一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统。
【背景技术】
[0002] 燃气轮机燃烧器是燃料或推进剂在其中燃烧生成高温燃气的装置，燃烧器要承受 高温、高负荷、震动荷载及热腐蚀等恶劣的工况，热障涂层(TBC)不但可以降低金属基体的 工作温度，还可以防止高温零部件的高温氧化、热腐蚀，提高燃气轮机的效率、减少燃油消 耗、延长高温部件使用寿命。因而TBC已广泛应用于燃气轮机燃烧器等高温部件。燃烧器为 满足稳定燃烧和高温燃气加速等功能，一般燃烧器会设计成异形。同时燃烧器工作面为内 表面，需要采用内孔喷枪进行喷涂。
[0003] 由于等离子具有高能量密度、热量集中的特点，喷涂过程需严格控制喷涂距离、喷 涂角（焰流轴线与被喷涂工件表面之间的角度)及喷涂速度。目前，为保证涂层等离子喷涂 生产时基本采用机器手握持喷枪完成喷涂作业。传统商用机器人一般为六轴机器人或六轴 机器人+1-2轴转台，但由于传统商用机器人的自由度(特别是外轴自由度)的限制无法满足 燃机燃烧器涂层制备要求。因此，设计一种燃机燃烧器自动喷涂系统非常必要，且意义重 大。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统。
[0005] 本发明所采用的技术方案是:一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，包括三轴转台、六 轴机器人和控制柜;其中：所述三轴转台包括底座和设置在底座中心处的第一轴关节，在第 一轴关节末端接口处设置支架，在支架顶部两端设置第二轴关节，在第二轴关节的电机末 端连接有滚筒机构，在滚筒机构两端设置第三轴关节，在滚筒机构内径表面上均布有工装 固定机构。
[0006] 进一步地，所述第一轴关节的电机轴与底座轴线重合。
[0007] 进一步地，所述支架底面与底座底面平行。
[0008] 进一步地，所述第二轴关节的两个电机旋转轴线共线且处在同一水平面上。
[0009] 进一步地，所述第二轴关节的电机旋转轴线与滚筒机构径向重合，且穿过滚筒机 构重心。
[0010] 进一步地，所述第三轴关节的两个电机旋转轴线重合，并且与第二轴关节的电机 旋转轴线重合。
[0011] 进一步地，所述工装固定机构间隔90°，且长度方向平行于滚筒机构轴向。
[0012] 进一步地，所述控制柜包括电机驱动控制单元、通讯模块和工控机;其中：电机控 制驱动单元一端连接三轴转台，一端连接工控机;通讯模块一端连接工控机，一端连接六轴 机器人。
[0013] 与现有技术相比，本发明的积极效果是:本发明为能满足燃机燃烧器内表面涂层 制备用的九轴联动机器人系统，不但能实现6轴机械手夹持喷枪与三轴转台夹持工件协同 运动，从而实现复杂工件（如燃机燃烧器）的涂层制备，还能实现对燃机燃烧器方便快速装 夹，实现夹持后的工件(如燃烧器)多种变位方式。
【附图说明】
[0014] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0015] 图1为本发明的三轴转台的结构示意图；
[0016] 1-底座，2-第一轴关节，3支架，4-第二轴关节，5-滚筒机构，6-第三轴关节，7-工装 固定机构。
【具体实施方式】
[0017] 一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，包括三轴转台、六轴机器手和控制柜。
[0018] 其中三轴转台具有三个自由度（即三种旋转方式），自由度1(旋转方式一）由第一 轴实现，可使工件绕着竖直轴线沿水平方向旋转。自由度2(旋转方式二）由第二轴实现，为 可使工件绕着水平轴线沿垂直面摇摆。自由度3(旋转方式三）由第三轴实现，可使工件绕着 自身中心轴线旋转。
[0019] 其中第三轴(最内轴)预留圆筒为工件装夹空间，筒内有用于固定待喷涂工件的装 置。
[0020] 其中三轴转台的3个自由度靠异步电机和减速器实现。
[0021] 其中机器人选用商用工业六轴机器人(如ABB. IRB2400)。
[0022]其中控制柜包括三轴转台电机驱动控制单元、与六轴机器人通讯模块和工控机。 其中电机控制驱动单元一端连接三轴转台，用于驱动三个自由度的电机和与电机实现通 讯，一端连接工控机用于监测三轴转台状态及发送运动命令。其中与六轴机器人通讯模块 用于一端连接工控机，一端连接六轴机器人，用于实现六轴机器人和工控机通讯。工控机为 多轴联动系统总控制机构，用于实现九轴联动控制，并对各轴反馈信号进行分析、优化。 [0023]该系统软件包括三轴转台控制软件、工控机与六轴机器人通信配置和九轴联动控 制程序。
[0024]其中三轴控制软件模块通常直接用于控制设备、获取设备实时状态信息。三轴控 制软件含有程序预处理模块、实施通讯模块、I/O模块、转台参数设置模块、插补运算模块、 伺服驱动模块和故障处理模块。主要用于控制三轴转台运动和与工控机实现通讯。
[0025] 其中工控机与六轴机器人通信配置主要用于实现工控机与六轴机器人的高速通 {目。
[0026] 九轴控制软件通过将机械手运动轨迹和工件姿态调整轨迹通过相应总线转换模 块，然后经实时工业以太网传送至工控机九轴控制软件，九轴控制软件逆求解出三轴转台 各轴实际的位置和速度并发送至各轴控制器实际执行，从而实现三轴外部转台与六轴机械 手的九轴联动。
[0027] 三轴转台的结构如图1所示，包括:底座1、第一轴关节2、支架3、第二轴关节4、滚筒 机构5、第三轴关节6、工装固定机构7等部件，其中：
[0028] 第一轴关节2放置底座1中心处，该关节满足绕底座1中心处垂直轴线水平旋转，即 电机轴与底座1轴线重合;支架3底部中心处放置在第一轴关节2末端接口处，且支架3底部 面与底座底面平行，即处在水平面上;第二轴关节4放置在支架顶部两端，且两端的第二轴 关节4的两个电机旋转轴线共线，且处在水平面上;滚筒机构5与第二轴关节4的两对称电机 末端连接，第二轴关节4的电机旋转轴线与滚筒机构5径向重合，且穿过滚筒机构重心;第三 轴关节6放置在滚筒机构5两端，且第三轴关节6对称分布的两电机旋转轴线重合，并且与第 二轴关节4的电机旋转轴线重合;工装固定机构7均布（间隔90°)于滚筒机构5内径表面上， 工装固定机构7长度方向平行于滚筒机构5轴向。
[0029]三个轴关节均包含了电机及减速器装置，其中第二轴关节4和第三轴关节6分别包 含一对电机，每对电机除旋转方式相反外，其他所有参数均相同；每对电机分为主轴电机和 从轴电机，从轴电机紧紧跟随主轴电机的运动状态和方式进行运动，并且从轴电机本身不 能进行任何状态改变，从而达到同一轴关节下一对电机的同步运行。
[0030]其中第一轴关节2实现旋转方式一，采用一个电机和配套减速器进行驱动，设计中 考虑中心对称结构，质心偏移小。第二轴关节4实现旋转方式二，采用双电机+减速器对称驱 动结构，且第二轴关节4所驱动的连接滚筒部分沿第二轴关节4轴线中心对称。三轴转台关 节详细变位参数如表1。第三轴关节6实现旋转方式三，采用双电机驱动，可实现全范围自由 旋转。为避免自由度3对自由度1的耦合影响，选定自由度1为主轴且自由度3为最内轴。三个 轴滚筒采用完全中空结构，滚筒内部中空部分直径为Φ 550mm，长度为500mm，最大承受重量 可达100kg。
[0031]表1、三轴转台三个轴详细变位参数
[0033]驱动单元作为执行控制层命令的最直接环节，是保证转台能稳定运行的关键设 备。为保证3轴转台具有较好的稳定性、较高的动态性能，每轴均采用电流/速度/位置三闭 环控制方案。
[0034] 工控机装有三轴转台控制软件TwinCAT3、PR0FINET高速通讯控制模块和九轴联动 控制软件。当九轴联动控制软件接收到IRC5主控制器将各轴的运动信息发送至轴控制器中 控制各轴的实际运动，同时将机械手运动轨迹和工件姿态调整轨迹通过Profinet发送给 EtherCAT/Profinet总线转换模块，然后EtherCAT实时工业以太网传送至3轴转台控制软件 TwinCAT3; TwinCAT3接收到机械手运动轨迹和工件姿态调整轨迹后，根据转台的模型、工件 与机械手的相对位置和实际控制需求逆求解出3轴转台各轴实际的位置和速度并发送至各 轴控制器实际执行，从而实现3轴转台与机械手的9轴联动。
【主权项】
1. 一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，其特征在于：包括三轴转台、六轴机器人和控制 柜;其中：所述三轴转台包括底座和设置在底座中心处的第一轴关节，在第一轴关节末端接 口处设置支架，在支架顶部两端设置第二轴关节，在第二轴关节的电机末端连接有滚筒机 构，在滚筒机构两端设置第三轴关节，在滚筒机构内径表面上均布有工装固定机构。2. 根据权利要求1所述的一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，其特征在于:所述第一轴关 节的电机轴与底座轴线重合。3. 根据权利要求1所述的一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，其特征在于:所述支架底面 与底座底面平行。4. 根据权利要求1所述的一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，其特征在于:所述第二轴关 节的两个电机旋转轴线共线且处在同一水平面上。5. 根据权利要求1所述的一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，其特征在于:所述第二轴关 节的电机旋转轴线与滚筒机构径向重合，且穿过滚筒机构重心。6. 根据权利要求1所述的一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，其特征在于:所述第三轴关 节的两个电机旋转轴线重合，并且与第二轴关节的电机旋转轴线重合。7. 根据权利要求1所述的一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，其特征在于:所述工装固定 机构间隔90°，且长度方向平行于滚筒机构轴向。8. 根据权利要求1所述的一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，其特征在于:所述控制柜包 括电机驱动控制单元、通讯模块和工控机;其中：电机控制驱动单元一端连接三轴转台，一 端连接工控机;通讯模块一端连接工控机，一端连接六轴机器人。
【专利摘要】本发明公开了一种燃机燃烧器喷涂用九轴系统，包括三轴转台、六轴机器人和控制柜；其中：所述三轴转台包括底座和设置在底座中心处的第一轴关节，在第一轴关节末端接口处设置支架，在支架顶部两端设置第二轴关节，在第二轴关节的电机末端连接有滚筒机构，在滚筒机构两端设置第三轴关节，在滚筒机构内径表面上均布有工装固定机构。与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明为能满足燃机燃烧器内表面涂层制备用的九轴联动机器人系统，不但能实现6轴机械手夹持喷枪与三轴转台夹持工件协同运动，从而实现复杂工件(如燃机燃烧器)的涂层制备，还能实现对燃机燃烧器方便快速装夹，实现夹持后的工件(如燃烧器)多种变位方式。
【IPC分类】B05B13/04, B05B13/06
【公开号】CN105618309
【申请号】CN201610189067
【发明人】李定骏, 陈艺文, 王焱, 王伟, 金硪馨, 张建普, 曹晓英, 孙友贝, 袁小虎, 羿昌盛, 冯文, 唐小洁, 何明义
【申请人】东方电气集团东方汽轮机有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月29日