一种电弧喷枪的运动控制系统的制作方法

本发明涉及电弧喷涂装置领域，尤其涉及一种电弧喷枪的运动控制系统。

背景技术：

目前，钢铁行业为了对钢坯的质量进行跟踪，要求对连铸生产的钢坯进行编号，并打印在钢坯表面，在后续的检验或生产过程中，若发现钢坯的质量问题，可以根据其编号跟踪生产此钢坯的各种信息，及早发现并解决生产中存在的产品质量问题。但是，国内现有的钢厂往往是等钢坯叠放后再人工书写，这必然失去实时性，不仅编号不准确，而且人工书写的可读性差，如果要正确反映各类信息，标号过程必须选择在钢坯完成切割后、还在连铸机轨道上运动的时候，此时钢坯的温度近千度，如此恶劣的工作环境，人工编写是不现实的，非人工的钢坯标号方式如机械击打式，高压涂料喷射式等，机械击打式的缺点在于永久损坏钢坯表面，且字模不能太大；高压涂料喷射式在长期高压条件下，易对设备造成损坏。而传统的标记喷涂系统，工作效率较低，字体不流畅，难以辨认，且喷涂质量较差，容易脱落。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电弧喷枪的运动控制系统,实现连铸生产高温钢坯的在线标号，从而改善工人的工作环境，全面提升工厂的自动化水平，结构简单，维修使用方便。

本发明是以如下技术方案实现的：

一种电弧喷枪的运动控制系统，其特征在于，所述系统的总体架构为：计算机分别与横移电机，伺服电机m1，伺服电机m2，伺服电机m3，电弧喷枪，电源系统，压缩空气供给系统，除鳞器，位置传感器电连接。

进一步地，所述系统还包括一并联运动平台，所述并联运动平台包括静平台，动平台、三条单开链ⅰ，ⅱ，ⅲ和三个伺服电机，所述并联运动平台的拓扑结构为3-rrc。

进一步地，所述计算机与横移电机电连接，用于控制横移模组的横向运动；所述计算机与伺服电机m1，伺服电机m2，伺服电机m3电连接，用于驱动对应的转动副r11，r21，r31并联运作，从而控制并联运动平台在三个方向的位移和速度。

进一步地，所述计算机与电源系统电连接，电源系统与电弧喷枪电连接，用于控制电弧喷枪的电压供给；所述计算机与压缩空气供给系统电连接，用于控制电弧喷枪的高速气流的供给和流速；所述计算机与除鳞器电连接，用于控制除鳞器的通断；所述计算机与位置传感器电连接，用于控制和反馈电弧喷枪与钢坯间的距离，构成并联运动平台的闭环控制。

进一步地，所述系统的电弧喷枪包括枪体、导电嘴、送丝管道，空气雾化喷嘴、空气帽、遮弧罩。

进一步地，所述枪体为电弧喷枪的主体，固定在并联运动平台的动平台的中心；所述送丝管道对称分布在枪体内部中心轴的两侧，用于提供对金属线材的引导；所述导电嘴位于送丝管道的前端，用于在两金属线材之间形成电弧，电弧的高温会将金属线材熔化，形成熔融状态的液滴；所述空气雾化喷嘴位于枪体的中心轴上，在导电嘴的后部，压缩空气经过空气雾化喷嘴的加速，形成具有很大的动能的高速雾化空气，完成对熔融状态液滴的雾化，并以射流的形式飞出；所述空气帽位于枪体内部的前部，空气帽上有喷出压缩空气的中心孔、侧面孔和辅助空气孔，工作时压缩空气从空气帽中心喷出，形成一次雾化气流使涂料吸出并喷成圆形的喷雾图形，同时从空气帽的侧面孔形成二次雾化气流，起到调节喷雾图形的大小并保持稳定的作用；所述遮弧罩位于枪体的前端，用于对电弧产生的弧光进行遮挡，防止其对设备和人员产生伤害。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种电弧喷枪的运动控制系统，采用并联运动平台将转动副作为驱动副，代替以往三轴运动平台，解决了滑块长期移动过程中由磨损带来的位置一致性问题和开机原点复位问题，提高了喷涂标记平台的工作效率，位置控制分辨率高，运动流畅，使标记字体更加清晰可辨。

本发明提供的电弧喷枪采用二次雾化和集束性设计方法，采用两路雾化气流，中心的一次雾化气流直接对电弧区进行雾化喷射，再通过辅助的二次雾化气流对雾化射流进行适当的压缩，从而可以提高射流的喷射速度和电弧温度，加强对熔化金属的雾化效果，使得金属粒子熔化更均匀，涂层组织能够明显细化，结合强度也变得更高。

本发明在计算机控制系统的调控下，各个环节相互配合，自动化程度高，操作简单，喷涂标记效率高，大大降低了人员的劳动强度。

附图说明

图1是本实施例提供的一种电弧喷枪的运动控制系统的结构示意图；

图2是本实施例提供的并联运动平台示意图；

图3是本实施例提供的电弧喷枪的结构示意图；

图4是本实施例提供的电弧喷枪的运动控制系统的总体框架图。

其中：1-基础平台，2-横移模组，3-横移电机，4-支撑架，5-并联运动平台，6-送丝机构，7-吹风机，8-除鳞器，9-电弧喷枪，10-电源系统，11-压缩空气供给系统，12-位置传感器，13-计算机，501-静平台，502-动平台，901-枪体，902-导电嘴，903-送丝管道，904-空气雾化喷嘴，905-空气帽，906-遮弧罩，ⅰ-单开链ⅰ，ⅱ-单开链ⅱ，ⅲ-单开链ⅲ。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1：

一种电弧喷枪的运动控制系统，如图1所示，所述运动控制系统系统包括：基础平台，横移模组，横移电机，支撑架，并联运动平台，送丝机构，吹风机，除鳞器，电弧喷枪，电源系统，压缩空气供给系统，位置传感器，计算机。所述横移模组固连在基础平台的上方前端，所述横移电机固连在横移模组的一侧，用于驱动横移模组的滑台进行横向移动，所述支撑架固连在横移模组的滑台的正上方，所述并联运动平台、送丝机构、吹风机、除鳞器均固连在支撑架上，所述并联运动平台位于支撑架的中间部位，所述送丝机构位于并联运动平台的左侧，所述吹风机位于并联运动平台的上方，所述除鳞器位于并联运动平台的右侧，所述电弧喷枪和位置传感器均固连在并联运动平台的动平台上，所述位置传感器位于电弧喷枪的正下方，用于测量电弧喷枪与钢坯的距离，所述电源系统、压缩空气供给系统和计算机均固连在基础平台的上方后端，所述电源系统与电弧喷枪等构件电连接，用于提供设备所需的电能，所述压缩空气供给系统与电弧喷枪管路连接，用于提供设备所需的高速气流，所述计算机用于控制设备的智能化运行。

进一步地，所述并联运动平台如图2所示，包括静平台，动平台、三条单开链ⅰ，ⅱ，ⅲ和三个伺服电机，所述并联运动平台还包括特定拓扑结构，所述并联运动平台的拓扑结构为3-rrc，单开链i(r11‖r12‖c13)的结构等价于(r11‖r12‖r131|p132)；单开链ⅱ的结构布置与ⅰ相同，其运动链结构(r21‖r22‖c23)等价于(r21‖r22‖r231|p232)；单开链ⅲ的结构布置与ⅰ相同，其运动链结构(r31‖r32‖c33)等价于(r31‖r32‖r331|p332)，其中，转动副r11，r21，r31轴线共面，均位于静平台上，且r11和r21副的两条轴线相互平行，r31副的轴线与它们垂直相交；圆柱副c12，c22，c32轴线共面，均位于动平台上，所述并联运动平台具有三平移的三自由度，分别为沿x轴，y轴和z轴的平动，所述并联运动平台的驱动副为转动副r11，r21，r31，分别由对应的伺服电机m1、m2、m3进行驱动。

进一步地，所述压缩空气供给系统包括依序管路连接的空气压缩机，冷却装置，油水分离器，用于提供给喷涂系统纯净、干燥的高速气流。

实施例2：

一种用于电弧喷涂标记系统的电弧喷枪，如图3所示，包括枪体、导电嘴、送丝管道，空气雾化喷嘴、空气帽、遮弧罩等。所述枪体为电弧喷枪的主体，固定在并联运动平台的动平台的中心；所述送丝管道对称分布在枪体内部中心轴的两侧，用于提供对金属线材的引导；所述导电嘴位于送丝管道的前端，用于在两金属线材之间形成电弧，电弧的高温会将金属线材熔化，形成熔融状态的液滴；所述空气雾化喷嘴位于枪体的中心轴上，在导电嘴的后部，压缩空气经过空气雾化喷嘴的加速，形成具有很大的动能的高速雾化空气，完成对熔融状态液滴的雾化，并以射流的形式飞出；所述空气帽位于枪体内部的前部，空气帽上有喷出压缩空气的中心孔、侧面孔和辅助空气孔，工作时压缩空气从空气帽中心喷出，形成一次雾化气流使涂料吸出并喷成圆形的喷雾图形，同时从空气帽的侧面孔形成二次雾化气流，起到调节喷雾图形的大小并保持稳定的作用；所述遮弧罩位于枪体的前端，用于对电弧产生的弧光进行遮挡，防止其对设备和人员产生伤害。

实施例3：

一种电弧喷枪的运动控制系统，其总体架构如图4所示，所述计算机分别与横移电机，伺服电机m1，伺服电机m2，伺服电机m3，电弧喷枪，电源系统，压缩空气供给系统，除鳞器，位置传感器电连接，所述计算机与横移电机电连接，用于控制横移模组的横向运动；所述计算机与伺服电机m1，伺服电机m2，伺服电机m3电连接，用于驱动对应的转动副r11，r21，r31并联运作，从而控制并联运动平台在三个方向的位移和速度；所述计算机与电源系统电连接，电源系统与电弧喷枪电连接，用于控制电弧喷枪的电压供给；所述计算机与压缩空气供给系统电连接，用于控制电弧喷枪的高速气流的供给和流速；所述计算机与除鳞器电连接，用于控制除鳞器的通断；所述计算机与位置传感器电连接，用于控制和反馈电弧喷枪与钢坯间的距离，构成并联运动平台的闭环控制。

实施例4：

一种电弧喷枪的运动控制系统，采用计算机控制系统完成智能控制，系统的基本工作流程为：

1)设备上电后，计算机控制系统进行初始化，并联运动平台、电弧喷枪、横移电机、电源系统、压缩空气供给系统、除鳞器及位置传感器进行置位；

2)横移定位：设备最初处于原点位置，当钢坯到达标记工位后，设备根据计算机的设置值来初始化横移起喷距离，具体过程为：计算机发送具体定量运动的距离给横移电机，横移电机通过接收到的脉冲数进行设备横向定位，从而初始化起喷位置。

3)纵向定位并初始喷涂距离：横向定位完成后，设备在并联运动平台的带动下进行纵向定位，使得设备喷枪与钢坯的距离能够恒定地保持在20～25mm之间，即设备的喷涂距离。

4)平移并除鳞：这个环节主要是在设备进行喷印之前由高速旋转的除鳞器去除连铸坯表面的氧化皮，从而保证喷涂效果。

5)喷涂标记：系统利用两根不断送进的金属线材之间电弧产生的热源使金属线材熔化，用高速气流把熔化的金属雾化成微粒并使其加速，雾化后的金属粒子通过特有的集束型喷嘴后喷射在铸坯表面；同时通过计算机控制系统控制并联运动平台带动电弧喷枪按照预定字符轨迹高速运动，从而在连铸坯表面形成字符。

6)设备回零：当设备喷完所需字符时，系统自动回原点，以备下次喷涂。

实施例5：

如图2所示，该并联运动平台的并联机构共有运动副数m＝9，构件数n＝9，根据自由度(dof)公式

确定机构的自由度(dof)为f＝3，且三个自由度分别为沿x轴，y轴和z轴的平动；

对于自由度为f的机构，预选f个运动副为驱动副，并将其刚化.若得到的新机构自由度f’＝0，则预选的f个运动副可同时为驱动副。由于机构的自由度为3，预选3条支路的转动副r11，r21，r31为驱动副，将它们刚化，得到刚化后机构自由度f’＝0，满足驱动副存在准则。

实施例6：

一种电弧喷枪的运动控制系统，是由电弧喷枪按照预定的字符轨迹进行高速运动，从而在连铸坯表面形成字符，实现铸坯标识的功能。这些字符轨迹的信息是存储在系统的字库模块当中，标记系统在标记时，会对这些信息进行解析，从而转化为驱动伺服电机运动的脉冲信号，发送给伺服电机，从而由伺服电机的并联运动驱动并联运动平台带动电弧喷枪运动。

如果单纯地对标记系统采用遍历扫描算法，而不考虑标记系统在喷印点阵字符时存在的字符轨迹优化问题，那么在标记过程中，电弧喷抢将不可避免地做出很多无效的运动，以牺牲时间来保证标记系统读取并执行了完整的字符的点阵字模信息.这将大大降低标记的效率，也会造成设备的过度磨损.针对标记系统的特殊要求，本发明采用具有三移动自由度的并联运动平台实现电弧喷枪的运动轨迹，可以跳出点阵字模原理，以最优化的运动轨迹实现字模信息的转换和解析，增加了喷涂字体的流畅度和辨识度。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。