xì)示出了速拆活塞桿50。在一端，連接件54包括滾珠絲杠65 和相應(yīng)的滾珠絲杠螺母66。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)52 (圖9)經(jīng)由減速器53 (圖9)旋 轉(zhuǎn)滾珠絲杠65時(shí)，滾珠絲杠螺母66沿著縱軸線移動(dòng)，從而將固定在活塞桿 50另一端的活塞67伸出或者縮回。該活塞67收容在罐47 (未示出)內(nèi)形成 的氣缸(未示出)中?；钊?7通過桿鎖緊鍵68可釋放地固定在活塞桿50上。 該鍵68通常為C形，尺寸設(shè)計(jì)為可徑向地滑動(dòng)到鄰近桿體70—端形成的半 圓槽69內(nèi)。該槽69向從桿體70的上述端面延伸的中心孔71打開?；钊?7具 有縱向延伸的桿72，該桿可收容到上述孔71內(nèi)。上述桿72具有在其中形成 的環(huán)槽73，用以容納上述鍵68，從而使活塞67可釋放地固定到桿體70上。 上述鍵68可扣入到槽73內(nèi)或者使用任何已知的棘爪機(jī)構(gòu)來嚙合到槽69內(nèi)。
參考圖5， 7—11來敘述噴涂裝置16操作的不同模式。
A.由限定器和扭矩感應(yīng)器進(jìn)行填充將活塞67輕輕從氣缸底部拉出，打開噴涂器觸發(fā)閥，涂料從選定的顏
色閥42a中經(jīng)由隔離線48流出并流到罐47內(nèi)。當(dāng)罐內(nèi)的初始體積由上述觸 發(fā)通道所充滿時(shí)，其中的空氣就會(huì)被擠出上述系統(tǒng)，直到涂料達(dá)到上述觸 發(fā)填充通道中的限制為止。此時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的壓力陡然上升，這是由涂料和 由涂料所替換的空氣之間的粘度差造成的。這種壓力上升將導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī) 52施加到滾珠絲杠65上的扭矩增加，這種增加可被感應(yīng)并用于自動(dòng)調(diào)節(jié)觸 發(fā)填充時(shí)間，或者作為一種診斷，以便用戶調(diào)節(jié)一個(gè)定時(shí)值。上述罐47和 罐集成塊49目前處于"充填"(經(jīng)由限定器和觸發(fā)通道填充)狀態(tài)，上述 系統(tǒng)準(zhǔn)備"快速填充"模式操作。
B. 由相連活塞和桿進(jìn)行的快速填充
相連的活塞和桿組件50可使系統(tǒng)通過幾種方式來減小上述罐的充填 時(shí)間。第一種方式就是匹配涂料的填充速率。如果進(jìn)入上述罐47的涂料填 充速率已知或可以自動(dòng)測量，則可以調(diào)節(jié)上述罐活塞機(jī)構(gòu)50收回時(shí)的速 度，從而將進(jìn)入涂料的壓降最小化，減少充填時(shí)間。測量伺服誤差(正或 負(fù))或者施加在上述罐活塞機(jī)構(gòu)上的電機(jī)扭矩，從而檢測充填速度。第二 種方式就是將填充速度設(shè)定在容許范圍之下。上述活塞桿機(jī)構(gòu)50可在一個(gè) 已知的速度下縮回，該速度稍微低于系統(tǒng)的充填速率。第三種方式就是在 真空下"注射"涂料。以高于散裝供給系統(tǒng)充填速度的速度將相連活塞桿 50拉回，就可以降低充填時(shí)間。例如，相連活塞桿50可以被快速拉回到充 填目標(biāo)位置，并保持到涂料充填開始時(shí)為止。這在上述罐47內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生 真空，從而進(jìn)一步提高涂料的充填速度。
C. 在充填目標(biāo)處的扭轉(zhuǎn)感應(yīng)
當(dāng)達(dá)到充填目標(biāo)時(shí)，上述罐47內(nèi)的流體壓力開始增加。這種壓力的增 加可由測量驅(qū)動(dòng)電機(jī)52施加到滾珠絲杠65上的扭矩而得知。當(dāng)檢測到扭矩 增加，上述罐入口閥就關(guān)閉。如上所述，這種特性可用作調(diào)節(jié)充填時(shí)間的 診斷工具或調(diào)節(jié)如上所述充填順序的自動(dòng)方法。而且，上述活塞運(yùn)動(dòng)方向 也可以反向，朝向分配方向運(yùn)動(dòng)，而不是朝向充填方向，從而確保系統(tǒng)進(jìn) 行正確填充，沒有竄入的空氣。上述入口閥和出口閥均關(guān)閉，這時(shí)，當(dāng)活 塞在分配方向向前移動(dòng)，竄入的空氣被壓縮，因此流體充填系統(tǒng)內(nèi)沒有空 氣而迅速升壓。這種壓力可由分配罐的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來感知。D. 利用空氣或溶劑，以將涂料浪費(fèi)降為最低
由于涂料產(chǎn)品的高額成本，所以將顏色更換時(shí)涂料浪費(fèi)降為最低是至
為重要的。因此，提供一種能夠利用顏色閥42a和隔離線48內(nèi)涂料量的能 力。從顏色閥42a經(jīng)由隔離線48到上述罐47的涂料量作為"V2"。如果我 們假定上述"快速充填操作"中的涂料量為"VI"，則總填充目標(biāo)二V1十 V2。在快速填充到"VI"時(shí)，活塞67停止，涂料供給閥關(guān)閉，空氣或溶劑 供給閥打開，隨后活塞67在一定速率下縮回，從而使管線48內(nèi)的大部分涂 料被推進(jìn)或被拉進(jìn)上述分配罐47內(nèi)。當(dāng)達(dá)到上述總充填目標(biāo)時(shí)，上述罐入 口閥關(guān)閉，而空氣供給閥也被切斷。可通過檢測電機(jī)扭矩是否增加來確定 上述罐內(nèi)壓力是否增加，這通常用來確定系統(tǒng)是否完全充填。這樣，充填 過程就完成了。除了利用上述機(jī)械硬件來獲得空氣推動(dòng)以外，還需要軟件 控制器(位于圖6中的過程控制外殼46內(nèi))來完成上述空氣推動(dòng)操作。
E. 利用噴涂工具(paint pig)將涂料浪費(fèi)降為最低 上述系統(tǒng)還能夠利用非連接的活塞(噴涂工具，未示出)，該活塞在
換色器的開端(在上述傳輸線上遠(yuǎn)離隔離/分配罐47的最遠(yuǎn)端)被注塑到 傳輸線48內(nèi)，且可用于完全將涂料排到上述隔離罐中。在上述噴涂工具之 后，清潔并干燥上述傳輸線，以便提供隔離方式。隨后在重復(fù)噴涂循環(huán)和 上述過程之后將上述噴涂工具推回。
F. 清潔隔離和泵送管線
在充填罐47和空氣推動(dòng)操作之后，隔離線48和泵送管線內(nèi)的剩余涂料 都必須清潔，隨后進(jìn)行干燥，去除溶劑和空氣或溶劑和空氣混合物。在隔 離線和泵送管線清洗之后，可向涂料供給高壓充電。當(dāng)接通高壓電時(shí)，氣 流就被保持在隔離線48內(nèi)，或隔離線由干燥空氣進(jìn)行加壓。上述操作泵送 管線終止于上述應(yīng)用區(qū)域附近的某一點(diǎn)，該管線的下游端和接地電勢(shì)靜電 隔離。因此，實(shí)質(zhì)上就不接地。
G. 具有限流功能的高電壓
當(dāng)進(jìn)行上述管線干燥過程時(shí)，能夠應(yīng)用高電壓。通過最大電流設(shè)置可 以限定電壓，該最大電流設(shè)置可編程寫入高電壓控制單元。當(dāng)干燥傳輸線 48時(shí)，電壓增加到噴涂所需的設(shè)定。當(dāng)噴涂裝置(機(jī)器人)16移動(dòng)到噴涂 的起始位置時(shí)就可以完成該過程，從而減小整個(gè)循環(huán)時(shí)間。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的隔離系統(tǒng)既可以用于旋轉(zhuǎn)噴霧器，也可以用 于自動(dòng)噴槍。
根據(jù)專利法的規(guī)定，本發(fā)明已經(jīng)在優(yōu)選實(shí)施例中得以敘述。但是應(yīng)該 注意的是，除了特定實(shí)例，在不偏離本發(fā)明的精神或范圍內(nèi)，也可以實(shí)踐 本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種噴涂裝置，其具有機(jī)器人臂(35)，該機(jī)器人臂(35)上安裝有噴涂器(17)，該噴涂裝置包括腕部(37)，該腕部的一端與所述臂(35)的外端連接，其另一端用于安裝所述噴涂器(17)，該腕部具有外殼體(37a)，所述殼體是結(jié)構(gòu)件并能夠支撐所述噴涂器(17)，所述殼體(37a)由不受用在噴涂環(huán)境中的溶劑的腐蝕特性所影響的非傳導(dǎo)性材料形成。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述殼體(37a)由聚酰胺 材料鑄造。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述腕部(37)具有運(yùn)動(dòng) 的旋轉(zhuǎn)軸線(38)和運(yùn)動(dòng)的傾斜軸線(39)。
4. 一種噴涂裝置，其包括噴涂機(jī)器人臂(35),所述臂具有由非傳導(dǎo)性材料形成的第一殼體 (35a)和一外端；腕部(37)，該腕部的一端與所述臂的所述外端連接，所述腕部具有 第二殼體(37a)，該第二殼體(37a)為結(jié)構(gòu)元件并由非傳導(dǎo)性材料形成， 所述腕部(37)具有另一端；和噴涂器(17)，其安裝于所述腕部的所述另一端上并由所述第二殼體 支撐。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，包括安裝于所述第一殼體內(nèi)部的涂料罐 (47)。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，包括涂料傳輸線(48)，其將上述涂料 罐(47)的內(nèi)部持續(xù)連接到換色器(42)，從而在所述噴涂罐(47)的噴 涂使用過程中，將涂料從所述換色器(42)傳輸?shù)酵苛瞎?47)的內(nèi)部， 并且使所述涂料罐(47)靜電隔離開所述換色器(42)。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述換色器(42)安裝到 所述第一殼體(35a)的外表面上。
8. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述換色器(42)安裝到 所述第一殼體(35a)的外側(cè)。
9. 如權(quán)利要求6所述的裝置，包括噴涂工具，其可移動(dòng)地插入在所述 涂料傳輸線中，并在所述涂料傳輸線中可滑行移動(dòng)。
10. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第二殼體(37a)由 聚酰胺材料鑄造。
11. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述腕部(37)具有運(yùn) 動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸線(38)和運(yùn)動(dòng)的傾斜軸線(39)。
全文摘要
一個(gè)噴涂機(jī)器人的外臂(35)包括非傳導(dǎo)性的殼體(35a)，該殼體在外側(cè)安裝著換色器(42)，在內(nèi)側(cè)安裝著涂料罐(47)，換色器和涂料罐由涂料隔離傳輸線(48)相連。該涂料罐(47)通過速拆連接件(56)可釋放地固定到活塞桿(50)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)(52)上。通過清潔并干燥上述傳輸線(48)，將涂料供給線(41)和所施加的高電壓相隔離。涂料罐(47)的充填速率可根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(52)在涂料罐內(nèi)移動(dòng)活塞所產(chǎn)生的檢測扭矩來控制。
文檔編號(hào)B05B12/14GK101524675SQ200910135040
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2003年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月23日
發(fā)明者丹尼爾·W·曼茨, 密歇爾·G·比姆, 布拉德·O·尼德奎爾, 斯坦·H·麥克洛斯基, 斯科特·J·克利福德, 波爾·D·科皮奧利, 羅伯特·C·福蒂, 馬修·澤蒙羅 申請(qǐng)人:美國發(fā)那科機(jī)器人有限公司