再生硒鼓异形件喷漆机械手分析

常斌

摘 要：硒鼓再生时，需要先清理异形件表面，然后再喷漆，以保护和美化零件表面。从喷漆工艺的环境影响和工艺质量要求等方面入手不难发现，传统的喷漆工序和方法已不能满足目前的市场需求，而市场对异形件表面喷漆机械手的开发和应用十分迫切。以研究的噴漆机械手资料为基础，设计出一套再生硒鼓异形件喷漆分析方案。

关键词：再生硒鼓；喷漆；机械手；异形件

中图分类号：TP241.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.033

使用过激光打印机的用户都清楚，硒鼓是打印机的核心部件，硒鼓的质量直接决定着打印效果。原装硒鼓质量最稳定，使用成本过高，为了节约使用成本，用户一般会在首次碳粉使用完毕后再加粉继续使用。这样做，虽然节约了成本，但后期加粉的硒鼓可打印总量会减少，效果差，而且还会损伤打印机，甚至损害人体健康。利用再生硒鼓则可以解决这个问题，节约资源，并减少对人体的损害。在其他发达国家或地区，再生硒鼓的使用率非常高，已经达到了70%.再生硒鼓行业技术已趋于成熟，其技术理论、工艺方式和操作经验值得国内同行业、从业企业和人员学习、推广。

1 我国再生硒鼓的行业基本情况

1.1 硒鼓的再生过程概述

再生硒鼓以循环利用为指导思想，通过旧硒鼓关键零配件加工处理，将旧硒鼓翻新或组装重新使用。再生硒鼓翻新的主要步骤是：①回收旧硒鼓，筛选出有再生价值的硒鼓；②拆解硒鼓，剔除损坏配件，清洁可用配件后分类处理；③对可用配件进行修复矫正，延长其使用寿命；④更换硒鼓易损件，清洁外表粉尘，喷漆后烘干；⑤组装硒鼓后灌粉；⑥检测硒鼓打印质量。

1.2 推广喷漆机械手工艺的意义

硒鼓再生环节的第5步非常关键，清理旧硒鼓异形件后，要在它的表面喷上一层透明油漆，以起到保护和美观的作用。之所以称之为异形件，是因为这些硒鼓部件的型号不同，形状不规则，结构复杂，喷漆作业难度比较大。目前，国内硒鼓再生业的机械自动化水平不高，供需矛盾突出，所以，引进机械手喷漆技术和工艺的前景十分广阔。

2 异形件喷漆机械手的设计要求

2.1 硒鼓异形件的喷漆过程

硒鼓异形件的喷漆过程是：①按异形件型号调出控制程序，并调整喷枪喷距、角度和扇角；②将异形件精准地固定在喷漆线夹具上；③用吹扫枪的离子风除去异性件表面的浮沉和静电；④异性件按照控制程序旋转，由机械手控制相应的喷枪进行喷漆；⑤为死角和喷漆效果不佳处补漆；⑥高温烘干；⑦冷却后，从夹具上取下异形件。在整个过程中，机械手喷漆是关键，喷漆部件包括充电辊、感光鼓、磁辊、刮刀、出粉刀和塑胶件等。这些部件架构复杂，属于典型的异性件，喷漆时需要机械手在空间内任意调整姿态。

2.2 机械手的结构样式

按照结构形式的不同，机械手一般分为关节型和非关节型两类。顾名思义，关节型机械手高度模仿人手臂的结构。它由不同的关节组成，运动十分灵活，工作空间大，是未来的主要研究方向。开链连杆式关节型机械手是目前使用最多的一种机械手，它由3个转动自由度组成，结构包括底座和大小臂，分别通过腰关节和肘关节连接，垂直面上的转动通过大小臂实现，水平面的旋转运动通过腰关节实现，还可以绕底座旋转。其主要特点是结构紧凑、体积小、工作空间大。

3 机械手驱动系统设计

3.1 机械手驱动方式

一般情况下，机械手的驱动装置要求质量轻、动作平滑、反应灵敏、安全稳定。随着驱动技术的飞速进步，电机驱动系统以精度高、加速快、稳定可靠的独立特性，逐渐取代了传统的液压驱动和气压驱动系统。因此，在设计异形件喷漆机械手系统时，一般采用交流伺服电机驱动的方式。

3.2 喷漆机械手的三维模型

在设计异形件喷漆机械手模型之前，先要建立样机模型，通过模型进行仿真分析。模型分析研究获得的功能和形状信息可以直接应用，并为实际决策提供关键信息。三维模型设计可以通过三维设计软件实现，设计软件具备各类建模功能，能够设计很多复杂产品，并能改进复杂产品形状。在设计时，使用的数字仿真能够及时发现产品中存在的问题，缩短变更周期，降低设计成本。

4 喷漆机械手的控制方案设计

4.1 总控方案的确定

目前，运动控制器主要包括PLC系统、单片机系统、数控系统和运动控制卡系统。这些运动控制器各具特点，适用对象也不同。

总控系统包括上位机控制子系统（组织层）、下位机控制子系统（协调层和执行层）。上位机控制子系统实时监控整个系统，由主程序控制运行机械手。上位机依据喷枪末端在工作空间内的位置和姿势，通过运动学计算、轨迹设计规划等操作，依次计算出各个关节伺服电机的具体控制参数，并将这些参数实时传输给下位机控制子系统。同时，及时接收下位机系统反馈的关节实际位置信息，以实现对整个系统的实时监控和准确操作。下位机控制子系统通过四轴运动控制卡控制参数，脉冲数的执行由伺服电机驱动器完成，双层控制，确保喷漆机械手能够准确控制精度。运动控制卡发出的控制信号可以直接传输给各关节电机驱动器，并将机械手各关节的实际位置参数回馈至上位机控制子系统。

4.2 软件系统的设计

硬件要实现各种功能，必须有对应的软件配合。再生硒鼓喷漆机械手以硒鼓异形件为喷漆对象，一旦异形件到达喷漆位置，传感器即刻识别出异形件的类型。传感器信号传达至上位机后，上位机调取对应的喷漆轨迹对目标异形件进行喷漆，再利用位置检测传感器（比如光电开关）进一步检测。喷漆机械手运动到位后，自动转换至下一步动作，而需要定时转换动作的，则通过时间继电器实现。

5 结束语

综上所述，虽然本文设计的再生硒鼓异形件喷漆机械手方案能够满足相关操作要求，但是，机械手喷漆设计本身就是一个复杂的课题，在今后的研究中还需不断改进。

参考文献

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〔编辑：白洁〕