在高温物体表面进行喷涂标识的方法

在高温物体表面进行喷涂标识的方法
【专利摘要】一种在高温物体表面进行喷涂标识的方法。其特点是组建X/Y/Z三坐标机器人和交流伺服控制系统，在三坐标机器人的定位端安置雾化喷嘴及束流装置，由束流装置向高温物体表面进行喷涂；利用AutoCad2004的二次开发功能，提取出所需标识的字符或图案的轨迹坐标数据，将轨迹座标数据：送入计算机及交流伺服控制系统，由计算机对轨迹坐标数据进行数据处理，将处理后的数据传递给交流伺服控制系统，控制三坐标机器人按照所提取的轨迹进行运动；送入计算机及涂料和喷嘴控制系统，控制束流装置内的雾化喷嘴的开启、关闭，从而在高温物体表面描绘出所需的字符或图案。其优点是表现力丰富，字符和图案不会出现诸如拖尾、模糊、粘连等现象；可靠性和可维护性好。
【专利说明】在高温物体表面进行喷涂标识的方法

【技术领域】
[0001]本发明是涉及于高温产品标识【技术领域】，主要应用于钢铁行业的高温产品的表面标识，特别是大跨度温度范围的在高温物体表面进行喷涂标识的方法。

【背景技术】
[0002]冶金企业的生产特点，决定了其所生产的主要产品，包括钢坯、板/卷及各种型材，生产完成后的表面温度都非常高，，而且，不同的产品，其轧制完成后的表面温度差异很大，最高可达近千度的高温，对于这些产品的表面标识工作，大多数企业基本采用的都是人工喷字或压膜、甚至手绘的方式，将产品的出厂数据附着在产品的表面或侧面，以便于对产品的辨识和追溯。
[0003]目前所应用的自动标识装置，基本上均为进口设备，其所采用的都是以点阵组合的方式，即利用专用的多路阀控喷嘴，将涂料以点状的形式，喷涂在被标识物体的表面，通过喷点在平面空间的组合，以7*9点阵或9*11点阵，组合成所需的字符或图案。
[0004]这种标识方式，由于要控制喷点的大小和喷出量的一致，对多路阀控喷嘴组件的技术要求很高，因喷嘴的口径很小，一般在0 0.3mm左右，这就对所喷涂的涂料有着特定的技术要求，既要能够可靠附着在被标识的物体表面，又要求涂料不得粘滞、堵塞喷嘴，流平性好、不易沉淀，还要便于清洗，所以，国外进口的标识设备所用的涂料，一般都配有相应的清洗溶剂。
[0005]这种形式的进口喷涂标识设备，所存在的主要技术缺陷，表现为:
1、由于采用点阵方式，这就要求各个喷嘴所喷出的喷点的大小一致，喷量均匀，才能保证所组成的点阵字符或图案的规整、美观，但因阀控喷嘴组件采用的是阀针与喷嘴硬接触和硬密封的方式，难免存在金属的磨损和喷嘴的泄漏，以及阀针的行程、动作时间等等不一致等的问题，从而时常导致所喷出的喷点，在大小、边缘、形状等方面，产生较大差异，甚或毛刺和喷点的缺失，从而，严重影响了产品标识的外观；
2、目前，进口设备所用的涂料，大多是应用在250°C温度以下的物体表面，如果温度再高，达到上千度，则必须使用高温型涂料，而目前能够应用于高温物体表面喷涂的，绝大多数均为水性涂料，而该种涂料与多路阀控喷嘴组件之间很难兼容，即采用多路阀控喷嘴组件进行标识时，无法有效使用水性高温涂料；
3、当点阵标识设备高速运行时，很容易产生喷点的拖尾或粘连，影响标识效果；
4、当所标识的物件，表面温度变化范围很大时，特别是对于超过300°C以上的高温物体，则进口点阵标识设备将很难兼顾高低温变化过大的表面标识工作；
5、多路阀控喷嘴组件的维护、更换和调试工作，较为繁杂、困难；
6、进口设备的购置成本以及随后的维护和运行成本较高；
7、由于受点阵制约，其所能表示的字符或图案的能力极为有限，而图案也必须进行事前编制、固化，对于稍微复杂一些的字符和图案，诸如商标等，基本上没有表现能力，也就很难形成用户的个性化标识。
[0006]目前，国内冶金行业的产品自动标识作业，基本上都是采用此类设备和方法进行，也基本上是应用在300°C以下的产品表面，而对于更高的温度，则须使用专用的高温涂料，迄今尚无能够使用一种涂料和一套设备，就能够完成从常温到1300°C这样大跨度变化范围的自动标识的方法和设备。


【发明内容】

[0007]本发明的目的就是提供一种能够全面适用于高低温大跨度产品生产企业各种现场条件、标识要求和内容，以及各温度段无限制的在高温物体表面进行喷涂标识的方法。
[0008]本发明的解决方案是这样的:
本发明包括步骤:
(1)、组建X/Y/Z三坐标机器人和交流伺服控制系统，使得三坐标机器人按照所指定的轨迹运动；
(2)、在三坐标机器人的定位端安置雾化喷嘴及束流装置，由束流装置向高温物体表面进行喷涂；
(3)、利用AutoCad2004的二次开发功能，提取出所需标识的字符或图案的轨迹坐标数据,将轨迹座标数据:
a、送入计算机及交流伺服控制系统，由计算机对轨迹坐标数据进行数据处理，将处理后的数据传递给交流伺服控制系统，控制三坐标机器人按照所提取的轨迹进行运动；
b、送入计算机及涂料和喷嘴控制系统，控制束流装置内的雾化喷嘴的开启、关闭，从而在高温物体表面描绘出所需的字符或图案。
[0009]进一步的:还包括步骤:测取被标识物体的厚度，将物体厚度数据送入计算机及交流伺服控制系统，控制三坐标机器人按照所提取的物体厚度数据进行定位。
[0010]进一步的:所述的轨迹坐标数据包括标识内容所占的物理长度和宽度。
[0011]进一步的:还包括步骤:将轨迹座标数据送入计算机及涂料控制系统，控制束流装置内的雾化喷嘴的循环、清洗。
[0012]进一步的:组建X/Y/Z三坐标机器人是利用直线模组或直线导轨，搭建一套X/Y/Z三坐标的三坐标机器人，并在各运动轴上配置相应的星形减速机和交流伺服电机。
[0013]进一步的:束流装置是设置一个下凹室，设置在雾化喷嘴下方，下凹室下部设置引流管，引流管的出口正对高温物体表面，对下凹室施加负压，将多余的涂料，经束流装置的负压孔采用负压的方式进行回收；在束流装置引流管的出口处设置有负压腔，对负压腔施加负压回收引流管出口多余的涂料。
[0014]本发明的优点是:
1、表现能力丰富，原则上讲，只要AutoCad2004能够描述的字符或图案，本方法基本上都能够在产品表面予以再现，不仅可满足用户的不同标识要求，也可形成各个用户的个性化标识；
2、所标识的字符和图案，规整、美观、版面干净、边缘清晰、醒目，不会出现诸如拖尾、模糊、粘连等现象；
3、设备结构及系统构成简单，控制灵活，可适用于各种需要进行高低温范围标识的生产场所，且无需专用场地和基础，同时，设备机架，可根据现场情况，灵活安装和制作； 4、操作及内容变换，以及字符或图案的变更简单，用户只要会操作AutoCad2004软件，就可轻松变换所需的标识样式；
5、因为只有一个喷嘴，设备及系统维护简单，故障处理快捷，提高了系统的可靠性和可维护性，以及轨迹的一致性；
6、有效兼容了高温水性涂料和雾化喷嘴的特性，使得对高低温大跨度产品表面标识成为可能，也为国产水性涂料，开拓了一个全新的应用领域；
7、最大限度地降低了高温产品自动标识设备的采购和运行成本；
8、由于所采用的设备和技术，如三坐标机器人、AutoCad软件、雾化喷嘴、交流伺服装置、水性涂料等，都是成熟的技术和装置，厂家众多，这就为设备的供应渠道，提供了丰富的选择，也保证了备件的及时，减少了备件资金的积压；
9、由于涂料雾化喷嘴，采用专用的涂料阀来控制其开启和关闭，喷嘴本身并不需要动作，这就保证了喷嘴的工作状况和使用寿命；
10、字符和图案的大小、类型，可任意设定或变更。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]附图是本发明的实施例。
[0016]图1是本发明的结构示意。
[0017]图2图1的俯视图。
[0018]图3本发明的束流装置的结构剖视图。
[0019]图4是本发明的控制系统示意图。
[0020]图5是本发明的喷涂管路系统原理图。
[0021]图6本发明的三维运动定位机构的结构示意图。
[0022]【具体实施方式】:
本发明的附图明细如下:1_加强型角件；2-立柱；3-支撑脚；4-连接柱I ;5-Y轴直线模组；6-Χ轴伺服电机；7-Χ轴直线模组；8-Χ轴同步杆；9-阀组箱；10-Ζ轴直线模组；11-喷嘴连接件；12-喷嘴座；13-束流装置；14-安装底板；15-固定块；16-工作梁；17_横梁；18-Υ轴伺服电机；19-Ζ轴伺服电机；20-Υ轴同步杆；21_涂料喷嘴；22喷嘴固定螺丝；23-喷嘴固定座；24_固定螺丝；25_固定底板；26_调节板；27_固定螺丝；28_固定螺栓、螺母；29_螺丝；30_孔板；31_密封垫；32_束流板；33_引流孔；34 —负压孔；35_计算机；36-伺服控制卡；37_端子板；38_伺服控制器；39_交流伺服电机；40_手动球阀；41_空气过滤器；42_调压阀；43_雾化气电磁阀；44-清洗水阀；45_涂料阀；46_清洗水阀控制电磁阀；47_涂料阀控制电磁阀；48_水过滤器；49_手动阀；50_涂料循环泵；51_调压阀；52-涂料桶；53_涂料抽取泵控制电磁阀；54_调压阀；55_涂料抽取泵；56_涂料回收桶；57-清水管路；58_空气管路；59_涂料管路；60_共用管路；61_Χ轴运动滑块；62_Χ轴同步轮；63-Υ轴运动滑块；64-Υ轴同步轮；65-Ζ轴同步轮，66-Χ轴联轴器+减速机；67_Υ轴联轴器+减速机；68-Ζ轴联轴器+减速机。
[0023]本发明包括步骤:
(I)、组建Χ/Υ/Ζ三坐标机器人和交流伺服控制系统，使得三坐标机器人按照所指定的轨迹运动；组建Χ/Υ/Ζ三坐标机器人是利用直线模组或直线导轨，搭建一套Χ/Υ/Ζ三坐标的三坐标机器人，并在各运动轴上配置相应的星形减速机和交流伺服电机；
(2)、在三坐标机器人的定位端安置雾化喷嘴及束流装置，由束流装置向高温物体表面进行喷涂；
(3)、利用AutoCad2004的二次开发功能，提取出所需标识的字符或图案的轨迹坐标数据,将轨迹座标数据:
a、送入计算机及交流伺服控制系统，由计算机对轨迹坐标数据进行数据处理，将处理后的数据传递给交流伺服控制系统，控制三坐标机器人按照所提取的轨迹进行运动；
b、送入计算机及涂料和喷嘴控制系统，控制束流装置内的雾化喷嘴的开启、关闭及循环、清洗，从而在高温物体表面描绘出所需的字符或图案。
[0024]还包括步骤:测取被标识物体的厚度，将物体厚度数据送入计算机及交流伺服控制系统，控制三坐标机器人按照所提取的物体厚度数据进行定位。
[0025]所述的轨迹坐标数据包括标识内容所占的物理长度和宽度。
[0026]束流装置是设置一个下凹室，设置在雾化喷嘴下方，下凹室下部设置引流管，引流管的出口正对高温物体表面，对下凹室施加负压，将多余的涂料，经束流装置的负压孔采用负压的方式进行回收。
[0027]本发明如图1、图2和图6所示的实施例中，包括有设备基础机架，设备基础机架是由多根采用矩形铝合金异型材制成的立柱2、连接柱4、工作梁16以及横梁17通过螺栓相互连接构成的立体矩形框架，在设备基础机架的底部连接有支撑脚3，在各柱体和梁体相连处设有加强角件1，各部件之间通过螺栓连接。在设备基础机架上安装有三维坐标定位机构，三维坐标定位机构由X轴、Y轴和Z轴构成，在设备基础机架的工作梁16上设有直线模组安装底板14，三维坐标定位机构的X轴由两根相同的X轴直线模组7通过固定块15安装在直线模组安装底板14上构成，在X轴上设有可以沿X轴滑动的X轴运动滑块61 ;三维定位机构的Y轴由两根相同的Y轴直线模组5构成，并安装在X轴运动滑块61上，在Y轴上设有可以沿Y轴滑动的Y轴运动滑块63 ;所述三维定位机构的Z轴为一根Z轴直线模组，其安装在Y轴运动滑块63上，在的X轴、Y轴、Z轴的两端分别安装有限位开关。上述的设备基础机架和三维坐标定位机构采用的是积木式逐件叠加安装的结构，在应用时可以根据现场实际和热轧钢板标识要求，进行灵活的裁剪、组合并逐件安装，不仅结构轻巧、方便运输、占地小，也无需设备基础，而且也大大缩短了现场的安装调试时间，也大大节省了基础设施的设计、施工费用。
[0028]在图4、图6中，三维坐标定位机构上设有交流伺服控制装置，该交流伺服控制装置包括有分别安装在所述三维坐标定位机构的X轴、Y轴和Z轴上的三台交流伺服电机39，其中X轴的伺服电机6及同轴减速机通过X轴X轴同步杆与X轴同步轮62相连，Y轴的伺服电机18及同轴减速机通过Y轴同步杆20与Y轴的同步轮64相连，Z轴伺服电机19及同轴减速机通过Z轴联轴器68与Z轴的同步轮65相连；所述的三台交流伺服电机39的输入端与伺服控制器38的输出端连接，伺服控制器38与端子板37连接，端子板37与安装在计算机35主板的PCI插槽上的嵌入式伺服控制卡连接，通过在计算机35输入的数据和控制要求，控制各伺服电机的正反转和各电磁阀的开启。在别的实施方式中伺服控制器也可以是通过以太网与计算机连接。
[0029]在三维坐标定位机构上连接有由喷涂管路系统和束流装置13构成的喷涂机构，喷涂管路系统是由喷涂控制部分、喷头清洗部分和涂料回收部分构成，其中喷涂控制部分包括有通过管路相互连接的涂料桶52，涂料阀45，压缩空气手动球阀40，空气过滤器41，空气调压器51，涂料循环阀50 ;所述的喷头清洗部分是由喷嘴21，清洗水阀44，清洗水阀控制电磁阀46，调压阀42，雾化器电磁阀43，水过滤器48，手动阀49通过管路连接构成，所述的手动阀49连通清水管路57 ;所述的涂料回收部分是由涂料回收桶56，涂料抽取泵55，调压阀54，涂料抽取泵控制电磁阀53构成；所述的涂料阀45、清洗水阀44、清洗水控制电磁阀58和涂料阀控制电磁阀59集成安装在一个托架上，并与Y轴运动滑块63连接；所述的束流装置13通过固定底板25安装在Z轴的下端，由固定在喷嘴固定座23上的涂料喷嘴21，调节板26，安装在调节板26上的束流板32，安装在所述束流板32上的引流孔33以及负压孔34构成，所述的负压孔34通过残料回收管路与所述的涂料回收桶56连通。喷涂管路系统的各个部件之间采用耐高温的软管连接，涂料抽取泵55可以采用气动隔膜泵，它与相应的调压阀54、涂料抽取泵控制电磁阀53构成涂料回路，用于涂料的输送、循环和回收。涂料桶52用于存储涂料，在涂料桶内设有搅拌器用于将桶内的涂料进行均匀搅拌，以防止涂料的沉淀和凝结。清水管路57连通自来水管作为清洗水，经手动阀49及相应的水过滤器48、清洗水阀控制电磁阀46、雾化气电磁阀43，构成对喷嘴21等元件的清洗回路。压缩空气，经手动球阀40分流，一路经相应电磁阀47、调压阀51，控制喷嘴21的涂料雾化，一路经相应的涂料抽取泵控制电磁阀53、调压阀54，控制涂料抽取泵55和涂料的回收，一路经调压阀42，控制涂料循环的压力大小。
[0030]所述的束流装置，由自动喷嘴所喷出的雾化涂料，其流束中心经束流装置的引流孔喷出，同时，多余的涂料，经束流装置的负压孔和气动隔膜泵回收到涂料回收桶内。
[0031]本发明的工作过程为:
1、系统待命状态:压缩空气，经手动球阀40、调压阀51，给涂料循环泵50提供动力，涂料循环泵50连续往复运动，将涂料经涂料管路59、涂料桶52，进行循环流动、过滤，同时，每隔特定的时间，计算机系统，会通过伺服控制卡36发出控制信号，启动清洗水阀控制电磁阀46、雾化气电磁阀43，使得清洗水路，经手动阀49、水过滤器48、清洗水阀44、共用管路60，对喷嘴21，进行清洗；以保持喷嘴的清洁和畅通。
[0032]2、手动标识状态:
当待标识钢板到达喷印位置后，操作人员，将所需喷印的内容，通过计算机键盘，分别输入到软件界面上的各文本框当中，输入完成后，点击软件界面上的“打印开始”模拟按钮，自动标识装置会自动到达设定的起始位置，三维坐标机器人根据由计算机软件生成的标识轨迹，开始运行，而喷涂机构，则会根据计算机所发出的对雾化气电磁阀43、涂料阀控制电磁阀47的信号，控制涂料阀45的开启和关闭，以形成所标识的字符或图案，并实现对钢板的表面的自动喷印，直至完成后回到初始位置，在每次标识作业完成后，计算机系统将自动完成对各喷涂元件的清洗，并等待下一次的喷印数据和指令。
[0033]3、自动标识状态:
当系统设为自动工况时，当钢板进入标识区域，安装在钢板运行线路上的位置检测装置，会产生相应的动作信号，自动噴标机的计算机软件系统，会根据检测逻辑来自动判断这块钢板是否已到达指定待标识位置，一旦钢板到达特定的标识位置，计算机系统将发出与钢板输送装置进行联锁的控制信号，使钢板停止运行，经设定的时间延迟，计算机系统通过网络自动获取应用企业的待标识数据，并进行自动喷印标识。标识完成后，噴标机的计算机系统自动解除与钢板输送装置的联锁信号，并存储被标识钢板的标识数据，同时在计算机屏幕上显示标识完成提示，以便于钢板自动或人工输送到下一个生产工序。整个标识作业过程，自动流水进行，无需人工干预。
[0034]本发明方法的实施过程:
整个标识方法的实现和控制思想，均由自行开发的控制软件驱动相应的运动部件和喷涂部件完成。
[0035]当启动标识控制软件、进入标识界面时，同时也启动了 AutoCad 2004,并使其在后台运行，当在标识界面，人工输入所需标识的字符或图案时(如果企业具备网络管理系统，也可通过网络，自动接收标识数据)，控制软件会将这些数据或图案，自动转到AutoCad2004的运行环境，并提取由AutoCad 2004形成的轨迹坐标文件，再将该轨迹文件经数据处理，存储到一个特定的数组变量当中，在三维机器人运动时，控制软件会自动将数组中的数据依次传递给交流伺服控制系统，以控制机器人的运动位置或运行轨迹，而涂料控制系统，会根据数组中的特定标志位，来控制喷嘴的开启和关闭，通过涂料喷涂在被标识物体表面的涂料印迹，再现所需的标识内容。
[0036]涂料束流装置的应用，有效地限制了被雾化的涂料的流束的大小，并极大地改善了轨迹边缘，而喷嘴与束流装置、束流装置与被标识物体表面之间，有一个最佳距离，控制软件会根据被标识物体的厚度，来自动控制Z轴的升降距离，以保证最佳的喷涂间隙。
[0037]由于通常可控的空气雾化喷嘴，要么是通过阀针与喷口之间的硬密封、要么是通过密封圈的活塞密封，要么就是通过外部元件控制其开启或关闭，但当喷嘴高速运动时，由于涂料具有一定的粘性，以及喷嘴开启、关闭的动作的滞后，或频率过低，将导致所喷涂的轨迹变形或行程缺失、浓淡不均，严重时，甚至不能可靠地打开和关闭喷嘴。这就需要对特定的喷嘴进行改装、并使用专用的涂料阀进行控制，以达到喷涂所要求的快速性和动作的及时性。
[0038]由于空气雾化喷嘴与束流装置的有效结合，不仅大大降低了对喷嘴的喷口直径和密封性的要求，提高了喷嘴工作的可靠性和使用寿命，而且，也使得所标识字符或图案的大小范围，得以进一步的拓宽。
【权利要求】
1.一种在高温物体表面进行喷涂标识的方法，其特征在于:包括步骤: (1)、组建X/Y/Z三坐标机器人和交流伺服控制系统，使得三坐标机器人按照所指定的轨迹运动； (2)、在三坐标机器人的定位端安置雾化喷嘴及束流装置，由束流装置向高温物体表面进行喷涂； (3)、利用AutoCad2004的二次开发功能，提取出所需标识的字符或图案的轨迹坐标数据,将轨迹座标数据: a、送入计算机及交流伺服控制系统，由计算机对轨迹坐标数据进行数据处理，将处理后的数据传递给交流伺服控制系统，控制三坐标机器人按照所提取的轨迹进行运动； b、送入计算机及涂料和喷嘴控制系统，控制束流装置内的雾化喷嘴的开启、关闭，从而在高温物体表面描绘出所需的字符或图案。
2.根据权利要求1所述的在高温物体表面进行喷涂标识的方法，其特征在于:还包括步骤:测取被标识物体的厚度，将物体厚度数据送入计算机及交流伺服控制系统，控制三坐标机器人按照所提取的物体厚度数据进行定位。
3.根据权利要求1所述的在高温物体表面进行喷涂标识的方法，其特征在于:所述的轨迹坐标数据包括标识内容所占的物理长度和宽度。
4.根据权利要求1所述的在高温物体表面进行喷涂标识的方法，其特征在于:还包括步骤:将轨迹座标数据送入计算机及涂料控制系统，控制束流装置内的雾化喷嘴的循环、清洗。
5.根据权利要求1所述的在高温物体表面进行喷涂标识的方法，其特征在于:组建X/Y/Z三坐标机器人是利用直线模组或直线导轨，搭建一套X/Y/Z三坐标的三坐标机器人，并在各运动轴上配置相应的星形减速机和交流伺服电机。
6.根据权利要求1所述的在高温物体表面进行喷涂标识的方法，其特征在于束流装置是设置一个下凹室，设置在雾化喷嘴下方，下凹室下部设置引流管，引流管的出口正对高温物体表面，对下凹室施加负压，将多余的涂料，经束流装置的负压孔采用负压吸取的方式进行回收。
7.根据权利要求6所述的在高温物体表面进行喷涂标识的方法，其特征在于在束流装置引流管的出口处设置有负压腔，对负压腔施加负压回收引流管出口多余的涂料。
【文档编号】B41M1/26GK104369563SQ201410681274
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】黄瑞贤, 华继成, 沈士杰, 卢春宁, 刘岽, 沈敏, 罗立飞, 关永华, 罗永恒 申请人:柳州钢铁股份有限公司