一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器是燃料或推進(jìn)劑在其中燃燒生成高溫燃?xì)獾难b置，燃燒器要承受 高溫、高負(fù)荷、震動(dòng)荷載及熱腐蝕等惡劣的工況，熱障涂層(TBC)不但可以降低金屬基體的 工作溫度，還可以防止高溫零部件的高溫氧化、熱腐蝕，提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率、減少燃油消 耗、延長(zhǎng)高溫部件使用壽命。因而TBC已廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器等高溫部件。燃燒器為 滿足穩(wěn)定燃燒和高溫燃?xì)饧铀俚裙δ埽话闳紵鲿?huì)設(shè)計(jì)成異形。同時(shí)燃燒器工作面為內(nèi) 表面，需要采用內(nèi)孔噴槍進(jìn)行噴涂。
[0003] 由于等離子具有高能量密度、熱量集中的特點(diǎn)，噴涂過程需嚴(yán)格控制噴涂距離、噴 涂角（焰流軸線與被噴涂工件表面之間的角度)及噴涂速度。目前，為保證涂層等離子噴涂 生產(chǎn)時(shí)基本采用機(jī)器手握持噴槍完成噴涂作業(yè)。傳統(tǒng)商用機(jī)器人一般為六軸機(jī)器人或六軸 機(jī)器人+1-2軸轉(zhuǎn)臺(tái)，但由于傳統(tǒng)商用機(jī)器人的自由度(特別是外軸自由度)的限制無(wú)法滿足 燃機(jī)燃燒器涂層制備要求。因此，設(shè)計(jì)一種燃機(jī)燃燒器自動(dòng)噴涂系統(tǒng)非常必要，且意義重 大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，包括三軸轉(zhuǎn)臺(tái)、六 軸機(jī)器人和控制柜;其中：所述三軸轉(zhuǎn)臺(tái)包括底座和設(shè)置在底座中心處的第一軸關(guān)節(jié)，在第 一軸關(guān)節(jié)末端接口處設(shè)置支架，在支架頂部?jī)啥嗽O(shè)置第二軸關(guān)節(jié)，在第二軸關(guān)節(jié)的電機(jī)末 端連接有滾筒機(jī)構(gòu)，在滾筒機(jī)構(gòu)兩端設(shè)置第三軸關(guān)節(jié)，在滾筒機(jī)構(gòu)內(nèi)徑表面上均布有工裝 固定機(jī)構(gòu)。
[0006] 進(jìn)一步地，所述第一軸關(guān)節(jié)的電機(jī)軸與底座軸線重合。
[0007] 進(jìn)一步地，所述支架底面與底座底面平行。
[0008] 進(jìn)一步地，所述第二軸關(guān)節(jié)的兩個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線共線且處在同一水平面上。
[0009] 進(jìn)一步地，所述第二軸關(guān)節(jié)的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線與滾筒機(jī)構(gòu)徑向重合，且穿過滾筒機(jī) 構(gòu)重心。
[0010] 進(jìn)一步地，所述第三軸關(guān)節(jié)的兩個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線重合，并且與第二軸關(guān)節(jié)的電機(jī) 旋轉(zhuǎn)軸線重合。
[0011] 進(jìn)一步地，所述工裝固定機(jī)構(gòu)間隔90°，且長(zhǎng)度方向平行于滾筒機(jī)構(gòu)軸向。
[0012] 進(jìn)一步地，所述控制柜包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元、通訊模塊和工控機(jī);其中：電機(jī)控 制驅(qū)動(dòng)單元一端連接三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，一端連接工控機(jī);通訊模塊一端連接工控機(jī)，一端連接六軸 機(jī)器人。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:本發(fā)明為能滿足燃機(jī)燃燒器內(nèi)表面涂層 制備用的九軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，不但能實(shí)現(xiàn)6軸機(jī)械手夾持噴槍與三軸轉(zhuǎn)臺(tái)夾持工件協(xié)同 運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件（如燃機(jī)燃燒器）的涂層制備，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)燃燒器方便快速裝 夾，實(shí)現(xiàn)夾持后的工件(如燃燒器)多種變位方式。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中：
[0015] 圖1為本發(fā)明的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 1-底座，2-第一軸關(guān)節(jié)，3支架，4-第二軸關(guān)節(jié)，5-滾筒機(jī)構(gòu)，6-第三軸關(guān)節(jié)，7-工裝 固定機(jī)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，包括三軸轉(zhuǎn)臺(tái)、六軸機(jī)器手和控制柜。
[0018] 其中三軸轉(zhuǎn)臺(tái)具有三個(gè)自由度（即三種旋轉(zhuǎn)方式），自由度1(旋轉(zhuǎn)方式一）由第一 軸實(shí)現(xiàn)，可使工件繞著豎直軸線沿水平方向旋轉(zhuǎn)。自由度2(旋轉(zhuǎn)方式二）由第二軸實(shí)現(xiàn)，為 可使工件繞著水平軸線沿垂直面搖擺。自由度3(旋轉(zhuǎn)方式三）由第三軸實(shí)現(xiàn)，可使工件繞著 自身中心軸線旋轉(zhuǎn)。
[0019] 其中第三軸(最內(nèi)軸)預(yù)留圓筒為工件裝夾空間，筒內(nèi)有用于固定待噴涂工件的裝 置。
[0020] 其中三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的3個(gè)自由度靠異步電機(jī)和減速器實(shí)現(xiàn)。
[0021] 其中機(jī)器人選用商用工業(yè)六軸機(jī)器人(如ABB. IRB2400)。
[0022]其中控制柜包括三軸轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元、與六軸機(jī)器人通訊模塊和工控機(jī)。 其中電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)單元一端連接三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，用于驅(qū)動(dòng)三個(gè)自由度的電機(jī)和與電機(jī)實(shí)現(xiàn)通 訊，一端連接工控機(jī)用于監(jiān)測(cè)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)狀態(tài)及發(fā)送運(yùn)動(dòng)命令。其中與六軸機(jī)器人通訊模塊 用于一端連接工控機(jī)，一端連接六軸機(jī)器人，用于實(shí)現(xiàn)六軸機(jī)器人和工控機(jī)通訊。工控機(jī)為 多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)總控制機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)九軸聯(lián)動(dòng)控制，并對(duì)各軸反饋信號(hào)進(jìn)行分析、優(yōu)化。 [0023]該系統(tǒng)軟件包括三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件、工控機(jī)與六軸機(jī)器人通信配置和九軸聯(lián)動(dòng)控 制程序。
[0024]其中三軸控制軟件模塊通常直接用于控制設(shè)備、獲取設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。三軸控 制軟件含有程序預(yù)處理模塊、實(shí)施通訊模塊、I/O模塊、轉(zhuǎn)臺(tái)參數(shù)設(shè)置模塊、插補(bǔ)運(yùn)算模塊、 伺服驅(qū)動(dòng)模塊和故障處理模塊。主要用于控制三軸轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)和與工控機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊。
[0025] 其中工控機(jī)與六軸機(jī)器人通信配置主要用于實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與六軸機(jī)器人的高速通 {目。
[0026] 九軸控制軟件通過將機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡和工件姿態(tài)調(diào)整軌跡通過相應(yīng)總線轉(zhuǎn)換模 塊，然后經(jīng)實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)傳送至工控機(jī)九軸控制軟件，九軸控制軟件逆求解出三軸轉(zhuǎn)臺(tái) 各軸實(shí)際的位置和速度并發(fā)送至各軸控制器實(shí)際執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)三軸外部轉(zhuǎn)臺(tái)與六軸機(jī)械 手的九軸聯(lián)動(dòng)。
[0027] 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:底座1、第一軸關(guān)節(jié)2、支架3、第二軸關(guān)節(jié)4、滾筒 機(jī)構(gòu)5、第三軸關(guān)節(jié)6、工裝固定機(jī)構(gòu)7等部件，其中：
[0028] 第一軸關(guān)節(jié)2放置底座1中心處，該關(guān)節(jié)滿足繞底座1中心處垂直軸線水平旋轉(zhuǎn)，即 電機(jī)軸與底座1軸線重合;支架3底部中心處放置在第一軸關(guān)節(jié)2末端接口處，且支架3底部 面與底座底面平行，即處在水平面上;第二軸關(guān)節(jié)4放置在支架頂部?jī)啥?，且兩端的第二軸 關(guān)節(jié)4的兩個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線共線，且處在水平面上;滾筒機(jī)構(gòu)5與第二軸關(guān)節(jié)4的兩對(duì)稱電機(jī) 末端連接，第二軸關(guān)節(jié)4的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線與滾筒機(jī)構(gòu)5徑向重合，且穿過滾筒機(jī)構(gòu)重心;第三 軸關(guān)節(jié)6放置在滾筒機(jī)構(gòu)5兩端，且第三軸關(guān)節(jié)6對(duì)稱分布的兩電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線重合，并且與第 二軸關(guān)節(jié)4的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線重合;工裝固定機(jī)構(gòu)7均布（間隔90°)于滾筒機(jī)構(gòu)5內(nèi)徑表面上， 工裝固定機(jī)構(gòu)7長(zhǎng)度方向平行于滾筒機(jī)構(gòu)5軸向。
[0029]三個(gè)軸關(guān)節(jié)均包含了電機(jī)及減速器裝置，其中第二軸關(guān)節(jié)4和第三軸關(guān)節(jié)6分別包 含一對(duì)電機(jī)，每對(duì)電機(jī)除旋轉(zhuǎn)方式相反外，其他所有參數(shù)均相同；每對(duì)電機(jī)分為主軸電機(jī)和 從軸電機(jī)，從軸電機(jī)緊緊跟隨主軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并且從軸電機(jī)本身不 能進(jìn)行任何狀態(tài)改變，從而達(dá)到同一軸關(guān)節(jié)下一對(duì)電機(jī)的同步運(yùn)行。
[0030]其中第一軸關(guān)節(jié)2實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方式一，采用一個(gè)電機(jī)和配套減速器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)中 考慮中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，質(zhì)心偏移小。第二軸關(guān)節(jié)4實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方式二，采用雙電機(jī)+減速器對(duì)稱驅(qū) 動(dòng)結(jié)構(gòu)，且第二軸關(guān)節(jié)4所驅(qū)動(dòng)的連接滾筒部分沿第二軸關(guān)節(jié)4軸線中心對(duì)稱。三軸轉(zhuǎn)臺(tái)關(guān) 節(jié)詳細(xì)變位參數(shù)如表1。第三軸關(guān)節(jié)6實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方式三，采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)全范圍自由 旋轉(zhuǎn)。為避免自由度3對(duì)自由度1的耦合影響，選定自由度1為主軸且自由度3為最內(nèi)軸。三個(gè) 軸滾筒采用完全中空結(jié)構(gòu)，滾筒內(nèi)部中空部分直徑為Φ 550mm，長(zhǎng)度為500mm，最大承受重量 可達(dá)100kg。
[0031]表1、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)三個(gè)軸詳細(xì)變位參數(shù)
[0033]驅(qū)動(dòng)單元作為執(zhí)行控制層命令的最直接環(huán)節(jié)，是保證轉(zhuǎn)臺(tái)能穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè) 備。為保證3軸轉(zhuǎn)臺(tái)具有較好的穩(wěn)定性、較高的動(dòng)態(tài)性能，每軸均采用電流/速度/位置三閉 環(huán)控制方案。
[0034] 工控機(jī)裝有三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件TwinCAT3、PR0FINET高速通訊控制模塊和九軸聯(lián)動(dòng) 控制軟件。當(dāng)九軸聯(lián)動(dòng)控制軟件接收到IRC5主控制器將各軸的運(yùn)動(dòng)信息發(fā)送至軸控制器中 控制各軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡和工件姿態(tài)調(diào)整軌跡通過Profinet發(fā)送給 EtherCAT/Profinet總線轉(zhuǎn)換模塊，然后EtherCAT實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)傳送至3軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制軟件 TwinCAT3; TwinCAT3接收到機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡和工件姿態(tài)調(diào)整軌跡后，根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)的模型、工件 與機(jī)械手的相對(duì)位置和實(shí)際控制需求逆求解出3軸轉(zhuǎn)臺(tái)各軸實(shí)際的位置和速度并發(fā)送至各 軸控制器實(shí)際執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)3軸轉(zhuǎn)臺(tái)與機(jī)械手的9軸聯(lián)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，其特征在于：包括三軸轉(zhuǎn)臺(tái)、六軸機(jī)器人和控制 柜;其中：所述三軸轉(zhuǎn)臺(tái)包括底座和設(shè)置在底座中心處的第一軸關(guān)節(jié)，在第一軸關(guān)節(jié)末端接 口處設(shè)置支架，在支架頂部?jī)啥嗽O(shè)置第二軸關(guān)節(jié)，在第二軸關(guān)節(jié)的電機(jī)末端連接有滾筒機(jī) 構(gòu)，在滾筒機(jī)構(gòu)兩端設(shè)置第三軸關(guān)節(jié)，在滾筒機(jī)構(gòu)內(nèi)徑表面上均布有工裝固定機(jī)構(gòu)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，其特征在于:所述第一軸關(guān) 節(jié)的電機(jī)軸與底座軸線重合。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，其特征在于:所述支架底面 與底座底面平行。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，其特征在于:所述第二軸關(guān) 節(jié)的兩個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線共線且處在同一水平面上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，其特征在于:所述第二軸關(guān) 節(jié)的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線與滾筒機(jī)構(gòu)徑向重合，且穿過滾筒機(jī)構(gòu)重心。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，其特征在于:所述第三軸關(guān) 節(jié)的兩個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線重合，并且與第二軸關(guān)節(jié)的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線重合。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，其特征在于:所述工裝固定 機(jī)構(gòu)間隔90°，且長(zhǎng)度方向平行于滾筒機(jī)構(gòu)軸向。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，其特征在于:所述控制柜包 括電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制單元、通訊模塊和工控機(jī);其中：電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)單元一端連接三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，一 端連接工控機(jī);通訊模塊一端連接工控機(jī)，一端連接六軸機(jī)器人。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃機(jī)燃燒器噴涂用九軸系統(tǒng)，包括三軸轉(zhuǎn)臺(tái)、六軸機(jī)器人和控制柜；其中：所述三軸轉(zhuǎn)臺(tái)包括底座和設(shè)置在底座中心處的第一軸關(guān)節(jié)，在第一軸關(guān)節(jié)末端接口處設(shè)置支架，在支架頂部?jī)啥嗽O(shè)置第二軸關(guān)節(jié)，在第二軸關(guān)節(jié)的電機(jī)末端連接有滾筒機(jī)構(gòu)，在滾筒機(jī)構(gòu)兩端設(shè)置第三軸關(guān)節(jié)，在滾筒機(jī)構(gòu)內(nèi)徑表面上均布有工裝固定機(jī)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：本發(fā)明為能滿足燃機(jī)燃燒器內(nèi)表面涂層制備用的九軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，不但能實(shí)現(xiàn)6軸機(jī)械手夾持噴槍與三軸轉(zhuǎn)臺(tái)夾持工件協(xié)同運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件(如燃機(jī)燃燒器)的涂層制備，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)燃燒器方便快速裝夾，實(shí)現(xiàn)夾持后的工件(如燃燒器)多種變位方式。
【IPC分類】B05B13/04, B05B13/06
【公開號(hào)】CN105618309
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610189067
【發(fā)明人】李定駿, 陳藝文, 王焱, 王偉, 金硪馨, 張建普, 曹曉英, 孫友貝, 袁小虎, 羿昌盛, 馮文, 唐小潔, 何明義
【申請(qǐng)人】東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日