自动化的演变历程

　　自从在抛喷丸清理领域引进引进离心式抛丸器，已有近一个世纪。在喷涂和电镀等下游涂装过程之前，加工处理大型钢板和结构件的行业要求推动了这种高效的清理装置的产生。从此，板材和结构件的加工速度开始以直线速度米/分钟来计量，其效率高于缓慢的手工清理方法。该行业在过去几十年中快速发展，自动化在这个行业中演变发展并且依靠创新的技术不断发展。抛丸式清理设备的自动化有两方面定义-根据抛丸器移动工件或者根据工件移动抛丸器，前者比后者流行。在包含单一抛丸器或多个抛丸器的设备中移动工件可以通过多种方法实现 - 使用辊,链,高架单轨、工作车等。这种工作处理安排已经很完善，工件的传输速度及位置可以精确控制，抛丸流可以实现很好的覆盖工件。

通用和定制自动化机器的局限性

　　自动化抛丸清理设备根据处理工件的形状进行设计。简易板材和结构件钢除锈系统配备了标准抛丸器布局，并且适用于该行业中的大多数商品。大多数制造商已经为大小不同的工件设定了抛丸器的数量和位置。抛丸器HP/KW已经按照经验并实际地计算过以达到所需的清洁速度。然而，当遇到定制的焊接件，情况有所不同。抛丸器的数量和位置需根据各个抛丸流的覆盖区域决定，这与工件的复杂程度有关。从历史上看，在这样的应用中，需要手动清理抛丸器无法达到的区域，这种情况并不少见。
　　在处理周期内移动抛丸器会引起很多问题，这与这种设计的初始愿望背道而驰，至少对传统清理应用是这样的。作为一种经验法则，抛丸流的长度与抛丸器到工件的距离几乎相等。增加的工件-抛丸器的距离增加了抛丸流的长度，但是会对抛丸的强度产生不利的影响，有时还会致使抛丸流无效。因此，这些固定抛丸器无法与所有工件表面保持一个恒定的距离。增加抛丸器的数量来解决这个问题也是不现实的。最终，并非该机器内的所有工件都能正确清理。更大的问题出现在抛丸强化应用中，其中不同的恒定距离导致不完整的工件覆盖和不均匀的冲击能量转移。当该行业在不断寻求解决方案时，自动化在喷丸(砂)领域得到迅猛发展。不同于抛丸器，喷嘴运动可以使用喷嘴机械手和机器人以多种方式很容易地实现。

喷嘴在清理和强化中的应用

　　喷嘴已经使用了几十年，并延用至今，从手动清理应用到航空航天和汽车行业中复杂的喷丸强化机器。喷嘴本身没有太大变化，传统的直筒型，文丘里型以及由这两种类型衍生出来的变化很小的类型。在清理应用中，喷嘴用于手工喷砂房，由一个和多个操作人员控制，用于相对低产的环境中，和那些在自动设备中无法有效清洁的工件。鉴于喷嘴在喷丸强化应用中的作用，特别是在航空航天与汽车行业中，它得到了快速的发展。喷嘴提供精确清理，定位并对抛丸机中经常出现的过度覆盖非常敏感。此外，喷嘴的铰接式运动可使所有需要冲击的区域达到近100%覆盖。航空航天应用中高精度组件有时需要使用有色金属工件进行喷砂,这可由喷嘴高效地完成。处理孔和槽时，喷嘴也更有效。
　　使用喷嘴的空气类型介质推进系统有两种类型-吸力和压力，在应用中各有其位置。
　　工件到喷嘴的距离(由喷嘴运动补偿次数最多)以及热点需求，特别在强化应用中的需求，决定了选择吸力还是压力类型介质推进系统。压力喷嘴提供一个更明显的热点，即使到工件的距离增加，因此更广泛地应用于喷丸强化中。
　　使用由机器人或喷嘴机械手自动操作的喷嘴增强了喷丸(砂)系统的功能。这里给出一个案例以便检查。

案例分析-单轨型机器人喷丸(砂)系统

　　注意：该案例由兰霍恩的Empire磨料设备公司，PA(美国)提供。终端用户的身份保密。

应用

• 喷砂清理包含复杂几何形状和内部通道的工件，作为涂装前的一个翻新过程，除去锈层、氧化皮和其他污染物。
• 工件的几何形状和可拆卸的性质使弹丸介质不能很好地到达复杂区域，特别是在清洁要求严格的区域。

解决方案摘要

　　解决方案涉及两个关键元素,类似于早些讨论表示(a)暴露给喷嘴的工件和(b)喷嘴相对于工件的运动。
(a)暴露给喷嘴的工件-正在谈论的工件非常沉重并且不仅需要覆盖到包括复杂区域在内的所有区域。这也意味着该设备不能掩盖或屏蔽任何覆盖的地区。因此，“固定”工件的唯一有效方式是使用一个高架输送机/钩。在传统的架空单轨式系统中，工件被输送通过固定抛丸器或喷嘴产生的弹丸流。然而，详细评估工件类型和清理介质的本质后，决定固定工件，通过移动喷嘴来代替。在后面的段落中将论述更多相关信息。
(b)喷嘴运动，正如前面指出的,可以通过使用至少两种不同的技术——喷嘴机械手和机器人来实现。在这种情况下，做出这种选择取决于两个步骤-(i)考虑工件的几何形状和抛丸轮廓，(ii)使用RobotStudio机器人仿真。RobotStudio的使用是Empire进行机器人喷抛清理作业或喷丸强化的概念时采取的第一个步骤。这个软件非常准确地模拟机械臂运动和预测在实际的生产环境中的行为。换句话说，它不仅有助于确定是否所有工件区域将被覆盖，而且可以预测来自于其他机器和工件元素的可能干扰。因此，喷砂外壳尺寸和形状可以在概念阶段准确地确定。
　　喷嘴机械手不合适用在这个应用程序中。工件中的复杂部分需要四分之一，有时五分之一的喷嘴轴线运动,使用机械手不那么容易实现。此外，使用喷嘴机械手完成许多轴的密封安排也很复杂。商用机器人满足该应用的所有需求，提供了灵活性，这样终端用户可以在未来他们需要改变时重新调整喷嘴路径。

其他设计考量

• 介质回收系统：喷砂清理过程需要使用非常精美的氧化铝磨料。最终表面光洁度也要求很严格。这就需要使用介质质量维护，它配备了可调节的回收装置和自带两个屏幕的振动分类器。喷砂压力是实现重复表面光洁度的另一变量，喷砂罐配备了一个封闭的反馈回路以确保整个循环喷砂压力保持恒定。
• 修补：终端用户在这台新机器上取得了巨大突破。他们正由控制很少的完全手动过程转变为计算机控制的机器人喷砂系统。操作人员之间的怀疑是明显的。Empire通过在相同的弹丸存储箱和相同的互连回收系统中提供一个手动修补站来缓解他们的担忧。
• 弹丸存储箱密封：鉴于喷砂介质的破碎率高，Empire设计师决定完全密封并通过使用两端的门来联锁喷砂操作。这导致一个固定通风体积，使用ACGIH标准计算的，以此在喷砂过程中通风弹丸存储箱并减少介质/粉尘在弹丸存储箱中的泄漏。
• 系统配备了电脑控制，这样操作员可以教授、存储和检索工件配方/技术。Empire的内部控制团队与终端用户合作，确保HMI易于使用并且操作员更熟悉屏幕设计。
• 虽然实际数字出于保密不能公布，但是这个机器人系统满足终端用户的两个最重要的标准——(1)将周期时间降低到当前周期的一小部分来清洁这些组件，(2)提供一致的清理质量和表面光洁度,不需要修补大多数零件。

使用相同技术的其他应用

　　高架输送机系统与机器人系统为Empire的产品组合建立了一个有利基础。不仅仅清理复杂的区域可以采用这个解决方案。在喷丸加工航空结构中，这样的结构安排保证了侧板、加强板、弦和类似的功能结构受到相同距离和冲击能量的冲击。除了固定工件的方向，Empire系统也通过机械手臂调整工件的通过运动，从而精确定位工件表面。
　　高架输送机类型系统还提供了一个优于水平输送的优势，最小化介质积累和常见于飞机结构组件上的打包口袋和缝隙。

结语

　　喷丸(砂)系统不常使用架空单轨运输工件。然而，鉴于其固有的优势,当然是值得考虑的。众所周知，清理和强化设备的大多数用户关注工艺，将处理方法的选择留给供应商。因此，供应商有义务及时教给用户所有可能的处理方法，来确保工艺达到最佳工作效率。

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