一种大跨度连续喷涂系统及喷涂方法与流程

1.本发明属于自动化喷涂技术领域，具体涉及一种可应用于飞机表面连续喷涂的大跨度连续喷涂系统及喷涂方法。


背景技术：

2.在对飞机表面进行喷涂操作时，往往存在喷涂跨度大、喷涂型面复杂、喷涂工艺流程复杂等问题，不仅喷涂操作不方便，导致喷涂周期长，而且在喷涂操作中极易出现喷涂涂层厚度波动大、均匀性差等问题，难以满足喷涂质量的要求。
3.现有的喷涂系统为实现对飞机表面的全面喷涂，通常采用龙门轨道结构结合喷涂机器人的方式进行喷涂操作，这种方式中为满足喷涂功能需求，龙门轨道通常需要吊装设置在喷涂厂房内，且龙门轨道上的可运动范围应该能够覆盖飞机的整体尺寸，导致龙门轨道本身结构就比较复杂，同时对喷涂厂房的高度、空间尺寸都提出了很高的要求，增加了整个喷涂生产线的建设成本。并且，由于龙门轨道结构的限制往往会导致喷涂过程中轨道和喷涂机器人运行之间的同步性受到诸多限制，难以实现对飞机表面的连续喷涂，在飞机表面形成大量的喷涂搭接区域，进而难以满足飞机喷涂质量的要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种大跨度连续喷涂系统及喷涂方法，解决目前在飞机表面喷涂操作中难以实现连续喷涂、喷涂系统结构复杂、对喷涂空间要求较高的问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：一种大跨度连续喷涂系统，包括分别布置在喷涂厂房两侧地面上的左侧喷涂系统与右侧喷涂系统和布置在喷涂厂房后部地面上的后部喷涂系统；所述左侧喷涂系统用于对飞机左侧区域进行喷涂，所述右侧喷涂系统用于对飞机右侧区域进行喷涂，所述后部喷涂系统用于对飞机后部进行喷涂；所述左侧喷涂系统、右侧喷涂系统、后部喷涂系统分别包括有铺设在喷涂厂房地面上的x向导轨组件、y向导轨组件和z向导轨组件，所述x向导轨组件沿喷涂厂房长度方向设置，y向导轨组件设置在x向导轨组件上沿喷涂厂房宽度方向设置并可沿x向导轨组件设置方向运动，z向导轨组件设置在y向导轨组件上沿竖直方向设置并可沿y向导轨组件设置方向运动；在左侧喷涂系统、右侧喷涂系统、后部喷涂系统的z向导轨组件上分别设置有可沿其竖直方向上下运动的喷涂机器人。
6.作为对上述技术方案的进一步改进，所述x向导轨组件设置于喷涂厂房地平面下方，使x向导轨组件的上表面与喷涂厂房地平面平齐或低于喷涂厂房地平面。
7.作为对上述技术方案的进一步改进，在x向导轨组件上方设置有与x向导轨组件配合并能够对x向导轨组件形成覆盖的盖板，所述盖板上或盖板与盖板之间设置有供y向导轨组件与x向导轨组件连接的间隙。
8.作为对上述技术方案的进一步改进，所述盖板上表面与喷涂厂房地平面平齐设置。
9.作为对上述技术方案的进一步改进，所述x向导轨组件包括相互平行设置的一个驱动轨道和分别设置于驱动轨道两侧的两个支撑轨道，所述驱动轨道用于驱动y向导轨组件沿其做水平运动，所述y向导轨组件在两端分别与支撑轨道滑动配合连接。
10.作为对上述技术方案的进一步改进，所述喷涂机器人的机臂前端设置有延长管，喷涂机器人的自动喷枪设置于延长管端部。
11.作为对上述技术方案的进一步改进，所述喷涂机器人上设置有信号采集器，所述信号采集器用于采集飞机的特征点位信息以确定待喷涂飞机与喷涂系统之间的相对位置、姿态。
12.作为对上述技术方案的进一步改进，还包括有涂料供应系统，所述涂料供应系统连接喷涂机器人并为喷涂机器人供应涂料，所述涂料供应系统设置于x向导轨组件、y向导轨组件或z向导轨组件上，使其可随喷涂机器人一起运动或始终位于靠近喷涂机器人的位置。
13.作为对上述技术方案的进一步改进，所述涂料供应系统包括涂料箱，所述涂料箱与喷涂机器人之间通过管路连接并形成可供涂料在两者之间循环流动的循环回路。
14.另一方面，本发明中还提供一种基于大跨度连续喷涂系统的喷涂方法，包括以下步骤；s1、将待喷涂的飞机停放到喷涂厂房内位于左侧喷涂系统与右侧喷涂系统之间的位置，此时后部喷涂系统位于飞机后部靠后侧的位置；s2、采集飞机的特征点位信息，确定飞机与喷涂系统之间的相对位置、姿态；s3、根据所确定的相对位置、姿态，对预设的喷涂控制程序进行修正；s4、通过修正后的喷涂控制程序控制左侧喷涂系统、右侧喷涂系统、后部喷涂系统中y向导轨组件、z向导轨组件、喷涂机器人的运动，完成对飞机的喷涂操作。
15.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：1）该大跨度连续喷涂系统中通过对各个子喷涂系统在喷涂厂房内的空间位置进行设置，以及对各个子喷涂系统的结构进行优化设置，在实现对飞机表面进行全覆盖连续喷涂的同时，减少喷涂系统的设置对喷涂厂房空间的要求以及空间的占用，提高喷涂厂房的资源利用率。
16.2）基于该喷涂系统的布局与结构设置，使喷涂系统在喷涂操作过程中能够充分利用飞机自身气动外形在航向方向上曲率变化平缓的特征，在喷涂轨迹的规划时能够更好地满足沿气动外形方向连续运动的要求，从而实现对飞机的大跨度连续喷涂操作，减少喷涂区域之间的搭接，保证涂层整体厚度、均匀性指标上的要求，保证飞机的整体喷涂质量。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本发明大跨度连续喷涂系统结构示意图。
19.图2为本发明大跨度连续喷涂系统中右侧喷涂系统结构示意图。
20.图3为本发明大跨度连续喷涂系统中喷涂机器人结构示意图。
21.图4为本发明大跨度连续喷涂系统中涂料供应系统结构框图。
22.其中：10、左侧喷涂系统，20、右侧喷涂系统，30、后部喷涂系统；100、x向导轨组件，101、驱动轨道，102、支撑轨道；200、y向导轨组件；300、z向导轨组件；400、喷涂机器人，401、延长管，402、自动喷枪；500、涂料供应系统，501、涂料箱，502、输送泵，503、过滤器，504、稳压阀，505、计量泵，506、流量计，507、关断阀，508、背压阀；600、信号采集器。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.飞机在喷涂施工中由于其表面喷涂面跨度大、喷涂型面复杂，要实现对飞机的连续喷涂往往难度很大，而对飞机的连续喷涂操作是实现飞机喷涂涂层的厚度均匀性、喷涂质量的重要保证，并且想要实现对飞机的连续喷涂就需要能够实现喷涂系统对飞机喷涂面跨度的全覆盖。现有的喷涂系统为实现对飞机喷涂面的全覆盖，通常采用的是龙门架轨道结构，龙门架轨道通常吊装在喷涂厂房的顶部，在龙门架轨道上设置喷涂机器人，来实现对飞机的全面喷涂操作，可以想到的是这种结构的喷涂系统对喷涂厂房的空间需求会比较大，并且为了实现对喷涂表面的全面覆盖，在结构的设置上会很容易存在运动机构、喷涂机器人与飞机之间干涉的问题，因此在实际的喷涂操作过程中仍然会存在难以实现完全连续喷涂的问题，并且在运动轨迹的规划上会比较复杂，导致控制程序设置复杂，很容易在喷涂操作控制中出错，而影响到实际的喷涂效率。
25.参照图1，本实施例中的大跨度连续喷涂系统包括分别布置在喷涂厂房两侧地面上的左侧喷涂系统10与右侧喷涂系统20和布置在喷涂厂房后部地面上的后部喷涂系统30，左侧喷涂系统10、右侧喷涂系统20、后部喷涂系统30这三个子喷涂系统分别具备独立的喷涂操作功能，能够完成对相应位置、工作面的喷涂操作。以图1中的视角为例，以朝向后部喷涂系统相对的一侧站位，位于左侧的为左侧喷涂系统10，位于右侧的为右侧喷涂系统20，此时在左侧喷涂系统、右侧喷涂系统和后侧喷涂系统之间形成供飞机停放喷涂操作的喷涂操作空间。
26.其中，左侧喷涂系统10布局设置于喷涂厂房左侧靠墙的位置，用于对飞机左侧区域进行喷涂；右侧喷涂系统20布局设置于厂房右侧靠墙的位置，用于对飞机右侧区域进行喷涂，后部喷涂系统布局设置于厂房后部靠墙的位置，用于对飞机后部进行喷涂。
27.本实施例中的左侧喷涂系统、右侧喷涂系统、后部喷涂系统都能够独立实现三个
自由度方向上的自由运动，这里在使各个子喷涂系统能够完成其独立的喷涂功能的之前，需要考虑到的是如何通过对各个子喷涂系统结构上的设置，将其与各个子喷涂系统在喷涂厂房中空间位置布局上相结合，在减小对喷涂厂房空间需求的同时，还能够实现最大程度上避免各个自喷涂系统在喷涂操作过程中发生干涉，而最终实现对飞机的大跨度连续喷涂操作，并利于对喷涂轨迹路线的优化以及控制程序的简化。同时，需要考虑到的是，各个子喷涂系统在实现连续喷涂操作过程中，需要与喷涂机器人一起完成各种轨迹下的运动，因此各个子喷涂系统运动过程中的位置精度控制以及运动的平稳性对喷涂系统的整体性能的实现也同样是很重要的。
28.参照图1和2，这里所采用的左侧喷涂系统10、右侧喷涂系统20、后部喷涂系统30都是由x向导轨组件100、y向导轨组件200和z向导轨组件300这些主要部件所组成，其中x向导轨组件100沿喷涂厂房长度方向设置，y向导轨组件200沿厂房宽度方向横向设置，z向导轨组件300沿喷涂厂房高度方向竖直设置；y向导轨组件200设置在x向导轨组件100上并可沿x向导轨组件设置方向在x向导轨组件上运动，z向导轨组件300设置在y向导轨组件200上并可沿y向导轨组件设置方向在y向导轨组件上运动。各个子喷涂系统中，在其各自的z向导轨组件300上分别设置有可沿其竖直方向上下运动的喷涂机器人400，至此可以看出，通过x向导轨组件、y向导轨组件、z向导轨组件以及喷涂机器人之间在结构、运动上的配合设置，能够实现各个子喷涂系统中喷涂机器人在x、y、z轴多个自由度方向上的运动，使喷涂机器人能够运动到任意所需要喷涂的位置；同时结合喷涂机器人自身的运动控制，采用这种结构的子喷涂系统能够分别满足对飞机左侧、右侧和后侧喷涂区域的喷涂需求。
29.这里y向导轨组件、z向导轨组件可采用单轨道结构，y向导轨组件与x向导轨组件之间的运动驱动、z向导轨组件在y向导轨组件上的运动驱动以及喷涂机器人在z向导轨组件上的运动驱动，可采用现有的驱动部件来实现，这些都是容易实现的。
30.作为本发明的一个重要改进方向，在对喷涂系统的空间布局上，各个子喷涂系统中的x向导轨组件100分别设置于喷涂厂房地平面下方，使x向导轨组件的上表面与喷涂厂房地平面平齐或低于喷涂厂房地平面，实现对x向导轨组件在喷涂厂房内的隐藏式布局设置。这里在设置x向导轨组件时可以提前在喷涂厂房地面上施做与x向导轨组件配合的地坑或槽，将x向导轨组件配合设置到地坑或槽内。
31.作为一种优选的实施方式，在x向导轨组件100上方设置有与x向导轨组件配合并能够对x向导轨组件形成覆盖的盖板，盖板可采用整体结构或由多个盖板组成的拼装结构，同时盖板上或盖板与盖板之间设置有供y向导轨组件与x向导轨组件连接的间隙，对x向导轨组件形成隐藏设置的同时，以满足y向导轨组件与x向导轨组件之间的连接。
32.这里将盖板上表面与喷涂厂房地平面平齐设置，可以看到的是，此时通过盖板对x向导轨组件进行覆盖，此时露出地面外的就只有y向导轨组件、z向导轨组件和设置在z向导轨组件上的喷涂机器人，而将y向导轨组件运动到x向导轨组件后方时，就可以将各个子喷涂系统中的喷涂机器人隐藏到喷涂厂房的各个角落内，此时实际上喷涂厂房内部喷涂系统的设置并没有占用喷涂厂房太大的空间，在减小对喷涂厂房空间的需求和占用上效果是显著的。并且，此时喷涂厂房所腾出来的操作空间，还能够满足在飞机其它操作工序下的操作要求，例如在需要人机结合作业时，可直接将喷涂机器人移动到喷涂厂房的角落，然后在飞机两侧及后部设置工作梯等工装进行人机结合操作，从而能够保证喷涂厂房资源、空间的
有效利用。
33.在子喷涂系统结构的优化设置上，本实施例中x向导轨组件100包括有相互平行设置的一个驱动轨道101和分别设置于驱动轨道两侧的两个支撑轨道102，其中驱动轨道101与y向导轨组件200之间驱动连接，用于驱动y向导轨组件在x向导轨组件上做水平运动，y向导轨组件200在两端分别与支撑轨道102滑动配合连接，通过两个支撑轨道102对y向轨道组件200形成稳定的支撑，保证y向导轨组件在运动过程中的平稳性。
34.配合子喷涂系统在喷涂厂房的布局，此时虽然x向导轨组件设置有多个轨道，但其并没有占用喷涂厂房的地面空间，因此在兼顾喷涂厂房空间和系统运行稳定性方面所能够起到的效果也是明显的。
35.如图3，在喷涂机器人400的机臂前端设置延长管401，延长管401安装到喷涂机器人400法兰盘上，喷涂机器人的自动喷枪402设置于延长管401端部。通过在喷涂机器人上设置延长管，可大大拓展喷涂机器人的喷涂覆盖范围，并且能够有效避免系统运行过程中的干涉，以及使喷涂机器人的本体关节在操作过程中远离飞机机体，提高系统、喷涂机器人运行中的安全性。
36.作为另一种可行的实施方式，在喷涂机器人400上设置有信号采集器600，信号采集器600用于采集飞机的特征点位信息以确定待喷涂飞机与喷涂系统之间的相对位置、姿态，即获取飞机在喷涂厂房内的空间位置信息，以便于实现后序对喷涂操作的自动化控制。这里信号采集器600可采用激光测距仪，通过采集飞机的特征点位信息，可确定飞机在喷涂厂房内的实际停放位置及姿态，喷涂控制系统即可根据飞机停放位置及姿态，进行与理论位置、姿态之间的坐标转换，对系统的喷涂控制程序进行调整变换，保证喷涂控制程序的快速复用。
37.另一方面，在飞机喷涂操作中飞机涂料本身的性能因素也是需要被考虑的，大部分飞机涂料对熟化期有着一定的要求，往往无法实时调配，这就要求喷涂机器人在大跨度范围内的喷涂操作过程中，涂料的供应应该也是能够很及时的，需要尽量缩短涂料供应输送管道的长度，并使涂料供应系统能够随喷涂机器人一起运动。因此，在该喷涂系统中可设置分别与各个喷涂机器人配合的涂料供应系统，涂料供应系统分别连接各个喷涂机器人并为喷涂机器人供应涂料，各个涂料供应系统分别设置在对应子喷涂系统中的x向导轨组件、y向导轨组件或z向导轨组件上，并使其能够随喷涂机器人一起运动或始终位于靠近喷涂机器人的位置。以将涂料供应系统设置在x向导轨组件为例，将涂料供应系统与x向导轨组件设置为滑动配合连接，在y向导轨组件运动时能够带动涂料供应系统随喷涂机器人在x向导轨组件上运动，这样能够大大缩短涂料供应的管路长度，并减少涂料的浪费。
38.这里的涂料供应系统500包括涂料箱501，涂料箱501与喷涂机器人400之间通过管路连接并形成可供涂料在两者之间形成循环流动的循环回路。具体地，参照图4，在涂料箱501与喷涂机器人400之间设置的进料管路上设置输送泵502、过滤器503、稳压阀504、计量泵505、流量计506等，用于对涂料的输送及输送控制，涂料箱与喷涂机器人之间设置的回料管路上设置关断阀507、背压阀508等，用于对涂料的回料及回料控制，通过进料管路、回料管路实现涂料在管路内的循环，提高涂料的利用率。在涂料箱内可设置搅拌器，通过伺服电机、减速机驱动搅拌器对涂料箱内的涂料进行搅拌。
39.另一方面，采用上述结构的大跨度连续喷涂系统对飞机进行喷涂操作的方法，包
括以下步骤：s1、将待喷涂的飞机停放到喷涂厂房内位于左侧喷涂系统、右侧喷涂系统之间的位置上，此时后部喷涂系统位于飞机后部靠后侧的位置；s2、通过设置在喷涂机器人上的激光测距仪等信号采集设备来采集飞机的特征点位信息，以确定飞机的停放位置及姿态，即飞机与喷涂系统之间的相对位置和姿态；s3、喷涂控制系统根据获取的位置、姿态信息进行实际位置与理论位置之间的坐标转换，对喷涂控制系统中预设的喷涂控制程序进行修正，避免飞机自身制造装配误差或停放位置误差对喷涂操作所造成的影响，提高喷涂质量的同时保证预设喷涂控制程序的复用性；s4、通过修正后的喷涂控制程序控制左侧喷涂系统、右侧喷涂系统、后部喷涂系统中y向导轨组件、z向导轨组件、喷涂机器人的运动，完成对飞机的喷涂操作。
40.在喷涂操作时，将涂料加入到涂料箱中，启动输送泵和搅拌器，为喷涂机器人输送涂料，控制各个位置上子喷涂系统中喷涂机器人的运动，使喷涂机器人按照预设的轨迹路线对飞机进行喷涂操作。其中左侧喷涂系统、右侧喷涂系统由飞机前端和进气道头部进入喷涂，后部喷涂系统则从飞机尾部进入喷涂；在喷涂轨迹的运动控制上，可利用飞机的气动外形在航向方向上曲率变化平缓的特征，控制左侧喷涂系统、右侧喷涂系统沿飞机气动外形方向在飞机头部与尾部之间沿航向实现大跨度连续喷涂操作，后部喷涂系统则可以在垂尾附近沿航向对飞机尾部进行连续喷涂操作。结合系统所具有的结构以及对喷涂轨迹的规划，可以有效避免喷涂操作过程中喷涂机器人运动关节的大幅摆动或动作，从而避免喷涂扇幅异形或卡顿的问题，可有效减少喷涂操作过程中喷涂区域之间的搭接操作，保证喷涂涂层厚度、均匀性的要求，保证整体喷涂的质量，并提升喷涂的效率，可达到连续喷涂无色差、整体涂层均匀性高的喷涂效果。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，所采用的术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.此外，本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
43.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。