一种用于热交换器管束的喷漆机器人及其喷涂方法
技术领域
本发明涉及自动化喷漆技术领域，具体是涉及一种用于热交换器管束的喷漆机器人及其喷涂方法。
背景技术
由于石油化工行业具有机器大型化、作业连续性强、化工材料腐蚀性大、化学反应高温高压、化学物质易燃易爆等特点，因此对设备的稳定性、安全性、可靠性具有很高的要求。其中，管束式水冷热交换器对防腐蚀要求很高，凡是新建装置的热交换器表面一律要喷涂防腐蚀涂层，不可以裸露。
管束式热交换器目前都是采用人工进行喷漆的，由于待喷漆的管束数量多，需要多层喷漆，工作强度大，而且，喷漆过程中会产生有毒物质，作业环境差，会严重影响工人的身体健康，因此，导致该行业招人困难，存在工人工资高而产品的附加值低、容易出现职业病等问题，加之未来的年轻人又不愿意从事该行业，因此使用机器人代替人工是目前迫切需求的。
机器人喷漆已经在很多行业广泛使用，但是在石油化工行业及相关的重工行业，使用机器人自动喷漆是个难题。由于工件尺寸大、规格种类较多、同规格数量尺寸较少、对机器人的通用性覆盖性要求较高，导致投资成本较高，但是该工序的投资回报率较低，因此成为阻碍使用机器人代替人工的一大难题。
热交换器管束的数量多，最大的热交换器管束的数量可能超过一万，且喷漆工艺要求高。喷漆要求喷枪与管束平行，且每根管的喷漆时间要固定，不能少于该时间也不能超出该时间，时间需要精确到秒，喷漆时间长容易导致喷漆厚度过厚，容易导致起皮翘壳，喷漆时间短导致漆膜厚度薄，粘附力不够。而且整个管束需要多次喷涂，每次喷涂后烘干再继续喷涂。上述问题导致人工的工作量大、质量控制不稳定，没办法精确地固定到秒数。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，旨在提供一种用于热交换器管束的喷漆机器人及其喷涂方法，该喷漆机器人及喷涂方法不但能解决以上问题，而且能增加产品质量，提高产品稳定性，具有投资成本低、兼容性广、取代人工避免对人体的伤害等优点。
具体技术方案如下：
首先提供一种用于热交换器管束的喷漆机器人，包括热交换器管束和用于固定热交换器管束的工装，还包括：喷漆枪头、六轴机器人、机器人安装底座、机器人控制柜和设备电源主控柜，所述喷漆枪头安装在六轴机器人上，所述六轴机器人固定安装在机器人安装底座上，所述设备电源主控柜控制整套设备的电力输送，所述机器人控制柜控制六轴机器人与设备电源主控柜之间的信号传输。
优选的，一台所述六轴机器人可控制多个喷漆枪头作业。
进一步的，所述喷漆枪头上设有3D线扫相机。
进一步的，所述机器人控制柜包括可编程序控制器、人机界面、3D视觉定位系统和喷漆系统，所述可编程序控制器连接六轴机器人、3D视觉定位系统及喷漆系统，所述3D视觉定位系统与3D线扫相机通过电信号连接。
优选的，所述可编程序控制器为PLC控制器。
其次，提供一种用于热交换器管束的喷漆机器人的喷涂方法，包括以下步骤：
1)调漆：按施工技术要求将分装的涂料和稀料混合搅匀，施工时应采用100目至150目筛网渐次过滤至没有大的颗粒和结块；
2)吊装：根据涂装要求将待加工工件热交换器管束固定在工装上；
3)启动：通过人机界面开启系统，六轴机器人控制3D线扫相机对待加工工件热交换器管束进行扫描，扫描后将数据发送至3D视觉定位系统进行计算，确认出待加工工件的三维空间坐标位置以及对重复扫描的孔位进行筛选、计算；
4)管内灌注：3D视觉定位系统计算完成后，发送电信号给PLC控制器，PLC控制器启动喷漆系统，命令六轴机器人控制喷漆枪头作业；
5)漆膜处理：先用毛刷除去流挂、滴坠，再每道漆涂敷后在空气中自然表干或强制表干，每一道漆膜表干后，方可送入固化炉中进行高温固化，待每道漆膜固化后进行干膜厚度检查。
进一步的，步骤4中的喷漆枪头的具体作业内容包括：六轴机器人控制设有3D线扫相机的喷漆枪头插入管口，开启漆泵逐根灌注，单根管束喷涂时控制出口漆流量，漆液呈柱状流出，稳流两秒以上，喷漆结束后，3D线扫相机将漏喷孔位坐标给六轴机器人进行补喷。
进一步的，步骤5中判断漆膜表干的方法：以手指轻压漆膜不粘手为合格，表干时间2-4小时。每根管内壁要求重复喷涂4次，总厚度不少于120μm。
进一步的，漆膜表干后的热交换器管束进入远红外加热炉进行加热，加热温度及时间按照升温曲线进行。
上述技术方案的积极效果是：
1)该喷漆机器人及喷涂方法兼容性广，可以对不同尺寸、规格的热交换器管束进行喷漆，通用性很强，而且投资成本较低；
2)喷漆质量高，具体的，每根管的喷漆时间可以设置成固定，时间精确，同时，也能多次喷涂，达到喷涂的合格要求，质量控制比较稳定，提高产品的喷漆质量；
3)取代了人工，避免了对喷漆工人的身体伤害，且减轻了个人的劳动强度，还能提高生产效率。
附图说明
图1为本发明用于热交换器管束的喷漆机器人的整体结构示意图。
附图中，1、热交换器管束；2、工装；3、喷漆枪头；4、六轴机器人；5、机器人安装底座；6、机器人控制柜；7、设备电源主控柜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，示出了一种用于热交换器管束1的喷漆机器人，包括热交换器管束1和用于固定热交换器管束1的工装2，还包括：喷漆枪头3、六轴机器人4、机器人安装底座5、机器人控制柜6和设备电源主控柜7，喷漆枪头3安装在六轴机器人4上，六轴机器人4固定安装在机器人安装底座5上，设备电源主控柜7控制整套设备的电力输送，机器人控制柜6控制六轴机器人4与设备电源主控柜7之间的信号传输。该喷漆机器人系统不但能解决该行业通病，具有投资成本低、兼容性广、取代人工避免对人体伤害等优点，而且能增加产品质量和稳定性，使热交换器管束1的防腐更上一个台阶。
具体的，一台六轴机器人4可控制多个喷漆枪头3作业，六轴机器人4可实现上下左右前后的方位控制。考虑到生产加工的效率，单台机器人可以同时抓取四把甚至更多的喷枪，机器人可以根据管束数量选择喷枪数量，连续生产24小时，以提高生产效率。
该喷漆枪头3上设有3D线扫相机，3D线扫相机通过激光对工件即管束进行扫描，扫描后将数据发送至机器人控制柜6进行计算，确定出管束的三维空间坐标位置及对重复扫描的孔位进行筛选、计算。
该系统的特点是针对热交换器管束1产品对3D线扫相机的程序算法单独开发，做到储存量大、运算速度快、单个产品的管束缝多次扫描，再集中计算处理，保证给到六轴机器人4的孔位不会出现重复和遗漏，3D线扫相机根据机器人程序的要求实时提供相应的孔位三维坐标和坐标数量。
机器人控制柜6包括可编程序控制器、人机界面、D视觉定位系统和喷漆系统，可编程序控制器连接六轴机器人4、3D视觉定位系统及喷漆系统，并控制六轴机器人4、3D视觉定位系统及喷漆系统作业，3D视觉定位系统与3D线扫相机通过电信号连接，3D线扫相机扫描后的数据发送给3D视觉定位系统进行计算。其中的人机界面通过触摸屏可进行人机交互，非常便捷。可编程序控制器为PLC控制器。
一种用于热交换器管束1的喷漆机器人的喷涂方法，包括以下步骤：
1)调漆：按施工技术要求将分装的涂料和稀料混合搅匀，施工时应采用100目至150目筛网渐次过滤至没有大的颗粒和结块；
2)吊装：根据涂装要求将待加工工件热交换器管束1固定在工装2上；
3)启动：通过人机界面开启系统，六轴机器人4控制3D线扫相机对待加工工件热交换器管束1进行扫描，扫描后将数据发送至3D视觉定位系统进行计算，确认出待加工工件的三维空间坐标位置以及对重复扫描的孔位进行筛选、计算；
4)管内灌注：3D视觉定位系统计算完成后，发送电信号给PLC控制器，PLC控制器启动喷漆系统，命令六轴机器人4控制喷漆枪头3作业；
具体的，喷漆枪头3的具体作业内容包括：六轴机器人4控制设有3D线扫相机的喷漆枪头3插入管口，开启漆泵逐根灌注，单根管束喷涂时控制出口漆流量，漆液呈柱状流出，稳流两秒以上，喷漆结束后，3D线扫相机将漏喷孔位坐标给六轴机器人4进行补喷。
5)漆膜处理：先用毛刷除去流挂、滴坠，再每道漆涂敷后在空气中自然表干或强制表干，每一道漆膜表干后，方可送入固化炉中进行高温固化，待每道漆膜固化后进行干膜厚度检查。
判断漆膜表干的方法：以手指轻压漆膜不粘手为合格，表干时间2-4小时。每根管内壁要求重复喷涂4次，总厚度不少于120μm。
漆膜表干后的热交换器管束1进入远红外加热炉进行加热，加热温度及时间严格按照升温曲线进行。
该喷漆机器人系统实现了机器人与3D线扫相机配合对热交换器管束1进行自动定位自动喷漆的应用。机器人采用大负载长臂机器人，机器人负载210kg，采用长臂机器人可以兼容的产品规格范围大。
该套系统对于工件热交换器管束1的来料的位置定位、一致性要求较低，规避了产品尺寸大负载重的特性导致的人工对产品的定位困难、定位尺寸精度差等问题。采用机器人配合3D线扫相机做到了兼容性广的特性。该套系统成功规避了机器人应用行业的产品规格种类多、程序无法开发的通病，做到了可以兼容设计范围内的所有规格产品、不需要示教、程序自动扫描、生产速度快等特点。
六轴机器人4、喷漆系统和3D线扫相机，采用集中控制的原理。PLC控制系统控制一台机器人、喷漆系统和3D线扫相机，针对喷漆系统的工艺和设备的特性编程，做到精确控制喷漆系统的启停及漆量(单根管束喷涂时控制出口漆流量，漆液呈柱状流出，稳流两秒以上)。
该套系统不但解决了传统的人工喷漆导致的工人和企业目前面临的急需解决的问题，且大大提高了产品的质量以及质量稳定性，提高了生产效率。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
