CN108608321A - 一种关于伺服力控打磨工作台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于一种机器人手持工件打磨及抛光领域，更具体地说，它是一种关于伺服力控打磨工作台，浮动抛光电机构的驱动电机处于位置模式，当打磨机器人就位后，PLC控制伺服电机驱动装置切换为转矩模式，使浮动抛光电机构整体按指定方向，恒定速度，恒定压力进行运动；打磨开始后，通过PLC系统控制驱动伺服电机驱动装置输出不同扭矩给予浮动抛光电机构的推动力，当工件与浮动抛光电机构的接触压力增大时，驱动电机则减少推动力；当接触压力减少时则加大推动力。本主动力控打磨工作台进一步的提高了打磨质量，通过主动力控结合被动力控的方式，保证工件与磨具之间的压力恒定且可控，提高了生产效率与质量，扩大了打磨工作台的适用范围。

Description

一种关于伺服力控打磨工作台

技术领域

本发明涉及基于一种机器人手持工件打磨及抛光领域，更具体地说，它是一种关于伺服力控打磨工作台。

背景技术

抛磨是为了使工件表面的粗糙度降低，从而获得光亮、平整表面的加工工艺。抛磨时，抛盘压向工件，与工件表面产生一定的接触压力，通过抛盘的高速旋转，使磨料对工件表面产生滚压和微量切削，从而获得光亮的加工表面。在抛光过程中，若接触压力偏小，则无法完整地去除工件表面瑕疵或缺陷；若接触压力偏大，则容易导致磨削过度，对工件和磨具造成损坏，因此抛盘与工件之间的接触压力是抛光工艺的关键。

为了提高抛磨质量和效率，降低人力资源的消耗，目前工业机器人已逐渐开始应用于抛磨工艺中。在生产过程里，绝大多数的工业机器人是按照预先编制好的程序来进行工作的，这种方式称为位置控制。这种方式适用于简单平面的抛磨，而对于一些加工面稍复杂些的工件，选用这种方式会为生产带来困难。因为在抛磨过程中，当外界条件发生变化，为了使机器人响应外界条件作出相应的正确动作时，就需要对机器人的动作做调整，修改程序再进行调试，给生产带来了不便。为了解决上述问题，主动力控和被动力控应运而生。主动力控是指机器人利用力的反馈信息采用一定的控制策略去主动控制作用力。被动力控是机器人凭借一些辅助的柔顺机构，使其在与环境接触时能够对外部作用力产生自然的顺从，如本发明打磨系统中的浮动式抛光电机机构。

现有技术：

传统的抛光设备的抛磨工作端多采用刚性连接，抛光电机机构是固定的，整个抛磨系统并未装有压力调控装置因此在打磨过程中容易出现以下问题：

（1）磨具在打磨一段时间后，会发生磨损，导致磨具与工件的接触面减少甚至分离；

（2）同一批工件的尺寸和表面加工状况不一，存在加工误差；

（3）机器人和工装夹具在安装以及夹具夹紧的过程中存在偏差；

（4）上述因素会造成工件和磨削点在抛磨过程中存在偏移，使工件上的打磨点受力不均以及工件与磨具间的接触压力不恒定，导致抛磨效果不佳；

（5）磨具与工件的接触压力是通过人工调节抛光电机与工件间的距离而控制，通过这样调节的并不能确保抛盘与工件的接触压力是否合适，它需要调节的人员有丰富的经验，而且更换不同的工件时，又要重新进行调节,不利于高效率、高质量的生产；

（6）对于复杂表面的工件，传统抛光设备由于抛光电机固定，无法自动调节抛盘与工件间的距离，导致磨具无法根据工件的表面轮廓自动调整以适应加工面轮廓，降低了抛光设备的适用范围；

（7）通过在磨具机构中安装弹簧，利用弹簧的复位弹力来调节磨具与工件之间的压力。这种调节方式仅仅是靠机械弹簧的复位调节，它调节抛磨压力范围和实际抛磨过程中的实际压力是不知道的，因此无法保证抛磨的效果和精度；

（8）采用气缸传动以及电气比例阀控制输出气压大小控制，并能在受到压力过大时主动泄压，因为电气比例阀灵敏度在0.2kPa，迟滞：0.5％以内，在打磨过程中，会出现补偿及顺从过程表面压力值差异。

发明内容

本发明针对以上存在问题，对打磨系统进行了创新改良，采取被动力控的方式，使工件与磨具间的压力恒定，根据回馈电压结合机器人打磨程序判断工件表面是否有过大缺陷，从而解决磨轮磨损、工件误差、夹具误差等因素造成的产品不合格，提高抛磨效果和效率的同时降低产本。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：包括打磨机器人、浮动抛光电机构；所述的打磨机器人进行工件抓取，所述的浮动抛光电机构布置在打磨机器人前方，所述的仿形磨轮安装在抛光电机的电机轴上；

打磨开始之前，浮动抛光电机构的驱动电机处于位置模式，配合光电传感器，由PLC控制，归零和移动到待机位置，当打磨机器人就位后，PLC控制伺服电机驱动装置切换为转矩模式，使浮动抛光电机构整体按指定方向，恒定速度，恒定压力进行运动；

打磨开始后，通过PLC系统控制驱动伺服电机驱动装置输出不同扭矩给予浮动抛光电机构的推动力，当工件与浮动抛光电机构的接触压力增大时，驱动电机降低电流降低输出扭矩，减少推动力；当接触压力减少时，驱动电机增加电流降低输出扭矩，加大推动力。

所述的浮动抛光电机构采用位置控制模式和转矩控制模式相结合的方式，开始时浮动抛光电机构的驱动电机处于位置控制模式，以便移到不同的起始位，打磨机器人就位后，PLC控制伺服电机驱动装置切换为转矩模式，打磨过程中浮动抛光电机构的伺服电机处于转矩控制模式：（1）通过在PLC总控柜的触摸屏上设定浮动抛光电机构的伺服电机所需要输出的不同的转矩，当浮动抛光电机构的仿形磨轮未接触到工件时，伺服电机驱动仿形磨轮前进，前进的最快速度为浮动抛光电机构伺服电机速度限制的设定值，此值也可通过PLC总控柜的触摸屏设定，直到仿形磨轮接触到工件为止；（2）仿形磨轮接触到工件后，仿形磨轮以浮动抛光电机构伺服电机设定的恒定转矩与工件接触，此时浮动抛光电机构不再前后移动；（3）机器人抓着的工件向仿形磨轮方向移动，导致工件与仿形磨轮的接触力大于浮动抛光电机构伺服电机设定的恒定转矩，此时在伺服电机转矩控制模式的作用下，仿形磨轮自动向后退，直到工件与仿形磨轮的接触力等于设定的恒定转矩为止，当机器人抓着的工件向远离仿形磨轮方向移动时，重复步骤（1）。

进一步的，所述打磨机器人的末端法兰上安装有仿型夹具；所述的打磨机器人带动仿型夹具取料，仿型夹具使用机器人控制系统的IO信号控制真空发生器吸取产品完成取料。

进一步的，所述打磨机器人根据工件的三维模型图，使用仿真软件对打磨过程进行仿真并采用离线编程软件，对打磨机器人的运动轨迹进行设定，使打磨机人工作时能按轨迹夹紧工件运动至正确位置进行打磨。

进一步的，所述的打磨机器人通过控制系统根据生产工件的数量对仿型磨轮磨耗损量进行轨迹参数的自动补偿。

进一步的，所述的浮动抛光电机构通过PLC控制系统实现定位控制模式下的伺服电机驱动装置的精确定位，模拟量输出模块FX3U-4DA实现转矩控制模式下伺服电机驱动装置转矩控制和速度控制，模拟量输入模块FX3U-4AD接收当前电机转矩的实际值反馈给PLC控制系统、实际电机转矩的闭环控制，Y003实现定位模式和转矩模式之间的切换。

进一步的，所述的浮动抛光电机构的抛光电机安装座通过齿轮齿条与伺服电机驱动装置连接，仿形磨轮安装在抛光电机上，当抛光电机驱动装置输出扭矩时，抛光电机安装座沿着安装在抛光电机机架上的直线导轨运动。

进一步的，所述的浮动抛光电机构通过气压传动的装置以及气动比例阀的调节控制，控制仿形磨轮根据工件表面情况实现浮动。

本发明具有如下优点：本主动力控打磨工作台进一步的提高了打磨质量，通过主动力控结合被动力控的方式，保证工件与磨具之间的压力恒定且可控，提高了生产效率与质量，扩大了打磨工作台的适用范围。

本打磨系统通过浮动式抛光电机实现了在打磨过程中工件与磨具之间压力恒定且可控，所以相比于传统抛磨设备，本打磨系统中磨具磨损速度减轻，打磨机器人单次向前步进后，打磨工件数量较传统打磨设备有较大幅度的提高。针对一些表面稍复杂的工件，本发明可以通过气压传动的装置以及气动比例阀的调节控制，使磨具可以根据工件表面情况实现浮动，保证工件与磨具间的打磨压力恒定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要的附图作简单地介绍。

附图1为本发明磨抛工作台示意图。

附图2为本发明浮动抛光电机构示意图。

附图3为本发明浮动抛光电机构局部示意图。

附图4为实施例需要抛光的工件示意图。

附图5为本发明主电路图。

附图6为本发明控制部分电气原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作出进一步详细的描述，但本发明的实施例不限于此。

如附图1-4所示：

（1）根据工件制作三维模型图，使用仿真软件对打磨过程进行仿真；采用离线编程软件，对打磨机器人1的运动轨迹进行设定，使打磨机人1工作后能按轨迹夹紧工件5运动至正确位置进行打磨；

（2）打磨机器人1带动仿型夹具11取料，仿型夹具11使用机器人控制系统的IO信号控制真空发生器吸取产品完成取料；

（3）打磨机器人1为六自由度机器人，仿型夹具11安装在打磨机器人1的末端法兰12上；

（4）浮动抛光电机构2布置在打磨机器人1前方，仿形磨轮21安装在抛光电机22的电机轴上；

（5）在打磨开始之前，驱动电机处于位置模式，配合光电传感器26，由PLC控制，归零和移动到待机位置，当打磨机器人1就位后，PLC控制伺服电机驱动装置24切换为转矩模式（≤200ms），使抛光电机整体可以按指定方向，恒定速度，恒定压力进行运动，使工件与磨具发生接触并产生一定恒定压力；

（6）打磨开始后，为了提高打磨效果和质量，不同的工件由于材质和加工尺寸不一，应对工件与磨具之间的接触压力进行控制。本打磨工作台通过PLC系统控制驱动伺服电机驱动装置24输出不同扭矩给予抛光电机22的推动力，当工件5与仿形磨轮21的接触压力增大时，伺服电机驱动装置24降低电流降低输出扭矩，减少推动力；当接触压力减少时，伺服电机驱动装置24增加电流降低输出扭矩，加大推动力；这种控制可以确保工件5与仿形磨轮21之间能够保持良好的接触，而且接触压力恒定，减少了抛光不完全的可能性；

（7）打磨机器人1以及其PLC控制系统带动工件5实现大范围的各种姿态和动作，同时使用离线编程软件和机器人控制系统，结合工件打磨轨迹的需要和抛光电机机构结合分别进行圆弧角面，侧面，底面的不同工艺的打磨处理。同时，打磨机器人1通过其PLC控制系统根据生产工件5的数量实现仿型磨轮21磨耗损量进行轨迹参数的自动补偿。

气动装置控制柜3用于控制真空发生器实现对工件5的抓放；PLC总控柜4的主要作用：1)、控制浮动抛光电机构驱动伺服电机，使之整体按指定方向，恒定速度，恒定压力进行运动；2)、在触摸屏上可设置多个不同的转矩及不同的速度，实现打磨工件不同的位置时使用不同的转矩和速度，机器人在打磨工件不同位置需要更改转矩输出时需要先发一个信息给PLC，PLC收到信号后就可以调用预先设定好的转矩和速度。

本发明专利是实现压力可控的装置，它是伺服电机驱动装置24带动抛光电机安装座28上的齿轮齿条23实现。抛光电机安装座28通过齿轮齿条23与伺服电机驱动装置24连接，仿形磨轮21安装在抛光电机22的电机轴上，当伺服电机驱动装置24输出扭矩时，抛光电机安装座28沿着安装在抛光电机机架25上的直线导轨27运动。在打磨过程中，本打磨工作台通过PLC系统控制伺服电机驱动装置24输出不同扭矩给予抛光电机的推动力，当工件5与抛盘的接触压力增大时，伺服电机驱动装置24降低电流降低输出扭矩，减少推动力；当接触压力减少时，驱伺服电机驱动装置24增加电流降低输出扭矩，加大推动力；通过此主动力控装置，可实现工件与磨具间的压力保持稳定，在打磨过程中，机器人可以应同一工件不同位置不同打磨压力的无极调整，打磨效果大幅度提升，提升打磨效率。

针对磨具磨损的情况，本发明技术中的打磨机器人1在打磨若干个工件后，PLC系统会通过其控制系统根据生产工件5的数量实现仿型磨轮21磨耗损量进行初始位置参数的自动补偿。

相比于传统抛磨设备，本打磨系统中磨具磨损速度减轻，打磨机器人1单次向前步进后，打磨工件数量较传统打磨设备有较大幅度的提高。针对一些表面稍复杂的工件，本发明可以通过气压传动的装置以及气动比例阀的调节控制，使磨具可以根据工件表面情况实现浮动，保证工件与磨具间的打磨压力恒定。

本发明控制系统说明 （表1主要电气元件）

本发明控制系统说明（表2主要IO分配表）

如图5-6所示，本发明采用三菱FX3U-32MT/ES-A PLC内置的定位脉冲功能，实现定位控制模式下的伺服电机的精确定位，模拟量输出模块FX3U-4DA实现转矩控制模式下伺服电机转矩控制(0-±8V电压对应电机0-正负方向最大转矩)和速度控制（0-±10V对就电机0-额定转速），模拟量输入模块FX3U-4AD接收当前电机转矩的实际值反馈给PLC，实际电机转矩的闭环控制，Y003实现定位模式和转矩模式之前的切换（切换时间≤200ms）。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变换或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种关于伺服力控打磨工作台，其特征在于：包括打磨机器人、浮动抛光电机构；所述的打磨机器人进行工件抓取，所述的浮动抛光电机构布置在打磨机器人前方，所述的仿形磨轮安装在抛光电机的电机轴上；

打磨开始之前，浮动抛光电机构的驱动电机处于位置模式，配合光电传感器，由PLC控制，归零和移动到待机位置，当打磨机器人就位后，PLC控制伺服电机驱动装置切换为转矩模式，使浮动抛光电机构整体按指定方向，恒定速度，恒定压力进行运动；

打磨开始后，通过PLC系统控制驱动伺服电机驱动装置输出不同扭矩给予浮动抛光电机构的推动力，当工件与浮动抛光电机构的接触压力增大时，驱动电机降低电流降低输出扭矩，减少推动力；当接触压力减少时，驱动电机增加电流降低输出扭矩，加大推动力。

2.根据权利要求1所述的一种关于伺服力控打磨工作台，其特征在于：

所述的浮动抛光电机构采用位置控制模式和转矩控制模式相结合的方式，开始时浮动抛光电机构的驱动电机处于位置控制模式，以便移到不同的起始位，打磨机器人就位后，PLC控制伺服电机驱动装置切换为转矩模式，打磨过程中浮动抛光电机构的伺服电机处于转矩控制模式：

（1）通过在PLC总控柜的触摸屏上设定浮动抛光电机构的伺服电机所需要输出的不同的转矩，当浮动抛光电机构的仿形磨轮未接触到工件时，伺服电机驱动仿形磨轮前进，前进的最快速度为浮动抛光电机构伺服电机速度限制的设定值，此值也可通过PLC总控柜的触摸屏设定，直到仿形磨轮接触到工件为止；

（2）仿形磨轮接触到工件后，仿形磨轮以浮动抛光电机构伺服电机设定的恒定转矩与工件接触，此时浮动抛光电机构不再前后移动；

（3）机器人抓着的工件向仿形磨轮方向移动，导致工件与仿形磨轮的接触力大于浮动抛光电机构伺服电机设定的恒定转矩，此时在伺服电机转矩控制模式的作用下，仿形磨轮自动向后退，直到工件与仿形磨轮的接触力等于设定的恒定转矩为止，当机器人抓着的工件向远离仿形磨轮方向移动时，重复步骤（1）。

3.根据权利要求1或2所述的一种关于伺服力控打磨工作台，其特征在于：所述打磨机器人的末端法兰上安装有仿型夹具；所述的打磨机器人带动仿型夹具取料，仿型夹具使用机器人控制系统的IO信号控制真空发生器吸取产品完成取料。

4.根据权利要求1或2所述的一种关于伺服力控打磨工作台，其特征在于：所述打磨机器人根据工件的三维模型图，使用仿真软件对打磨过程进行仿真并采用离线编程软件，对打磨机器人的运动轨迹进行设定，使打磨机人工作时能按轨迹夹紧工件运动至正确位置进行打磨。

5.根据权利要求1或2所述的一种关于伺服力控打磨工作台，其特征在于：所述的打磨机器人通过控制系统根据生产工件的数量对仿型磨轮磨耗损量进行轨迹参数的自动补偿。

6.根据权利要求1或2所述的一种关于伺服力控打磨工作台，其特征在于：所述的浮动抛光电机构通过PLC控制系统实现定位控制模式下的伺服电机驱动装置的精确定位，模拟量输出模块FX3U-4DA实现转矩控制模式下伺服电机驱动装置转矩控制和速度控制，模拟量输入模块FX3U-4AD接收当前电机转矩的实际值反馈给PLC控制系统、实际电机转矩的闭环控制，Y003实现定位模式和转矩模式之间的切换。

7.根据权利要求1或2所述的一种关于伺服力控打磨工作台，其特征在于：所述的浮动抛光电机构的抛光电机安装座通过齿轮齿条与伺服电机驱动装置连接，仿形磨轮安装在抛光电机上，当抛光电机驱动装置输出扭矩时，抛光电机安装座沿着安装在抛光电机机架上的直线导轨运动。

8.根据权利要求1或2所述的一种关于伺服力控打磨工作台，其特征在于：所述的浮动抛光电机构通过气压传动的装置以及气动比例阀的调节控制，控制仿形磨轮根据工件表面情况实现浮动。