CN108381303A - 表面精加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属表面处理领域，本发明针对现有工业机器人无法检测打磨之后的工件表面，无法实现对不同毛刺进行针对性的打磨的技术问题，提供了一种表面精加工方法，包括如下步骤：S1起始步骤：将工件放置到第一电极板的下方，间距检测模块检测第一电极板与工件表面的间距，并反馈至控制模块，控制模块通过控制液压泵的工作状态，调整调节杆的长度；S2调整步骤：通过电场发生模块使得被加工的工件表面带上电荷，如果在工件的表面上存在毛刺，在工件带上电荷后，由于尖端放电原理，在毛刺的位置会聚集大量的电荷，并且击穿空气，电荷转移到第一电极板上，第一电极板通过导线与电磁铁连通。

Description

表面精加工方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，具体涉及一种表面精加工方法。

背景技术

在金属加工过程中，比较重要的一个步骤就是表面处理，尤其是表面的毛刺处理。在去毛刺处理的方法中，去毛刺机器人由于其具备易于实现产业化生产，加工效率高，便于规模化应用等特点，在今年来得到了长足的发展。

中国专利公开号为CN106695477A的文献中，公开了一种金属板材表面的打磨加工方法，通过打磨装置进行打磨，其包括左右两个侧板、传动机构、驱动机构、打磨机构以及升降工作台机构，在确定打磨位置之后，启动电机，通过驱动机构中联轴器使主动轮旋转，并利用带的传动作用带动从动轮旋转运动，从动轮则带动丝杠旋转，从而对板材表面进行反复打磨。该发明可以依据产品的自身特点和打磨需求调整打磨方向，实现板材的多自由度打磨，改善了现有自动打磨机的打磨局限，降低工人劳动强度，提高生产效率，保证产品生产质量。

但是在上述方案中，虽然能够对工件的表面进行打磨，但是还存在无法检测打磨之后的工件表面，无法实现对不同毛刺进行针对性的打磨。

发明内容

本发明针对现有工业机器人无法检测打磨之后的工件表面，无法实现对不同毛刺进行针对性的打磨的技术问题，提供了一种表面精加工方法。

本发明提供的基础方案为：表面精加工方法，包括如下步骤：

S1起始步骤：将工件放置到第一电极板的下方，间距检测模块检测第一电极板与工件表面的间距，并反馈至控制模块，控制模块通过控制液压泵的工作状态，调整调节杆的长度；

S2调整步骤：通过电场发生模块使得被加工的工件表面带上电荷，如果在工件的表面上存在毛刺，在工件带上电荷后，由于尖端放电原理，在毛刺的位置会聚集大量的电荷，并且击穿空气，电荷转移到第一电极板上，第一电极板通过导线与电磁铁连通，在电荷转移到第一电极板后，第一电极板上和电磁铁之间就产生了电流；

S3研磨加工步骤：电磁铁产生与固定在调节座下表面的磁铁相反的磁场，使得弹簧伸长，研磨辊与工件的表面接触，研磨辊在研磨驱动电机的带动下，对工件的表面进行研磨处理，去除工件表面的毛刺；

S4提醒步骤：在研磨辊加工完成后，第二电极板对加工完成后的工件表面进行检测，如果被加工后的工件表面依然存在毛刺，那么第二电极板连接的电流检测装置就会检测到这一情况，并反馈控制模块，控制模块控制报警装置提醒工作人员。

本发明的优点在于：间距检测模块检测第一电极板与工件表面的间距，并反馈至控制模块，控制模块通过控制液压泵的工作状态，调整调节杆的长度，即调整调节座与工件间距，保证第一电极板与工件的间距达到预设值，具体的算法的话可以通过PID控制算法实现。

电场发生模块使得被加工的工件表面带上电荷，利用尖端放电的原理，如果在工件的表面上存在毛刺，使得工件的表面不平整，第一电极板与工件的表面的间距又保持一个预设值，在工件带上电荷后，由于尖端放电原理，在毛刺的位置会聚集大量的电荷，并且击穿空气，电荷转移到第一电极板上。由于第一电极板通过导线与电磁铁连通，在电荷转移到第一电极板后，第一电极板上和电磁铁之间就产生了电流，电磁铁开始工作。

电磁铁在有电流后，产生与固定在调节座下表面的磁铁相反的磁场，产生斥力，使得弹簧伸长，即研磨辊、连接杆向下移动，使得研磨辊与工件的表面接触，研磨辊在研磨驱动电机的带动下，对工件的表面进行研磨处理，去除工件表面的毛刺。

在连接杆与磁铁之间设置的弹簧还需要说明一下。众所周知，弹簧在受力情况发生突变后，其本身具有一定延迟性。具体的表现为，将一截弹簧竖直挂上，让其自然舒展，突然取消弹簧上方的拉力，在这种情况下，弹簧的掉落过程中，从上方向下回收，当回收完毕后，才会向下掉落。在本方案中也应用到弹簧不会突变的特性，配合底座的移动，能够保证，在第一电极板检测到毛刺之后，研磨辊能够在一定延时后对该处的毛刺进行研磨处理(即弹簧的形变延时会比底座移动过程中的延时短)。

在研磨辊加工完成后，第二电极板的工作原理与第一电极板的工作原理基本类似，对加工完成后的工件表面进行检测，如果被加工后的工件表面依然存在毛刺，那么第二电极板连接的电流检测装置就会检测到这一情况，并反馈控制模块，控制模块控制报警装置提醒工作人员未能将工件表面清理干净，让工作人员再次清理，保证工件表面处理的加工质量。

本发明表面精加工方法，通过间距检测模块、控制模块以及液压泵相互配合，使得调节座可以与工件表面保持一个预设间距；通过电场发生模块让被加工的工件表面带上电荷，利用工件表面如果存在毛刺就会出现尖端放电，使得第一电极板上产生电流，使得电磁铁工作，产生与磁铁相斥的力，让研磨辊向下运动与工件充分的接触，研磨掉工件表面的毛刺。在这个过程中，工件上的毛刺越尖锐(越长)，通过第一电极板的电流就越大，电磁铁产生的斥力也会越大，研磨辊与工件之间的压力也会越大，即能够根据毛刺的尖锐程度(大小)，针对不同的毛刺，改变研磨辊对工件的压力，进行针对性的打磨，在保证去毛刺效果的同时又不会损伤工件。并且通过设置结果反馈单元，能够对研磨之后的工件的表面进行检测，保证了对工件的加工质量。

进一步，S2调整步骤、S3研磨加工步骤循环三次。

多次处理能够提升研磨效果。在第一次没有处理干净时，第二次能够及时进行补充加工。如果第二次已经将工件表面处理干净，工件表面无毛刺之后，第三次就不会触发，不会对工件的表面进行过度的加工。

进一步，在S1起始步骤中，所述间距检测模块为超声波测距模块。

超声波模块的最小量程可以在1cm以下，在本方案中第一电极板与工件表面的间距也保持在1cm左右。

进一步，还包括S2-1位置调整步骤，在机架上设置有滑轨，滑轨与机架可拆卸连接，滑轨上设置底座，在底座上设置滑轮，通过伺服电机驱动滑轮转动，最终使得第一电极板以及研磨辊相对于工件移动。

这样的设计能够方便对工件的表面进行加工，机架上设置的滑轨，滑轨与机架可拆卸连接，根据被加工工件的具体情况调整滑轨在机架上的安装位置，方便工人使用。底座上设置的滑轮与伺服电机配合，能够实现通过控制器控制伺服电机(或者说底座)的运动速度和运动状态。

进一步，在S4提醒步骤中，所述报警装置为蜂鸣器。

这样的设计能够提醒工作人员工件的加工质量不过关，提醒工作人员再次加工，保证工件的加工质量。

进一步，在S4提醒步骤中，第二电极板与工件表面的间距小于第一电极板与工件表面的间距。

这样的设计能够让第二电极板对加工完成后的工件表面进行更加严格的检测，保证工件的加工质量。

附图说明

图1为本发明表面精加工方法的逻辑框图；

图2为实现本发明的装置的机构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：机架10、底座11、调节座12、调节杆13、第一电极板20、研磨单元21、磁铁30、连接杆31、电磁铁32、第二电极板40、超声波测距模块50。

实施例基本如附图1所示：表面精加工方法，包括如下步骤：

S1起始步骤：将工件放置到第一电极板的下方，间距检测模块检测第一电极板与工件表面的间距，并反馈至控制模块，控制模块通过控制液压泵的工作状态，调整调节杆的长度，所述间距检测模块为超声波测距模块；

S2调整步骤：通过电场发生模块使得被加工的工件表面带上电荷，如果在工件的表面上存在毛刺，在工件带上电荷后，由于尖端放电原理，在毛刺的位置会聚集大量的电荷，并且击穿空气，电荷转移到第一电极板上，第一电极板通过导线与电磁铁连通，在电荷转移到第一电极板后，第一电极板上和电磁铁之间就产生了电流；

S2-1位置调整步骤，在机架上设置有滑轨，滑轨与机架可拆卸连接，所述底座上设有滑轮，所述伺服电机驱动滑轮转动，最终使得第一电极板以及研磨辊相对于工件移动；

S3研磨加工步骤：电磁铁产生与固定在调节座下表面的磁铁相反的磁场，使得弹簧伸长，研磨辊与工件的表面接触，研磨辊在研磨驱动电机的带动下，对工件的表面进行研磨处理，去除工件表面的毛刺，S2调整步骤、S2-1位置调整步骤以及S3研磨加工步骤循环三次；

S4提醒步骤：在研磨辊加工完成后，第二电极板对加工完成后的工件表面进行检测，如果被加工后的工件表面依然存在毛刺，那么第二电极板连接的电流检测装置就会检测到这一情况，并反馈控制模块，控制模块控制报警装置提醒工作人员，所述报警装置为蜂鸣器，第二电极板与工件表面的间距小于第一电极板与工件表面的间距。

具体使用时，为实现上述方法，我们还公开了一种为实现上述方法的加工装置(如图2所示)，包括：机架10、检测研磨单元21、研磨间距调整模块、结果反馈单元、间距检测模块、控制模块以及电场发生模块，机架10上滑动连接有底座11，底座11与机架10之间设置有用于驱动底座11移动的移动机构，底座11上设置有调节座12，调节座12与底座11之间设置有调节杆13，调节杆13的两端分别与调节座12和底座11固定连接，调节杆13为液压杆，调节杆13连接有可驱动调节杆13伸缩的液压泵。

具体的，机架10固定在地面上，所述移动机构为伺服电机，所述机架10上设置有滑轨，滑轨与机架10通过螺栓固定，所述底座11上设有滑轮，所述伺服电机驱动滑轮转动。具体的，本实施例中，液压泵的型号选用的是EP-X2电动液压泵，其可以根据控制模块的信号调整调节杆13的长度。

检测研磨单元21包括检测单元和研磨单元21，检测单元包括第一电极板20，第一电极板20与调节座12固定连接，研磨单元21包括研磨辊和驱动研磨辊转动的研磨驱动电机。具体而言，第一电极板20选用的是规格为1cm*5cm铜板，具体厚度为5mm。研磨单元21选用的是型号为砂磨机R-7310A，其自带研磨辊和研磨驱动电机。在另一优选的实施例中，研磨驱动电机的转速或者功率也是受到控制模块控制的，具体控制逻辑为，当第一电极板20上有电流时(即在第一电极板20与电磁铁32的电路上设置一个电流表，电流表与控制模块信号连接，电流表输出的信号经AD转化后，控制模块识别到)，然后才启动研磨电机，这样的方案能够节约研磨电机的功率。但是这个方案对于电流表的要求比较高(普通的电流表由于击穿第一电极板20的电压不稳定，电流也不稳定，容易损坏电流表)，导致成本高，目前还在实验中，等我们找到合适的电流表之后，会继续进行优化。

研磨间距调整模块设置在研磨驱动电机与调节座12之间，研磨间距调整模块包括磁铁30、连接杆31和通电后与磁铁30产生斥力的电磁铁32，磁铁30固定在调节座12的下表面，磁铁30与电磁铁32之间固设有弹簧，弹簧的底端与连接杆31固定连接，研磨驱动电机固定安装在连接杆31上，研磨辊与连接杆31转动连接，所述电磁铁32与第一电极板20之间通过导线连通。具体的，本实施例中研磨间距调整模块其要实现的是通过第一电极板20上反馈的电流，使得电磁铁32工作，使得研磨单元21与工件基础，对工件的表面进行处理。电磁铁32是固定在连接杆31上。

结果反馈单元包括第二电极板40，第二电极板40固定在调节座12上，结果反馈单元用于检测经过研磨单元21处理后的工件表面是否光滑，第二电极板40连接有电流检测装置。具体的，第二电极板40的材料与第一电极板20的材料相同，但是规格选用的是2cm*5cm的，增大第二电极板40的面积，能够更好的检测工件表面的加工情况。

检测间距模块用于检测第一电极板20与工件表面的间距并发送间距信号；所述间距检测模块为超声波测距模块50。调节座12与工件的表面保持一个稳定的间距，通过一个超声波测距模块50，使得第一电极板20、研磨单元21均与工件保持一个合适的间距，本实施例中第一电极板20与工件的间距为1cm，通常来说毛刺的长度在3-5cm左右，这样的设计能够避免碰到毛刺，又能够利用尖端放电让第一电极板20或者第二电极板40通电。

控制模块与液压泵电连接，控制模块与电流检测装置电连接，所述控制模块还电连接有报警装置，控制模块用于接收间距检测模块发送的间距信号，并根据间距信号控制液压泵的工作状态。所述报警装置为蜂鸣器，所述磁铁30为铷铁硼永磁体。用于持续使得被加工的工件表面带上电荷。电场发生模块为整流器。具体控制模块选用的是PLC西门子的控制器，具体型号为S7-200西门子PLC。

其中，第一电极板20与研磨辊距离工件表面的间距相等，第二电极板40与工件表面的间距小于第一电极板20与工件表面的间距(具体而言，第一电极板20与工件的间距为1cm，第二电极板40与工件的间距为0.8cm)，所述检测研磨单元21有三个，所述检测研磨单元21按照时间顺序依次对工件进行处理。

具体使用时，首先将需要加工的工件放置到第一电极板20下方，由于滑轨是通过螺栓固定在机架10上的，因此可以通过拆卸再次安装的方式调整多个滑轨的安装，以适应不同宽度的工件。然后启动整流器(其实更清楚一点，就是一个直流稳压电源)，使得工件的表面带上200V的电压(本实施例中是处于安全考虑，最高可以选用1kV的电压，但是这种电压情况下，非常危险，选用哦200V在保证安全的前提下基本已经够用了，如果要进一步提高电压，整个加工区域就不能有人员走动了)。

然后间距检测模块检测第一电极板20与工件表面的间距，并反馈至控制模块，控制模块通过控制液压泵的工作状态，调整调节杆13的长度，即调整调节座12与工件间距，保证第一电极板20与工件的间距达到预设值，具体的算法的话可以通过PID控制算法实现。电场发生模块使得被加工的工件表面带上电荷，利用尖端放电的原理，如果在工件的表面上存在毛刺，使得工件的表面不平整，第一电极板20与工件的表面的间距又保持一个预设值，在工件带上电荷后，由于尖端放电原理，在毛刺的位置会聚集大量的电荷，并且击穿空气，电荷转移到第一电极板20上。由于第一电极板20通过导线与电磁铁32连通，在电荷转移到第一电极板20后，第一电极板20上和电磁铁32之间就产生了电流，电磁铁32开始工作。

电磁铁32在有电流后，产生与固定在调节座12下表面的磁铁30相反的磁场，产生斥力，使得弹簧伸长，即研磨辊、连接杆31向下移动，使得研磨辊与工件的表面接触，研磨辊在研磨驱动电机的带动下，对工件的表面进行研磨处理，去除工件表面的毛刺。在连接杆31与磁铁30之间设置的弹簧还需要说明一下。众所周知，弹簧在受力情况发生突变后，其本身具有一定延迟性。具体的表现为，将一截弹簧竖直挂上，让其自然舒展，突然取消弹簧上方的拉力，在这种情况下，弹簧的掉落过程中，从上方向下回收，当回收完毕后，才会向下掉落。在本方案中也应用到弹簧不会突变的特性，配合底座11的移动，能够保证，在第一电极板20检测到毛刺之后，研磨辊能够在一定延时后对该处的毛刺进行研磨处理(即弹簧的形变延时会比底座11移动过程中的延时短)。

在研磨辊加工完成后，第二电极板40的工作原理与第一电极板20的工作原理基本类似，对加工完成后的工件表面进行检测，如果被加工后的工件表面依然存在毛刺，那么第二电极板40连接的电流检测装置就会检测到这一情况，并反馈控制模块，控制模块控制报警装置提醒工作人员未能将工件表面清理干净，保证工件表面处理的加工质量。

即在本实施例中，通过电场发生模块让被加工的工件表面带上电荷，利用工件表面如果存在毛刺就会出现尖端放电，使得第一电极板20上产生电流，使得电磁铁32工作，产生与磁铁30相斥的力，让研磨辊向下运动与工件充分的接触，研磨掉工件表面的毛刺。在这个过程中，工件上的毛刺越尖锐(越长)，通过第一电极板20的电流就越大，电磁铁32产生的斥力也会越大，研磨辊与工件之间的压力也会越大，即能够根据毛刺的尖锐程度(大小)，针对不同的毛刺，改变研磨辊对工件的压力，进行针对性的打磨，在保证去毛刺效果的同时又不会损伤工件。并且通过设置结果反馈单元，能够对研磨之后的工件的表面进行检测，保证了对工件的加工质量。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.表面精加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1起始步骤：将工件放置到第一电极板的下方，间距检测模块检测第一电极板与工件表面的间距，并反馈至控制模块，控制模块通过控制液压泵的工作状态，调整调节杆的长度；

S2调整步骤：通过电场发生模块使得被加工的工件表面带上电荷，如果在工件的表面上存在毛刺，在工件带上电荷后，由于尖端放电原理，在毛刺的位置会聚集大量的电荷，并且击穿空气，电荷转移到第一电极板上，第一电极板通过导线与电磁铁连通，在电荷转移到第一电极板后，第一电极板上和电磁铁之间就产生了电流；

S3研磨加工步骤：电磁铁产生与固定在调节座下表面的磁铁相反的磁场，使得弹簧伸长，研磨辊与工件的表面接触，研磨辊在研磨驱动电机的带动下，对工件的表面进行研磨处理，去除工件表面的毛刺；

S4提醒步骤：在研磨辊加工完成后，第二电极板对加工完成后的工件表面进行检测，如果被加工后的工件表面依然存在毛刺，那么第二电极板连接的电流检测装置就会检测到这一情况，并反馈控制模块，控制模块控制报警装置提醒工作人员。

2.根据权利要求1所述的表面精加工方法，其特征在于：S2调整步骤、S3研磨加工步骤循环三次。

3.根据权利要求1所述的表面精加工方法，其特征在于：在S1起始步骤中，所述间距检测模块为超声波测距模块。

4.根据权利要求1所述的表面精加工方法，其特征在于：还包括S2-1位置调整步骤，在机架上设置有滑轨，滑轨与机架可拆卸连接，滑轨上设置底座，在底座上设置滑轮，通过伺服电机驱动滑轮转动，最终使得第一电极板以及研磨辊相对于工件移动。

5.根据权利要求1所述的表面精加工方法，其特征在于：在S4提醒步骤中，所述报警装置为蜂鸣器。

6.根据权利要求1所述的表面精加工方法，其特征在于：在S4提醒步骤中，第二电极板与工件表面的间距小于第一电极板与工件表面的间距。