CN108481118B - 用于表面处理的工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属的表面处理技术领域，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，提供了一种用于表面处理的工业机器人，包括：机架，机架上滑动连接有底座，底座与机架之间设置有用于驱动底座移动的移动机构，底座上设置有调节座，调节座与底座之间设置有调节杆，调节杆的两端分别与调节座和底座固定连接，调节杆为液压杆，调节杆连接有可驱动调节杆伸缩的液压泵；检测研磨单元，检测研磨单元包括检测单元和研磨单元，检测单元包括第一电极板，第一电极板与调节座固定连接，研磨单元包括研磨辊和驱动研磨辊转动的研磨驱动电机。

Description

用于表面处理的工业机器人

技术领域

本发明涉及金属的表面处理技术领域，具体涉及一种用于表面处理的工业机器人。

背景技术

目前，在金属工件的加工过程中所形成的毛刺，通常是通过人工的方式进行手动去除的，具体而言，是由人工用砂纸等对金属工件进行打磨，这种人工打磨方式，不仅劳动强度大，打磨效率低，而且容易对工件造成损坏。

针对上述情况，后来行业内有开了更多的去毛刺技术，如化学去毛刺、电解去毛刺、超声波去毛刺、高压水喷射去毛刺、热爆炸去毛刺、冷冻修边去毛刺、磁力去毛刺、去毛刺机器人等技术。

在上述技术中，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。如中国专利公开号为CN103372797A的文献中，公开了一种打磨机器人，用以对工件的多个表面进行打磨处理。该打磨机器人包括控制座、与控制座活动连接的机械臂，及装设于该机械臂末端的打磨装置，该打磨装置包括壳体、装设于该壳体内的电磁阀、第一打磨机构及第二打磨机构，该壳体上设有第一安装部和第二安装部，该第一打磨机构部分装设于该第一安装部内，该第二打磨机构部分装设于该第二安装部内，以使该第一打磨机构与该第二打磨机构呈一定角度设置，并与该电磁阀相连接；该电磁阀与该控制座电性连接，用以控制该第一打磨机构及该第二打磨机构对工件进行打磨作业。该打磨机器人能够机械化、且打磨效率较高。

但是在上述装置中，由于第一打磨机构和第二打磨机构直接对工件的表面进行打磨，虽然能够实现对工件的多个表面进行打磨，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，提供了一种用于表面处理的工业机器人。

本发明提供的基础方案为：用于表面处理的工业机器人，包括：

机架，机架上滑动连接有底座，底座与机架之间设置有用于驱动底座移动的移动机构，底座上设置有调节座，调节座与底座之间设置有调节杆，调节杆的两端分别与调节座和底座固定连接，调节杆为液压杆，调节杆连接有可驱动调节杆伸缩的液压泵；

检测研磨单元，检测研磨单元包括检测单元和研磨单元，检测单元包括第一电极板，第一电极板与调节座固定连接，研磨单元包括研磨辊和驱动研磨辊转动的研磨驱动电机；

研磨间距调整模块，研磨间距调整模块设置在研磨驱动电机与调节座之间，研磨间距调整模块包括磁铁、连接杆和通电后与磁铁产生斥力的电磁铁，磁铁固定在调节座的下表面，磁铁与电磁铁之间固设有弹簧，弹簧的底端与连接杆固定连接，研磨驱动电机固定安装在连接杆上，研磨辊与连接杆转动连接，所述电磁铁与第一电极板之间通过导线连通，电磁铁与连接杆固定连接；

结果反馈单元，结果反馈单元包括第二电极板，第二电极板固定在调节座上，结果反馈单元用于检测经过研磨单元处理后的工件表面是否光滑，第二电极板连接有电流检测装置；

间距检测模块，间距检测模块用于检测第一电极板与工件表面的间距并发送间距信号；

控制模块，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；

电场发生模块，用于持续使得被加工的工件表面带上电荷。

本发明的工作原理及优点在于：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。

本发明用于表面处理的工业机器人，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，所述检测研磨单元有三个，所述检测研磨单元按照时间顺序依次对工件进行处理。

多个检测研磨单元能够提升研磨效果。在第一个检测研磨单元没有处理干净时，第二个检测研磨单元能够及时进行补充加工。如果第二个检测研磨单元已经将工件表面处理干净，工件表面无毛刺之后，第三个检测研磨单元就不会触发，不会对工件的表面进行过度的加工。

进一步，所述间距检测模块为超声波测距模块，电场发生模块为整流器。

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。整流器能够为被加工的工件表面稳定的带上电荷。

进一步，所述移动机构为伺服电机，所述机架上设置有滑轨，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。

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，所述报警装置为蜂鸣器，所述磁铁为铷铁硼永磁体。

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。磁铁为铷铁硼永磁体能够通过较小体积的磁铁，产生较强的磁力。

进一步，第一电极板与研磨辊距离工件表面的间距相等，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。第一电极板在加工前可以对工件的表面在加工前进行检测，根据检测的情况进行加工，在加工后，能够对加工质量进行进一步检测，保证产品的质量。

附图说明

图1为本发明用于表面处理的工业机器人实施例的结构示意图。

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3、电磁铁32、第二电极板40、超声波测距模块50。

实施例1

基本如附图1所示：用于表面处理的工业机器人，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3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3固定连接，研磨驱动电机固定安装在连接杆3上，研磨辊与连接杆3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3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。

间距检测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200V的电压，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3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3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.用于表面处理的工业机器人，其特征在于：包括：

机架，机架上滑动连接有底座，底座与机架之间设置有用于驱动底座移动的移动机构，底座上设置有调节座，调节座与底座之间设置有调节杆，调节杆的两端分别与调节座和底座固定连接，调节杆为液压杆，调节杆连接有可驱动调节杆伸缩的液压泵；

检测研磨单元，检测研磨单元包括检测单元和研磨单元，检测单元包括第一电极板，第一电极板与调节座固定连接，研磨单元包括研磨辊和驱动研磨辊转动的研磨驱动电机；

研磨间距调整模块，研磨间距调整模块设置在研磨驱动电机与调节座之间，研磨间距调整模块包括磁铁、连接杆和通电后与磁铁产生斥力的电磁铁，磁铁固定在调节座的下表面，磁铁与电磁铁之间固设有弹簧，弹簧的底端与连接杆固定连接，研磨驱动电机固定安装在连接杆上，研磨辊与连接杆转动连接，所述电磁铁与第一电极板之间通过导线连通，电磁铁与连接杆固定连接；

结果反馈单元，结果反馈单元包括第二电极板，第二电极板固定在调节座上，结果反馈单元用于检测经过研磨单元处理后的工件表面是否光滑，第二电极板连接有电流检测装置；

间距检测模块，间距检测模块用于检测第一电极板与工件表面的间距并发送间距信号；

控制模块，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；

电场发生模块，用于持续使得被加工的工件表面带上电荷。

2.根据权利要求1所述的用于表面处理的工业机器人，其特征在于：所述检测研磨单元有三个，所述检测研磨单元按照时间顺序依次对工件进行处理。

3.根据权利要求1所述的用于表面处理的工业机器人，其特征在于：所述间距检测模块为超声波测距模块，电场发生模块为整流器。

4.根据权利要求1所述的用于表面处理的工业机器人，其特征在于：所述移动机构为伺服电机，所述机架上设置有滑轨，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。

5.根据权利要求1所述的用于表面处理的工业机器人，其特征在于：所述报警装置为蜂鸣器，所述磁铁为铷铁硼永磁体。

6.根据权利要求1所述的用于表面处理的工业机器人，其特征在于：第一电极板与研磨辊距离工件表面的间距相等，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。