CN107866717A - 一种水轮机叶片自动打磨系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水轮机叶片自动打磨系统，包括装夹平台、工业机器人、打磨控制系统和视觉图像系统，其中，装夹平台用作对待打磨的水轮机叶片进行定位装夹；工业机器人上装夹有打磨机构，工业机器人受打磨控制系统的控制、用作对装夹平台上所装夹的叶片进行打磨；打磨控制系统针对待打磨叶片的当前打磨面，用作规划对应的打磨路径，将规划好的打磨路径转化为工业机器人的打磨动作控制程序、输送给工业机器人；视觉图像系统用作检测打磨质量并反馈给打磨控制系统。本发明能够对精密铸造成型的反击式水轮机叶片表面进行自动、智能化的统一标准的打磨处理，有利于精准、可靠地提高叶片表面的打磨质量。

Description

一种水轮机叶片自动打磨系统

技术领域

本发明涉及自动打磨技术，具体是一种水轮机叶片的自动打磨系统。

背景技术

反击式水轮机的叶片是转轮中的核心零部件，其用作将水流动能转换为旋转机械能。由于反击式水轮机的叶片需要长期服役于高压水的反复冲击环境中，因而要求其具有良好的机械性能、耐空化性能、耐腐蚀性能和耐磨损性能等，基于此，反击式水轮机的叶片通常是以精密铸造方式成型的。

精密铸造而成的反击式水轮机叶片在探伤精加工之前，其表面具有氧化层和多余加工余量等表面缺陷的存在，这些表面缺陷在探伤检测之前必须要做打磨清除处理。

目前，反击式水轮机叶片表面的打磨操作主要是以人工打磨的方式实现的，其不仅打磨效率低、工人劳动强度大、打磨周期长、经济性差；而且，众所周知的，人工打磨的打磨质量完全取决于作业人员的个人技术水准，同一作业人员对不同打磨部位的先后打磨质量及不同作业人员的打磨质量很难实现一致化，这就使得人工对叶片表面的打磨质量无法实现统一化，导致叶片表面的打磨质量不稳定、不可靠，不利于后续的精加工处理。

发明内容

本发明的技术目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种操作容易、方便高效、经济实用、自动智能化、打磨质量稳定且可靠的水轮机叶片自动打磨系统。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是，一种水轮机叶片自动打磨系统，所述自动打磨系统包括：

-装夹平台，所述装夹平台用作对待打磨的水轮机叶片进行定位装夹；

-工业机器人，所述工业机器人上装夹有打磨机构，所述工业机器人受打磨控制系统的控制、用作对装夹平台上所装夹的叶片进行打磨；

-打磨控制系统，所述打磨控制系统内预存储有装夹平台上所装夹的待打磨叶片的设计三维模型，以此设计三维模型作为打磨基准；所述打磨控制系统以装夹平台所装夹的待打磨叶片的当前打磨面建立打磨坐标，以建立的打磨坐标对待打磨叶片的当前打磨面规划打磨路径，所述打磨路径的规划以恒力打磨作为基准；所述打磨控制系统将规划好的打磨路径转化为工业机器人的打磨动作控制程序、输送给工业机器人；

-视觉图像系统，所述视觉图像系统内预存储有装夹平台上所装夹的待打磨叶片的设计三维模型，以此设计三维模型作为打磨基准；所述视觉图像系统用作对装夹平台上所装夹的已打磨叶片的当前打磨面进行图像扫描，依据所扫描的图像信息建立当前打磨面的实时三维模型；所述视觉图像系统将实时三维模型与基准模型中的对应面进行比较分析，若比较分析中存在打磨缺失部位，则视觉图像系统将当前打磨面上的打磨缺失部位输送给打磨控制系统，由打磨控制系统针对各打磨缺失部位而控制工业机器人进行补充打磨，直至叶片当前打磨面的打磨效果吻合与设计要求。

作为优选方案之一，所述工业机器人的手部装配有六轴力-力矩传感器，所述六轴力-力矩传感器用作实时检测工业机器人对叶片的打磨力矩，所述六轴力-力矩传感器的实时检测信息由打磨控制系统采集，所述打磨控制系统根据六轴力-力矩传感器的实时检测信息的变化而优化调整工业机器人对叶片的打磨路径，使工业机器人对叶片的打磨保持恒力打磨。

作为优选方案之一，所述装夹平台的外周设有U型导轨，所述U型导轨与工业机器人的底座滑动装配，所述工业机器人与控制柜之间连接有线缆拖带。

作为优选方案之一，所述工业机器人为六自由度的工业机器人。

作为优选方案之一，所述视觉图像系统的图像扫描器布置在装夹平台上方的安装架上，所述图像扫描器在安装架上对应下方所装夹的叶片。

作为优选方案之一，所述打磨路径的规划方式是以打磨控制系统内所预存储的设计三维模型An[X,Y,Z]和视觉图像系统扫描所得的实时三维模型，对待打磨叶片的当前打磨面建立打磨坐标，确定出变换矩阵，以变换矩阵而得到待打磨叶片当前打磨面的打磨模型Bn[x,y,z]，该打磨模型即为实际打磨路径。

作为优选方案之一，所述打磨机构主要由打磨电机和装配在打磨电机输出轴上的打磨头组成。进一步的，所述打磨电机的输出轴为销接式的伸缩杆结构、其长度可调。

本发明的有益技术效果是：

1. 本发明基于现有成熟的工业机器人，对精密铸造成型的反击式水轮机叶片表面进行自动、智能化的统一标准的打磨处理，打磨完成后的叶片表面又经视觉图像处理系统进行检测把控，从而使叶片表面的打磨得到全面、有效、稳定、可靠的保证，有利于精准、可靠地提高叶片表面的打磨质量，而且整个打磨操作过程简单、容易、方便、高效，工人劳动强度轻，经济效益突出，实用性强；

2. 本发明以工业机器人所携带的六轴力-力矩传感器对工业机器人的打磨力矩进行实时检测，从而能够使控制工业机器人打磨动作的打磨控制系统实时、灵活、可靠地优化调整工业机器人对叶片表面的打磨路径，确保工业机器人对叶片表面的打磨稳定、可靠地保持恒力打磨，进一步精准、可靠地提高了叶片表面的打磨质量；

3. 本发明通过U型导轨可以使工业机器人灵活、多向的绕装夹平台动作，有利于使工业机器人在多方向对叶片表面实现灵活、全面、精准地可靠打磨，以减少装夹平台上所装夹叶片的翻动次数，提高打磨效率；此外，本发明打磨电机的输出轴结构能够有效地减少打磨中的位置干涉问题，使打磨头的装夹更为灵活、方便。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图中代号含义：1—装夹平台；2—叶片；3—U型导轨；4—工业机器人；5—线缆拖带；6—六轴力-力矩传感器；7—打磨电机；8—打磨头；9—控制柜；10—安装架；11—图像扫描器。

具体实施方式

本发明涉及自动打磨技术，具体是一种水轮机叶片的自动打磨系统，其用作对精密铸造成型的反击式水轮机叶片表面进行打磨处理。下面结合说明书附图-即图1对本发明的技术内容进行详细、清楚地说明。

参见图1所示，本发明包括装夹平台1、工业机器人4、打磨控制系统、视觉图像系统和打磨机构。

其中，装夹平台1用作对待打磨的叶片2进行定位装夹，叶片2通过定位构件和装夹构件稳定的装夹固定在装夹平台1上。装夹平台1的外周设置有半包装夹平台1周向的U型导轨3，该U型导轨3用作与工业机器人4的底座滑动装配，在U型导轨3旁侧设置有控制柜9。装夹平台1的上方设有安装架10，该安装架10上装配有视觉图像系统的图像扫描器11，图像扫描器11装配在安装架10、对应下方装夹平台1所装夹的叶片2；前述图像扫描器11为工业相机。

工业机器人4为六自由度的工业机器人。工业机器人4的底座滑动装配在上述U型导轨3上，工业机器人4与U型导轨3旁侧的控制柜9之间连接有线缆拖带5。工业机器人4的手部装夹有打磨机构，工业机器人4受打磨控制系统的控制，工业机器人4通过打磨机构对装夹平台1上所装夹的叶片2进行打磨处理。工业机器人4的手部装配有六轴力-力矩传感器6，该六轴力-力矩传感器6用作实时检测工业机器人4对叶片2的打磨力矩。

打磨控制系统以可操作的包括计算机在内的终端设备作为载体。打磨控制系统包括如下几项功能：

-打磨控制系统内预存储有装夹平台1上所装夹的待打磨叶片2的设计三维模型，以此设计三维模型作为打磨基准；

-打磨控制系统以装夹平台1所装夹的待打磨叶片2的当前打磨面建立打磨坐标，以建立的打磨坐标对待打磨叶片2的当前打磨面规划打磨路径，该打磨路径的规划以恒力打磨作为基准，具体的，打磨路径的规划方式是以打磨控制系统内所预存储的设计三维模型An[X,Y,Z]和视觉图像系统扫描所得的实时三维模型，对待打磨叶片2的当前打磨面建立打磨坐标，以此确定出当前打磨面的变换矩阵，以变换矩阵而得到待打磨叶片2当前打磨面的打磨模型Bn[x,y,z]，该打磨模型即为实际打磨路径；

-打磨控制系统将规划好的打磨路径转化为工业机器人4的打磨动作控制程序、并将之输送给工业机器人4的控制柜9，通过控制柜9控制工业机器人4进行对应的打磨动作；

-打磨控制系统对工业机器人4上的六轴力-力矩传感器6的实时检测信息进行采集，即在打磨过程中，由六轴力-力矩传感器6将工业机器人4对叶片的实时打磨力矩信息检测并输送给打磨控制系统，打磨控制系统根据六轴力-力矩传感器6的实时检测信息的变化，而优化调整规划好的工业机器人4对叶片2的打磨路径，使工业机器人4对叶片2的打磨保持恒力打磨。

视觉图像系统以可操作的包括计算机在内的终端设备作为载体。视觉图像系统包括如下几项功能：

-视觉图像系统内预存储有装夹平台1上所装夹的待打磨叶片2的设计三维模型，以此设计三维模型作为打磨基准；

-视觉图像系统通过外置在装夹平台1上方的图像扫描器11，对装夹平台1上所装夹的已打磨叶片2的当前打磨面进行图像扫描，即叶片2的当前打磨面打磨完毕后，由视觉图像系统通过图像扫描器11对叶片2的当前打磨进行图像扫描，依据所扫描的图像信息建立当前打磨面的实时三维模型；

-视觉图像系统将实时三维模型与基准模型中的对应面进行比较分析；若比较分析结果显示实时三维模型与基准模型中的对应面吻合一致，则叶片的当前打磨面打磨完毕，进行下一个打磨面的打磨；若比较分析结果显示实时三维模型与基准模型中的对应面存在差异，即存在有打磨缺失部位，则视觉图像系统将当前打磨面上的打磨缺失部位信息输送给打磨控制系统，由打磨控制系统针对每一打磨缺失部位而建立打磨坐标，以建立的打磨坐标对叶片2当前打磨面上的对应打磨缺失部位规划打磨路径，该打磨路径的规划同样以恒力打磨作为基准，具体的，打磨路径的规划方式是以打磨控制系统内所预存储的设计三维模型An[X,Y,Z]和视觉图像系统扫描所得的实时三维模型，对待打磨叶片2当前打磨面的打磨缺失部位建立打磨坐标，以此确定出当前打磨面的打磨缺失部位的变换矩阵，以变换矩阵而得到待打磨叶片2当前打磨面的打磨缺失部位的打磨模型Bn[x,y,z]，该打磨模型即为打磨缺失部位的实际打磨路径；打磨控制系统将针对对应打磨缺失部位的、规划好的打磨路径转化为工业机器人4的打磨动作控制程序、并将之输送给工业机器人4的控制柜9，通过控制柜9控制工业机器人4对对应打磨缺失部位进行补充打磨，补充打磨完成后由视觉图像系统进行再次比较分析；如此重复，直至各打磨缺失部位的实时三维模型与基准模型中对应面的对应部位吻合一致，则叶片的当前打磨面打磨完毕。

打磨机构主要由打磨电机7和装配在打磨电机7输出轴上的打磨头8组成，为了方便打磨头8的装夹，打磨电机7的输出轴为销接式的伸缩杆结构、其长度可调，具体的，打磨电机7的输出轴由具有至少两节轴杆，除尾端轴杆不做特定要求外，其它轴杆均为空心轴杆，相邻两节轴杆之间通过径向进给的锁紧销连接、定位，以此实现输出轴的轴向长度调整。打磨机构的打磨动作由U型导轨3旁侧的控制柜9控制。

以上具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种水轮机叶片自动打磨系统，其特征在于，所述自动打磨系统包括：

-装夹平台（1），所述装夹平台（1）用作对待打磨的水轮机叶片（2）进行定位装夹；

-工业机器人（4），所述工业机器人（4）上装夹有打磨机构，所述工业机器人（4）受打磨控制系统的控制、用作对装夹平台（1）上所装夹的叶片（2）进行打磨；

-打磨控制系统，所述打磨控制系统内预存储有装夹平台（1）上所装夹的待打磨叶片（2）的设计三维模型，以此设计三维模型作为打磨基准；所述打磨控制系统以装夹平台（1）所装夹的待打磨叶片（2）的当前打磨面建立打磨坐标，以建立的打磨坐标对待打磨叶片（2）的当前打磨面规划打磨路径，所述打磨路径的规划以恒力打磨作为基准；所述打磨控制系统将规划好的打磨路径转化为工业机器人（4）的打磨动作控制程序、输送给工业机器人（4）；

-视觉图像系统，所述视觉图像系统内预存储有装夹平台（1）上所装夹的待打磨叶片（2）的设计三维模型，以此设计三维模型作为打磨基准；所述视觉图像系统用作对装夹平台（1）上所装夹的已打磨叶片（2）的当前打磨面进行图像扫描，依据所扫描的图像信息建立当前打磨面的实时三维模型；所述视觉图像系统将实时三维模型与基准模型中的对应面进行比较分析，若比较分析中存在打磨缺失部位，则视觉图像系统将当前打磨面上的打磨缺失部位输送给打磨控制系统，由打磨控制系统针对各打磨缺失部位而控制工业机器人（4）进行补充打磨，直至叶片当前打磨面的打磨效果吻合与设计要求。

2.根据权利要求1所述水轮机叶片自动打磨系统，其特征在于，所述工业机器人（4）的手部装配有六轴力-力矩传感器（6），所述六轴力-力矩传感器（6）用作实时检测工业机器人（4）对叶片（2）的打磨力矩，所述六轴力-力矩传感器（6）的实时检测信息由打磨控制系统采集，所述打磨控制系统根据六轴力-力矩传感器（6）的实时检测信息的变化而优化调整工业机器人（4）对叶片（2）的打磨路径，使工业机器人（4）对叶片（2）的打磨保持恒力打磨。

3.根据权利要求1所述水轮机叶片自动打磨系统，其特征在于，所述装夹平台（1）的外周设有U型导轨（3），所述U型导轨（3）与工业机器人（4）的底座滑动装配，所述工业机器人（4）与控制柜（9）之间连接有线缆拖带（5）。

4.根据权利要求1、2或3所述水轮机叶片自动打磨系统，其特征在于，所述工业机器人（4）为六自由度的工业机器人。

5.根据权利要求1所述水轮机叶片自动打磨系统，其特征在于，所述视觉图像系统的图像扫描器（11）布置在装夹平台（1）上方的安装架（10）上，所述图像扫描器（11）在安装架（10）上对应下方所装夹的叶片（2）。

6.根据权利要求1所述水轮机叶片自动打磨系统，其特征在于，所述打磨机构主要由打磨电机（7）和装配在打磨电机（7）输出轴上的打磨头（8）组成。

7.根据权利要求6所述水轮机叶片自动打磨系统，其特征在于，所述打磨电机（7）的输出轴为销接式的伸缩杆结构、其长度可调。