再生硒鼓異形件噴漆機(jī)械手分析

常斌

摘 要：硒鼓再生時(shí)，需要先清理異形件表面，然后再噴漆，以保護(hù)和美化零件表面。從噴漆工藝的環(huán)境影響和工藝質(zhì)量要求等方面入手不難發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的噴漆工序和方法已不能滿足目前的市場(chǎng)需求，而市場(chǎng)對(duì)異形件表面噴漆機(jī)械手的開發(fā)和應(yīng)用十分迫切。以研究的噴漆機(jī)械手資料為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出一套再生硒鼓異形件噴漆分析方案。

關(guān)鍵詞：再生硒鼓；噴漆；機(jī)械手；異形件

中圖分類號(hào)：TP241.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.033

使用過(guò)激光打印機(jī)的用戶都清楚，硒鼓是打印機(jī)的核心部件，硒鼓的質(zhì)量直接決定著打印效果。原裝硒鼓質(zhì)量最穩(wěn)定，使用成本過(guò)高，為了節(jié)約使用成本，用戶一般會(huì)在首次碳粉使用完畢后再加粉繼續(xù)使用。這樣做，雖然節(jié)約了成本，但后期加粉的硒鼓可打印總量會(huì)減少，效果差，而且還會(huì)損傷打印機(jī)，甚至損害人體健康。利用再生硒鼓則可以解決這個(gè)問題，節(jié)約資源，并減少對(duì)人體的損害。在其他發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)，再生硒鼓的使用率非常高，已經(jīng)達(dá)到了70%.再生硒鼓行業(yè)技術(shù)已趨于成熟，其技術(shù)理論、工藝方式和操作經(jīng)驗(yàn)值得國(guó)內(nèi)同行業(yè)、從業(yè)企業(yè)和人員學(xué)習(xí)、推廣。

1 我國(guó)再生硒鼓的行業(yè)基本情況

1.1 硒鼓的再生過(guò)程概述

再生硒鼓以循環(huán)利用為指導(dǎo)思想，通過(guò)舊硒鼓關(guān)鍵零配件加工處理，將舊硒鼓翻新或組裝重新使用。再生硒鼓翻新的主要步驟是：①回收舊硒鼓，篩選出有再生價(jià)值的硒鼓；②拆解硒鼓，剔除損壞配件，清潔可用配件后分類處理；③對(duì)可用配件進(jìn)行修復(fù)矯正，延長(zhǎng)其使用壽命；④更換硒鼓易損件，清潔外表粉塵，噴漆后烘干；⑤組裝硒鼓后灌粉；⑥檢測(cè)硒鼓打印質(zhì)量。

1.2 推廣噴漆機(jī)械手工藝的意義

硒鼓再生環(huán)節(jié)的第5步非常關(guān)鍵，清理舊硒鼓異形件后，要在它的表面噴上一層透明油漆，以起到保護(hù)和美觀的作用。之所以稱之為異形件，是因?yàn)檫@些硒鼓部件的型號(hào)不同，形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噴漆作業(yè)難度比較大。目前，國(guó)內(nèi)硒鼓再生業(yè)的機(jī)械自動(dòng)化水平不高，供需矛盾突出，所以，引進(jìn)機(jī)械手噴漆技術(shù)和工藝的前景十分廣闊。

2 異形件噴漆機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求

2.1 硒鼓異形件的噴漆過(guò)程

硒鼓異形件的噴漆過(guò)程是：①按異形件型號(hào)調(diào)出控制程序，并調(diào)整噴槍噴距、角度和扇角；②將異形件精準(zhǔn)地固定在噴漆線夾具上；③用吹掃槍的離子風(fēng)除去異性件表面的浮沉和靜電；④異性件按照控制程序旋轉(zhuǎn)，由機(jī)械手控制相應(yīng)的噴槍進(jìn)行噴漆；⑤為死角和噴漆效果不佳處補(bǔ)漆；⑥高溫烘干；⑦冷卻后，從夾具上取下異形件。在整個(gè)過(guò)程中，機(jī)械手噴漆是關(guān)鍵，噴漆部件包括充電輥、感光鼓、磁輥、刮刀、出粉刀和塑膠件等。這些部件架構(gòu)復(fù)雜，屬于典型的異性件，噴漆時(shí)需要機(jī)械手在空間內(nèi)任意調(diào)整姿態(tài)。

2.2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)樣式

按照結(jié)構(gòu)形式的不同，機(jī)械手一般分為關(guān)節(jié)型和非關(guān)節(jié)型兩類。顧名思義，關(guān)節(jié)型機(jī)械手高度模仿人手臂的結(jié)構(gòu)。它由不同的關(guān)節(jié)組成，運(yùn)動(dòng)十分靈活，工作空間大，是未來(lái)的主要研究方向。開鏈連桿式關(guān)節(jié)型機(jī)械手是目前使用最多的一種機(jī)械手，它由3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度組成，結(jié)構(gòu)包括底座和大小臂，分別通過(guò)腰關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)連接，垂直面上的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)大小臂實(shí)現(xiàn)，水平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)腰關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)，還可以繞底座旋轉(zhuǎn)。其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、工作空間大。

3 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式

一般情況下，機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)裝置要求質(zhì)量輕、動(dòng)作平滑、反應(yīng)靈敏、安全穩(wěn)定。隨著驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速進(jìn)步，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以精度高、加速快、穩(wěn)定可靠的獨(dú)立特性，逐漸取代了傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因此，在設(shè)計(jì)異形件噴漆機(jī)械手系統(tǒng)時(shí)，一般采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式。

3.2 噴漆機(jī)械手的三維模型

在設(shè)計(jì)異形件噴漆機(jī)械手模型之前，先要建立樣機(jī)模型，通過(guò)模型進(jìn)行仿真分析。模型分析研究獲得的功能和形狀信息可以直接應(yīng)用，并為實(shí)際決策提供關(guān)鍵信息。三維模型設(shè)計(jì)可以通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)軟件具備各類建模功能，能夠設(shè)計(jì)很多復(fù)雜產(chǎn)品，并能改進(jìn)復(fù)雜產(chǎn)品形狀。在設(shè)計(jì)時(shí)，使用的數(shù)字仿真能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中存在的問題，縮短變更周期，降低設(shè)計(jì)成本。

4 噴漆機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)

4.1 總控方案的確定

目前，運(yùn)動(dòng)控制器主要包括PLC系統(tǒng)、單片機(jī)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制卡系統(tǒng)。這些運(yùn)動(dòng)控制器各具特點(diǎn)，適用對(duì)象也不同。

總控系統(tǒng)包括上位機(jī)控制子系統(tǒng)（組織層）、下位機(jī)控制子系統(tǒng)（協(xié)調(diào)層和執(zhí)行層）。上位機(jī)控制子系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)，由主程序控制運(yùn)行機(jī)械手。上位機(jī)依據(jù)噴槍末端在工作空間內(nèi)的位置和姿勢(shì)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、軌跡設(shè)計(jì)規(guī)劃等操作，依次計(jì)算出各個(gè)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的具體控制參數(shù)，并將這些參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸給下位機(jī)控制子系統(tǒng)。同時(shí)，及時(shí)接收下位機(jī)系統(tǒng)反饋的關(guān)節(jié)實(shí)際位置信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和準(zhǔn)確操作。下位機(jī)控制子系統(tǒng)通過(guò)四軸運(yùn)動(dòng)控制卡控制參數(shù)，脈沖數(shù)的執(zhí)行由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成，雙層控制，確保噴漆機(jī)械手能夠準(zhǔn)確控制精度。運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出的控制信號(hào)可以直接傳輸給各關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，并將機(jī)械手各關(guān)節(jié)的實(shí)際位置參數(shù)回饋至上位機(jī)控制子系統(tǒng)。

4.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

硬件要實(shí)現(xiàn)各種功能，必須有對(duì)應(yīng)的軟件配合。再生硒鼓噴漆機(jī)械手以硒鼓異形件為噴漆對(duì)象，一旦異形件到達(dá)噴漆位置，傳感器即刻識(shí)別出異形件的類型。傳感器信號(hào)傳達(dá)至上位機(jī)后，上位機(jī)調(diào)取對(duì)應(yīng)的噴漆軌跡對(duì)目標(biāo)異形件進(jìn)行噴漆，再利用位置檢測(cè)傳感器（比如光電開關(guān)）進(jìn)一步檢測(cè)。噴漆機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到位后，自動(dòng)轉(zhuǎn)換至下一步動(dòng)作，而需要定時(shí)轉(zhuǎn)換動(dòng)作的，則通過(guò)時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雖然本文設(shè)計(jì)的再生硒鼓異形件噴漆機(jī)械手方案能夠滿足相關(guān)操作要求，但是，機(jī)械手噴漆設(shè)計(jì)本身就是一個(gè)復(fù)雜的課題，在今后的研究中還需不斷改進(jìn)。

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〔編輯：白潔〕