CN106676521B - 一种用于板件激光熔覆处理的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于板件激光熔覆处理的装置，属于工业机器人技术领域。该装置包括下柜体、十字电缸、转动机构、激光熔覆机构、视觉系统及上支撑框架。十字电缸包括水平电缸、竖直电缸及滑块；转动机构包括底板、支撑柱、第三驱动装置、胀紧套、工件放置盘及工件放置盒；激光熔覆机构包括平移导轨架、小滑动轴承、上平板、手轮、丝杠、L型支撑、下平板、激光头、垫板、大滑动轴承及圆柱直线导轨；视觉系统完成工件信息的采集和处理，通过十字电缸、转动机构、激光熔覆机构以及驱动装置的协作实现板件激光熔覆处理。本发明装置结构简单轻便，效率和精度较高，自动化程度高，成本低，能够广泛应用于各种工业现场。
Description
技术领域：
本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种用于板件激光熔覆处理的装置。
背景技术：
化工、焊接、涂胶等行业的实际应用中，尤其是在小中型企业中，在涉及自动化设备的应用时，常常由于设备价格高昂问题而不得已通过人工来完成一些重要的操作，尤其是某些对精度要求相对较高的应用中，他们不得已需要雇佣操作能力强的人来完成操作，但是这样不能从根本上解决问题，并且人工操作随意性大，较难完成高精度的操作，而本装置仅需人工将待加工工件放置在待加工盘上，通电通过夹具或电磁铁等完成对工件的固定，然后通过视觉系统自动完成对工件图像采集和处理，再将处理后信息发送到控制系统中，控制系统发出命令，实现动作。即可自动完成加工需求。
发明内容：
本发明针对现有技术存在的技术问题，提供一种用于板件激光熔覆处理的装置。
本发明所提供的一种用于板件激光熔覆处理的装置包括下柜体32、十字电缸、转动机构34、激光熔覆机构35、视觉系统36及上支撑框架。
所述十字电缸包括水平电缸8、竖直电缸33及滑块12；所述十字电缸通过螺钉固定在所述下柜体32的平板6上，所述滑块12固定在所述十字电缸的上方；所述转动机构34包括底板13、支撑柱14、第三驱动装置15、胀紧套16、工件放置盘19及工件放置盒17；所述底板13通过螺钉固定在所述滑块12上，所述支撑柱14通过螺纹连接在所述底板13上，所述工件放置盒17与所述支撑柱14通过螺栓螺母连接；所述第三驱动装置15通过螺栓固定在所述工件放置盒17的底部，所述第三驱动装置15与所述工件放置盘19通过所述胀紧套16连接，所述第三驱动装置15与所述工件放置盘19及胀紧套16同心设置。
所述上支撑框架包括垂直方向的上支撑架20及水平方向的上支撑架20A；所述垂直方向的上支撑架20与水平方向的上支撑架20A固连，所述垂直方向的上支撑架20的底部与短支撑5通过螺栓连接，所述短支撑5与所述下柜体32中的下支撑架3通过螺栓连接。
所述激光熔覆机构35包括平移导轨架30、小滑动轴承25、上平板28、手轮29、丝杠27、L型支撑26、下平板24、激光头37、左右对称设置的垫板23、左右对称设置的大滑动轴承22、左右对称设置的圆柱直线导轨21；所述大滑动轴承22套装在所述圆柱直线导轨21上，所述大滑动轴承22能够在所述圆柱直线导轨21上运行；所述垫板23通过螺栓固定在所述大滑动轴承22上，所述平移导轨架30与所述垫板23通过螺栓固连，所述小滑动轴承25套装在所述平移导轨架30上，所述小滑动轴承25能够在所述平移导轨架30上运行，所述下平板24通过螺栓固定在所述小滑动轴承25上，所述圆柱直线导轨21通过螺栓与位于左右两侧的所述水平方向的上支撑架20A固连。
所述手轮29固接在所述丝杠27上，所述丝杠27分别通过螺纹连接旋入所述上平板28的中心螺纹孔及所述下平板24的中心螺纹孔，所述上平板28的中心螺纹孔与所述下平板24的中心螺纹孔同心布置，所述L型支撑26通过螺栓固定在所述下平板24上，所述上平板28通过所述L型支撑26固定；所述激光头37设置在所述丝杠27前端。
所述视觉系统36包括工业相机9、相机支架31及相机支撑架18；所述工业相机9通过螺栓安装在所述相机支架31上，所述相机支架31通过螺栓安装在所述相机支撑架18上，所述相机支撑架18通过螺栓固定在位于前端的所述水平方向的上支撑架20A上。
视觉系统完成工件信息的采集和处理，通过所述十字电缸、转动机构、激光熔覆机构以及驱动装置的协作实现整个装置的运行。
本发明由上支撑架和下支撑架支撑起整个框架，十字电缸通过螺栓固定在下支撑架上方平板上，十字电缸通过第一驱动装置和第二驱动装置的驱动，实现平面XY方向的运动，而整个旋转机构连接在十字电缸上方的滑块上，旋转机构通过第三驱动装置的驱动，实现工件放置盘的转动，工件放置在工件放置盘上，利用电磁铁或夹具等完成固定，从而实现工件的转动，即可完成平面任意位置的移动和工件的转动。激光熔覆机构固定在上支撑架上，同样可以通过导轨的导向作用实现平面XY方向的移动，通过手轮的转动丝杠可以实现激光头的上下移动，这样就能完成更多类型工件的加工。同时三组驱动装置在给定的指令下自动运行，使末端的工件按确定的轨迹运动，保证了该装置的位置精确定位性能。
本发明利用视觉系统作为本装置的“眼睛”，扫描工件的基本所需信息，完成识别后完全由装置自动完成判别同时和控制系统协作，并发出运行指令。本装置降低了对人工的要求，自动化程度高，定位和运行精度高，仅需要根据所需处理的工件做出相应的基本设置，即可完成自动运行，满足当前企业的加工要求。
本发明具有以下技术特点：
1、结构简单轻便，三个驱动装置均通过伺服电机驱动，精度高且易于控制。
2、三个驱动装置各司其职，完整的实现了平面加工的所有所需的自由度。
3、可手动调节上支撑架的平面移动和上下移动机构，可操作范围更大，加工灵活性更强大。适用范围广，可根据不同加工需要选择不同的运行方式。
4、本装置视觉系统完成待处理工件的识别，能够精确的获取待处理工件的图像信息，同时PLC或工控机实现整个系统的控制，智能化程度高。
附图说明：
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明装置的下柜体结构示意图；
图3是本发明装置的转动机构结构示意图；
图4是本发明装置的手动调整机构结构示意图；
图中：1：支撑座；2：电木板；3：下支撑架；4：有机玻璃；5：短支撑；6：平板；7：把手；8：水平电缸；9：工业相机；10：第一驱动装置；11：第二驱动装置；12：滑块；13：底板；14：支撑柱；15：第三驱动装置；16：胀紧套；17:工件放置盒；18：相机支撑架；19：工件放置盘；20：垂直方向的上支撑架；20A：水平方向的上支撑架；21：圆柱直线导轨；22：大滑动轴承；23：垫板；24：下平板；25：小滑动轴承；26：L型支撑；27：丝杠；28：上平板；29：手轮；30：平移导轨架；31：相机支架；32：下柜体；33：竖直电缸；34：转动机构；35：激光熔覆机构；36视觉系统；37：激光头。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明所提供的一种用于板件激光熔覆处理的装置包括下柜体32、十字电缸、转动机构34、激光熔覆机构35、视觉系统36及上支撑框架。
所述十字电缸包括水平电缸8、竖直电缸33及滑块12；所述十字电缸通过螺钉固定在所述下柜体32的平板6上，所述滑块12固定在所述十字电缸的上方；所述转动机构34包括底板13、支撑柱14、第三驱动装置15、胀紧套16、工件放置盘19及工件放置盒17；所述底板13通过螺钉固定在所述滑块12上，所述支撑柱14通过螺纹连接在所述底板13上，所述工件放置盒17与所述支撑柱14通过螺栓螺母连接；所述第三驱动装置15通过螺栓固定在所述工件放置盒17的底部，所述第三驱动装置15与所述工件放置盘19通过所述胀紧套16连接，所述第三驱动装置15与所述工件放置盘19及胀紧套16同心设置。
所述上支撑框架包括垂直方向的上支撑架20及水平方向的上支撑架20A；所述垂直方向的上支撑架20与水平方向的上支撑架20A固连，所述垂直方向的上支撑架20的底部与短支撑5通过螺栓连接，所述短支撑5与所述下柜体32中的下支撑架3通过螺栓连接。
所述激光熔覆机构35包括平移导轨架30、小滑动轴承25、上平板28、手轮29、丝杠27、L型支撑26、下平板24、激光头37、左右对称设置的垫板23、左右对称设置的大滑动轴承22、左右对称设置的圆柱直线导轨21；所述大滑动轴承22套装在所述圆柱直线导轨21上，所述大滑动轴承22能够在所述圆柱直线导轨21上运行；所述垫板23通过螺栓固定在所述大滑动轴承22上，所述平移导轨架30与所述垫板23通过螺栓固连，所述小滑动轴承25套装在所述平移导轨架30上，所述小滑动轴承25能够在所述平移导轨架30上运行，所述下平板24通过螺栓固定在所述小滑动轴承25上，所述圆柱直线导轨21通过螺栓与位于左右两侧的所述水平方向的上支撑架20A固连。
所述手轮29固接在所述丝杠27上，所述丝杠27分别通过螺纹连接旋入所述上平板28的中心螺纹孔及所述下平板24的中心螺纹孔，所述上平板28的中心螺纹孔与所述下平板24的中心螺纹孔同心布置，所述L型支撑26通过螺栓固定在所述下平板24上，所述上平板28通过所述L型支撑26固定；所述激光头37设置在所述丝杠27前端。
所述视觉系统36包括工业相机9、相机支架31及相机支撑架18；所述工业相机9通过螺栓安装在所述相机支架31上，所述相机支架31通过螺栓安装在所述相机支撑架18上，所述相机支撑架18通过螺栓固定在位于前端的所述水平方向的上支撑架20A上。
所述下柜体32包括支撑座1、电木板2、下支撑架3、有机玻璃4、平板6及把手7；所述支撑座1通过螺纹连接在所述电木板2上，所述电木板2通过螺栓固定于所述下支撑架3下方，所述把手7通过螺栓固定于所述有机玻璃4上，所述有机玻璃4通过螺栓固定在所述下支撑架3上，所述平板6通过螺钉固定在所述下支撑架3的上方。
所述水平电缸8与所述平板6左右侧面垂直，所述竖直电缸33与所述平板6前后侧面垂直，第一驱动装置10通过螺栓固定在竖直电缸33前侧，第二驱动装置11通过螺栓固定在所述水平电缸8左侧，所述第一驱动装置10与所述第二驱动装置11垂直布置。
对于任意形状的板件，本发明可通过视觉系统完成对工件信息采集，如内外轮廓线，虚拟包络矩形，正多边形，虚拟包络圆等，同时根据信息的采集，给出相应处理方法，如类圆形以及类矩形甚至是类正三角形等，均可以给出相应最好的处理方法。后通过第一和第二驱动结构驱动十字电缸上方的转动机构的平面移动，从而实现工件平面任意位置的移动，利用第三驱动装置来实现对工件放置盘的驱动，且工件固定在工件放置盘上，从而实现工件的转动，从而实现工件平面任意位置的移动以及转动。本装置无论是从智能化程度以及工作效率来看，都达到了较高的水平、能完全实现所需功能且造价不高。
本发明装置用于熔覆处理时，对于任意形状大小的工件，视觉系统总能找到一个虚拟的包络矩形或是包络圆甚至其他的包络正三角形等，同时视觉系统还能找到其相应的内外轮廓线，在熔覆处理时激光头每次扫过的路径中，所能处理的宽度是固定的，若想完成整个平面的处理，激光头所需走动的路径乘以激光头所能处理宽度应大于或等于所需处理的工件面积，在视觉系统完成图像获取时，总有一个相应的虚拟矩形和虚拟圆形框包裹整个工件，在形成虚拟矩形虚拟圆时，如矩形可以得到他的长和宽，当虚拟矩形的长和宽的比值超过1.5时，应选用虚拟矩形所对应的处理方法，对于虚拟圆，对比工件所需处理的面积与虚拟圆的面积的比值，同时比较虚拟圆和虚拟矩形面积大小，同时也求出工件所需处理的面积与虚拟矩形面积的比值，通过三组数据根据相应的情况，给出圆形或矩形的处理方法。其中圆形的处理方法是：下方的自动运行机构将工件自动运送到虚拟圆的圆心处，即激光头对准虚拟圆的圆心，根据视觉系统所获取的信息，若工件此处为孔，则激光头不工作，十字电缸顺着X或Y方向运行一段激光头所能处理宽度的距离，如此往复直至最后一层外圈，同时在确定圈数由虚拟圆半径和激光头所能处理的宽度决定，一般计算是虚拟圆半径除以激光头所能处理工件的宽度，所述数值若不为整数，应圆整为下一个整数；其中矩形的处理方法是，转动机构将工件转动到虚拟矩形的长边与选定用户工作面平行，然后十字电缸通过第一驱动装置和第二驱动装置将工件运送到激光头所对准的虚拟矩形直角处，然后所述十字电缸和激光头配合动作，根据视觉系统所获取的信息和给出的指令，每次遇到孔的位置时激光头不动作，再根据所获取的尺寸信息，求出十字电缸横竖电缸各需走多少道，即实现往复运动的电缸不影响运行道数，对于每次寸动一个激光处理的宽度的大小电缸，根据虚拟矩形的尺寸的宽除以一次激光处理的宽度数值，所得到的结果若不为整数，则圆整到下一个整数。如此往复即可实现工件的熔覆处理。
同样本发明装置还可用于板件焊接。将激光头换为焊接头并固定，视觉系统获取图像信息，根据得到的内外轮廓线，或对待焊接位置做出标记，后视觉系统发出指令，自动运行待焊接处的起始位置，因为电缸可实现X、Y方向运行，因此对于平面的任意位置，均可以达到，因此所述十字电缸可以实现轨迹的运行。本发明装置还可用于平面涂胶，其使用方法类似于板件焊接。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施实例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于板件激光熔覆处理的装置，其特征在于该装置包括下柜体(32)、十字电缸、转动机构(34)、激光熔覆机构(35)、视觉系统(36)及上支撑框架；所述十字电缸包括水平电缸(8)、竖直电缸(33)及滑块(12)，所述十字电缸通过螺钉固定在所述下柜体(32)的平板(6)上，所述滑块(12)固定在所述十字电缸的上部，所述滑块(12)与所述竖直电缸(33)固连；所述转动机构(34)包括底板(13)、支撑柱(14)、第三驱动装置(15)、胀紧套(16)、工件放置盘(19)及工件放置盒(17)，所述底板(13)通过螺钉固定在所述滑块(12)上，所述支撑柱(14)通过螺纹连接在所述底板(13)上，所述工件放置盒(17)与所述支撑柱(14)通过螺栓螺母连接，所述第三驱动装置(15)通过螺栓固定在所述工件放置盒(17)的底部，所述第三驱动装置(15)与所述工件放置盘(19)通过所述胀紧套(16)连接，所述第三驱动装置(15)与所述工件放置盘(19)及胀紧套(16)同心设置；所述上支撑框架包括垂直方向的上支撑架(20)及水平方向的上支撑架(20A)，所述垂直方向的上支撑架(20)与水平方向的上支撑架(20A)固连，所述垂直方向的上支撑架(20)的底部与短支撑(5)通过螺栓连接，所述短支撑(5)通过螺栓与所述下柜体(32)中的下支撑架(3)连接；所述激光熔覆机构(35)包括平移导轨架(30)、小滑动轴承(25)、上平板(28)、手轮(29)、丝杠(27)、L型支撑(26)、下平板(24)、激光头(37)、左右对称设置的垫板(23)、左右对称设置的大滑动轴承(22)及左右对称设置的圆柱直线导轨(21)，所述大滑动轴承(22)套装在所述圆柱直线导轨(21)上，所述大滑动轴承(22)能够在所述圆柱直线导轨(21)上运行，所述垫板(23)通过螺栓固定在所述大滑动轴承(22)上，所述平移导轨架(30)与所述垫板(23)通过螺栓固连，所述小滑动轴承(25)套装在所述平移导轨架(30)上，所述小滑动轴承(25)能够在所述平移导轨架(30)上运行，所述下平板(24)通过螺栓固定在所述小滑动轴承(25)上，所述圆柱直线导轨(21)通过螺栓与位于左右两侧的所述水平方向的上支撑架(20A)固连，所述手轮(29)固接在所述丝杠(27)上，所述丝杠(27)分别通过螺纹连接旋入所述上平板(28)的中心螺纹孔及所述下平板(24)的中心螺纹孔，所述上平板(28)的中心螺纹孔与所述下平板(24)的中心螺纹孔同心布置，所述L型支撑(26)通过螺栓固定在所述下平板(24)上，所述上平板(28)通过所述L型支撑(26)固定，所述激光头(37)设置在所述丝杠(27)前端；所述视觉系统(36)包括工业相机(9)、相机支架(31)及相机支撑架(18)，所述工业相机(9)通过螺栓安装在所述相机支架(31)上，所述相机支架(31)通过螺栓安装在所述相机支撑架(18)上，所述相机支撑架(18)通过螺栓固定在位于前端的所述水平方向的上支撑架(20A)上。
2.根据权利要求1所述一种用于板件激光熔覆处理的装置，其特征在于所述水平电缸(8)与所述平板(6)左右侧面垂直，所述竖直电缸(33)与所述平板(6)前后侧面垂直，第一驱动装置(10)通过螺栓固定在竖直电缸(33)前侧，第二驱动装置(11)通过螺栓固定在所述水平电缸(8)左侧，所述第一驱动装置(10)与所述第二驱动装置(11)垂直布置。
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