CN108994949B - 一种包覆药柱钻孔整形装置 - Google Patents

一种包覆药柱钻孔整形装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提出了一种包覆药柱钻孔整形装置，其特征在于，包括：防爆柜，防爆柜为装置的保护结构，套设在装置的最外侧，用于支撑装置内部的各结构；抱爪组件，抱爪组件包括抱爪单元及抱爪单元的驱动机构；抱爪单元用于夹紧药柱；抱爪组件固定安装于一个下部框架的上平面；摄像组件，摄像组件包括摄像单元及摄像单元的驱动机构；摄像单元用于图像采集、分析识别，获取药柱的银丝位置；摄像组件固定置于抱爪单元的下侧，安装于下部框架的内部；直角坐标机构，直角坐标机构安装于下部框架上；钻头组件，钻头组件安装于直角坐标机构上；直角坐标机构带动钻头组件移动到钻孔的标识点坐标位置，并且带动钻头组件进行旋转沿轴向进给，对药柱钻孔。

Description

一种包覆药柱钻孔整形装置
技术领域
本发明涉及一种机械加工整形装置，具体涉及一种包覆药柱自动钻孔整形装置，特别是一种能按标识特征点进行自动识别和自动定位钻孔整形的装置。
背景技术
包覆药柱由于制造简单、装填方便在固体发动机制造领域占有一定比例，其设计时为提高燃速，通常采用端面燃烧的周向均布若干银丝的内部结构，同时为增加燃面，结构上采用在Ⅱ级药柱尾部沿银丝方向钻一定直径和深度的盲孔，以缩短燃面的爬升坡段，保证发动机的快速启动和能量分配符合发动机总体设计要求。
目前钻孔整形其主要工艺方法为：人工面对面对银丝位置标识、人工手工钻孔。由于复合固体推进剂属易燃易爆危险品，人工面对面操作存在极大安全隐患，一旦操作不当极易引发包覆药柱燃烧或爆炸，造成巨大的人员伤亡与经济损失。客观上需求研制包覆药柱自动钻孔整形装置，能按标识特征点进行自动识别和自动定位钻孔整形的装置提高作业的本质安全度，提高产品的质量一致性和工人的作业安全感。
包覆药柱自动钻孔整形装置能按标识特征点(银丝位置)进行自动识别和自动定位钻孔整形，很好的满足了上述需求。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明实施例提供了一种包覆药柱钻孔整形装置，包括：
防爆柜，所述防爆柜为所述装置的保护结构，套设在所述装置的最外侧，用于支撑所述装置内部的各结构；
抱爪组件，所述抱爪组件包括抱爪单元及抱爪单元的驱动机构；所述抱爪单元用于夹紧药柱；所述抱爪组件固定安装于一个下部框架的上平面；
摄像组件，所述摄像组件包括摄像单元及摄像单元的驱动机构；所述摄像单元用于图像采集、分析识别，获取药柱的银丝位置；所述摄像组件固定置于所述抱爪单元的下侧，安装于所述下部框架的内部；
直角坐标机构，所述直角坐标机构安装于所述下部框架上；
钻头组件，所述钻头组件安装于所述直角坐标机构上；所述直角坐标机构带动所述钻头组件移动到钻孔的标识点坐标位置，并且带动钻头组件进行旋转沿轴向进给，对药柱钻孔。
优选地，所述防爆柜设置有：
自动开合门，所述自动开合门为所述抱爪组件的移动提供通道；
操作按钮面板，所述操作按钮面板执行上位机指令，控制各组件工作；
报警灯，所述报警灯用于非正常情况的报警；
隔爆柜维护门，所述隔爆柜维护门设置在防爆柜的侧面，维护所述装置时开启。
优选地，所述抱爪组件的抱爪单元的驱动机构设置为平移驱动气缸，用于驱动所述抱爪单元移动，移动包括：将所述抱爪单元送入或送出所述防爆柜。
优选地，在所述抱爪单元与所述下部框架间固定有定位工装，包覆药柱通过所述定位工装安装到药柱安装平台上，通过抱爪单元的抱爪将药柱夹紧。
优选地，夹紧的方式为：所述抱爪单元还包括抱爪驱动气缸，安装于所述抱爪上，用于驱动抱爪进行夹紧或松开动作。
优选地，所述摄像单元包括：防爆摄像头，滑轨滑块、视觉隔爆柜以及隔爆柜自动门；其中，
所述防爆摄像头在不工作时，置于所述视觉隔爆柜内部；
所述视觉隔爆柜用于保护所述防爆摄像头免于污染，保持所述防爆摄像头的镜面洁净度；
所述防爆摄像头工作时，所述摄像单元的驱动气缸通过所述滑轨滑块带动所述防爆摄像头从所述隔爆柜自动门移出，所述防爆摄像头移出平稳后开始工作，当所述防爆摄像头工作完成后，摄像单元的驱动气缸通过所述滑轨滑块带动防爆摄像头从隔爆柜自动门移入；移入完成后隔爆柜自动门自动关闭。
优选地，所述直角坐标机构采用了防爆限位开关和机械限位双重保护。
优选地，所述直角坐标机构的驱动组件采用防爆驱动电机及减速器驱动传动齿轮；所述直角坐标机构的末端，采用防爆驱动电机及减速器驱动传动齿轮带动防爆气动三爪夹盘转动；防爆气动三爪夹盘根据不同的需求快速更换不同规格的钻头组件。
优选地，采用防爆气动旋转接头提供三爪夹盘工作气源。
优选地，为防止钻孔过程中药屑飞溅出回收罩，在钻孔钻头下面设置有药屑回收罩固定板和药屑回收罩伸缩板，药屑回收罩伸缩板通过药屑回收罩伸缩复位弹簧实现机构的复位。
优选地，在药屑回收罩固定板内设有防爆红外温度传感器，实时对钻头组件进行温度监控检测；当检测到钻头组件温度高出境界温度时，开始报警。
本发明要解决的技术问题一：提供一种可以在一定空间范围内精确移动并且可以钻孔的装置。
为解决上述问题，本发明专利采用了三坐标直角坐标运动机构，且在直角坐标运动机构执行末端安装钻孔整形装置，实现在一定空间x、y、z范围内移动，实现预定位置精确定位。
本发明解决的技术问题二：提供一种具有视觉识别功能，能自动对待加工产品的标识特征点进行自动识别、标识。
本发明专利采用了工业级的视觉摄像头。采用平移机构带动摄像头移动到需要识别的包覆药柱平面下方，对工件的标识特征点进行识别，根据视觉识别标识特征点的位置确定钻孔的精确位置。
在实际钻孔操作过程中，钻孔设备均放置在隔爆箱内，通过上位机远程操作，全程由摄像头现场监控，操作人员远距离进行观察和执行。同时整个加工的工作模式分为：正常工作、手动控制、远程控制三种模式，采用多种连锁、互锁控制，使得操作简单便捷。
本发明的有益效果是：本发明专利采用工业级的视觉摄像头和标识参考点来确定发动机药柱标识特征点的定位坐标，并通过上位机远程操作直角坐标机构，带动钻孔装置移动到钻孔的标识点坐标位置，并且驱动直角坐标系机构带动钻头组件以一定速度进行旋转进给，从而实现钻孔作业，整套设备安装在隔爆箱内，为保证作业安全设备具有药屑回收部件，温度测量仪表。
附图说明
图1为根据本发明实施例的装置整体外观结构图；
图2为根据本发明实施例的装置整体外观开门上料结构图；
图3为根据本发明实施例的装置的内部运动机构总成结构图；
图4(a)和图4(b)为根据本发明实施例的装置的抱爪组件结构图；
图5(a)和图5(b)分别为根据本发明实施例的装置的摄像组件的外部图和内部结构图；
图6(a)和图6(b)为根据本发明实施例的装置的直角坐标机构的结构图；
图7为根据本发明实施例的装置的直角坐标机构的平面图。
具体实施方式
图1为根据本发明实施例的装置整体外观结构图；图2为根据本发明实施例的装置整体外观开门上料结构图；图3为根据本发明实施例的装置的内部运动机构总成结构图；图4(a)和图4(b)为根据本发明实施例的装置的抱爪组件结构图；图5(a)和图5(b)分别为根据本发明实施例的装置的摄像组件结构图；图6(a)和图6(b)为根据本发明实施例的装置的直角坐标机构的结构图；图7为根据本发明实施例的装置的直角坐标机构的平面图。结合图1-图7，说明本发明的一个实施例。
如图1-图7所示，本发明实施例的一种包覆药柱钻孔整形装置，包括：
防爆柜1，所述防爆柜1为所述装置的保护结构，套设在所述装置的最外侧，用于支撑所述装置内部的各结构。
在本发明的一个实施例中，防爆柜1设置有：自动开合门2，所述自动开合门为所述抱爪组件的移动提供通道。操作按钮面板3，所述操作按钮面板执行上位机指令，控制各组件工作。报警灯4，所述报警灯用于非正常情况的报警。隔爆柜维护门5，所述隔爆柜维护门设置在防爆柜的侧面，维护所述装置时开启。
抱爪组件，所述抱爪组件包括抱爪单元8及抱爪单元的驱动机构；所述抱爪单元8用于夹紧药柱；所述抱爪组件固定安装于一个下部框架9的上平面。
在本发明的一个实施例中，所述抱爪组件的抱爪单元的驱动机构设置为平移驱动气缸36，用于驱动所述抱爪单元移动，移动包括：将所述抱爪单元送入或送出所述防爆柜1。
在本发明的一个实施例中，在所述抱爪单元与所述下部框架间固定有定位工装，包覆药柱通过所述定位工装安装到药柱安装平台上，通过抱爪单元的抱爪将药柱夹紧。
其中，所述抱爪单元还包括抱爪驱动气缸13，安装于所述抱爪上，用于驱动抱爪进行夹紧或松开动作。
摄像组件，所述摄像组件包括摄像单元10及摄像单元的驱动机构；所述摄像单元用于图像采集、分析识别，获取药柱的银丝位置；所述摄像组件固定置于所述抱爪单元的下侧，安装于所述下部框架的内部。
直角坐标机构11，所述直角坐标机构安装于所述下部直角坐标机构11上；
钻头组件31，所述钻头组件安装于所述直角坐标机构上；所述直角坐标机构带动所述钻头组件移动到钻孔的标识点坐标位置，并且带动钻头组件进行旋转沿轴向进给，对药柱钻孔。
本实施方式所述一种具有防爆功能的隔爆柜，通过隔爆柜实现人机安明全交互。
作业第一步需要先将包覆药柱6放到定位工装16上。
本实施方式中所有运动机构及产品都布置在防爆柜1内。现场操作人员通过操作按钮面板3将隔爆柜自动开合门2打开。将抱爪15打开，且将抱爪单元8平移出隔爆柜自动开合门2。
在图2整体外观开门上料结构图的基础上，人工将包覆药柱6产品安装到抱爪单元8上，并且通过操作按钮面板3将抱爪15合紧。通过操作按钮面板3将抱爪单元8缩回。通过操作按钮面板3将隔爆柜自动开合门2关闭。此时设备处于图1整体外观结构图的状态。
隔爆柜自动开合门2关闭以后，现场所有人员转移到安全的隔爆控制间，开始钻孔作业。
结合图3，对各个部组件件的安装位置和固定加以说明。
图3主要包括抱爪单元8、下部框架9、摄像组件、直角坐标机构11、平移驱动气缸36。
结合图3是内部运动机构总成结构图说明内部结构，其中下部框架9与防爆柜1固定连接，抱爪单元8、摄像组件、直角坐标机构11安装到下部框架9的安装面上。保证了抱爪单元8、摄像组件、直角坐标机构11三部分的相对位置，为保证产品钻孔精度提供了硬件保障。此外通过防爆柜1上的操作按钮面板3可控制平移驱动气缸36前后移动。从而带动抱爪单元8前后移动。
结合图4，说明本实施方式，本实施方式所述一种可采用气缸驱动的抱爪机构及布局说明。
见图4中主要包括：包覆药柱6、上部框架12、驱动气缸13、同步齿轮齿条14、抱爪15、定位工装16。
结合图4抱爪组件结构图说明运动的内部结构。其中驱动气缸13安装到上部框架12的安装面上，驱动气缸13推动同步齿轮齿条14带动抱爪15，从而实现了抱爪15同时打开和同时闭合。
结合图5，说明本实施方式，本实施方式所述一种用于将防爆摄像头在防爆柜内平移伸出和缩回机构。
见图5中主要包括：视觉隔爆柜17、隔爆柜自动门18、防爆摄像头19、作为摄像单元的驱动机构的驱动气缸20、滑轨滑块21。
本实施方式的工作过程为：当防爆摄像头19不工作时，防爆摄像头19始终保持在视觉隔爆柜17内，此时受视觉隔爆柜17保护，防爆摄像头19不会被外部打孔过程中产生的药屑灰尘所污染，最大限度的保护了防爆摄像头19镜面洁净度。
当需要视觉识别时候，驱动气缸20通过滑轨滑块21带动防爆摄像头19从隔爆柜自动门18移出，防爆摄像头19移出平稳后开始工作，当防爆摄像头19工作完成后，通过驱动气缸20通过滑轨滑块21带动防爆摄像头19从隔爆柜自动门18移入。移入完成后隔爆柜自动门18自动关闭。
本实施方式的技术效果是：采用了工业级的防爆摄像头19，通过视觉隔爆柜17隔爆柜自动门18保护，最大限度保证了防爆摄像头19的镜面洁净度。同时通过驱动气缸20滑轨滑块21使得防爆摄像头19在视觉隔爆柜17内伸出和缩回。
结合图6、图7说明本实施方式，本实施方式所述一种具有防爆功能的三坐标直角坐标钻孔机构。
见图6、图7中主要包括：同步传动轴22、同步带23、防爆限位开关24、机械限位25、防爆驱动电机及减速器26、药屑回收罩固定板27、药屑回收罩伸缩板28、药屑回收罩伸缩复位弹簧29、防爆红外温度传感器30、钻头组件31、防爆气动三爪夹盘32、传动齿轮33、防爆气动旋转接头34、旋转轴承组件35。
本实施方式的方法是：直角坐标机构采用了同步传动轴22、同步带23传动，由防爆驱动电机及减速器26作为驱动组件。在机构中X轴、Y轴、Z轴及Z轴旋转共采用了4套防爆驱动电机及减速器26。直角坐标机构均采用了防爆限位开关24和机械限位25双重保护。实现对产品的保护提高安全性能。同时三坐标直角坐标系机构中的采用防爆接近开关，以实现机构重复的运动精度。
三坐标直角坐标机构的末端，采用了防爆驱动电机及减速器26驱动传动齿轮33带动防爆气动三爪夹盘32转动，而防爆气动三爪夹盘32可根据不同的需求快速更换不同规格的钻头组件31，采用防爆气动旋转接头34提供防爆气动三爪夹盘32三爪夹盘工作气源。为防止钻孔过程中药屑飞溅出回收罩，在钻孔钻头下面设置有药屑回收罩固定板27和药屑回收罩伸缩板28。药屑回收罩伸缩板28通过药屑回收罩伸缩复位弹簧29实现机构的复位。在钻孔过程中，药屑回收罩伸缩板28与产品安装面始终接触，实现了钻孔过程中药屑始终在封闭的药屑回收罩内，最大限度提高钻孔过程中药屑回收率。在药屑回收罩固定板27内设有防爆红外温度传感器30，实时对钻头组件31进行温度监控检测。如检测到钻头组件31温度高出境界温度时，开始报警。
本实施方式的技术效果是：采用工业级的防爆限位开关、防爆电机、防爆接近开关、防爆温度传感器、防爆气动三爪夹盘、防爆旋转接头来实现功能，并且采用成型技术三坐标直角坐标机构做平面移动，且末端通过齿轮、驱动电机减速器、轴承组件等三爪夹盘及气动旋转接头等实现了末端钻头旋转和钻头快换更换。整体结构本质安全，布局紧凑。
本发明实施例的工作原理可以简要概括如下：
本发明通过4套防爆驱动伺服电机，实现了三坐标直角坐标机构及钻头转动的运动驱动，利用气动抱爪和定位工装实现了固定及转移产品。利用工业级的防爆视觉摄像头视觉识别，识别出待加工产品端面标识特征点，利用三坐标机构和打孔钻头机构对识别后特征坐标点进行钻孔。为保证作业安全，设计了可伸缩的回收罩对药屑适时收集，同时采用防爆红外温度传感器对温度适时监控。为保障操作人员的安全，通过上位机远程操作，全程由摄像头现场监控，操作人员远距离进行观察和执行。整个加工的工作模式分为：正常工作、手动控制、远程控制三种模式，采用多种连锁、互锁控制，使得操作简单便捷，很好的提高作业的本质安全度，提高产品的质量一致性和工人的作业安全感。
综上所述，本发明涉及一种机械加工整形装置，具体涉及一种包覆药柱钻孔整形装置，特别是一种能按标识特征点进行自动识别和自动定位钻孔整形的装置。所述装置结构由抱爪组件、摄像组件、三坐标直角坐标总成、药屑回收装置、钻头组件、平移驱动气缸等组成。包覆药柱通过定位工装安装到药柱安装平台上，由抱爪组件将药柱夹紧，并根据需要进行平移送入或送出，视觉摄像头及平移机构将摄像机移动至药柱顶端，进行图像采集、分析识别出药柱中的银丝位置，然后由三坐标直角坐标机构带动钻头组件，进行钻孔加工，并由药屑回收装置完成药屑的收集，保证作业安全。本装置解决了包覆药柱钻孔整形作业过程工人“面对面”操作安全问题，实现远控隔离自动化整形作业，提高了作业的本质安全度，保证了生产人员安全。
本发明虽然已经以较佳实施例公开如上，但其并非对本发明做任何形式上的限制，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种包覆药柱钻孔整形装置，其特征在于，包括：
防爆柜，所述防爆柜为所述装置的保护结构，套设在所述装置的最外侧，用于支撑所述装置内部的各结构；
抱爪组件，所述抱爪组件包括抱爪单元及抱爪单元的驱动机构；所述抱爪单元用于夹紧药柱；所述抱爪组件固定安装于一个下部框架的上平面；
摄像组件，所述摄像组件包括摄像单元及摄像单元的驱动机构；所述摄像单元用于图像采集、分析识别，获取药柱的银丝位置；所述摄像组件固定置于所述抱爪单元的下侧，安装于所述下部框架的内部；
直角坐标机构，所述直角坐标机构安装于所述下部框架上；
钻头组件，所述钻头组件安装于所述直角坐标机构上；所述直角坐标机构带动所述钻头组件移动到钻孔的标识点坐标位置，并且带动钻头组件进行旋转沿轴向进给，对药柱钻孔；
所述摄像单元包括：防爆摄像头，滑轨滑块、视觉隔爆柜以及隔爆柜自动门；其中，所述防爆摄像头在不工作时，置于所述视觉隔爆柜内部；
所述视觉隔爆柜用于保护所述防爆摄像头免于污染，保持所述防爆摄像头的镜面洁净度；
所述防爆摄像头工作时，所述摄像单元的驱动气缸通过所述滑轨滑块带动所述防爆摄像头从所述隔爆柜自动门移出，所述防爆摄像头移出平稳后开始工作，当所述防爆摄像头工作完成后，摄像单元的驱动气缸通过所述滑轨滑块带动防爆摄像头从隔爆柜自动门移入；移入完成后隔爆柜自动门自动关闭。
2.如权利要求1所述的包覆药柱钻孔整形装置，其特征在于，所述防爆柜设置有：
自动开合门，所述自动开合门为所述抱爪组件的移动提供通道；
操作按钮面板，所述操作按钮面板执行上位机指令，控制各组件工作；
报警灯，所述报警灯用于非正常情况的报警；
隔爆柜维护门，所述隔爆柜维护门设置在防爆柜的侧面，维护所述装置时开启。
3.如权利要求1所述的包覆药柱钻孔整形装置，其特征在于，所述抱爪组件的抱爪单元的驱动机构设置为平移驱动气缸，用于驱动所述抱爪单元移动，移动包括：将所述抱爪单元送入或送出所述防爆柜。
4.如权利要求3所述的包覆药柱钻孔整形装置，其特征在于，在所述抱爪单元与所述下部框架间固定有定位工装，包覆药柱通过所述定位工装安装到药柱安装平台上，通过抱爪单元的抱爪将药柱夹紧。
5.如权利要求4所述的包覆药柱钻孔整形装置，其特征在于，夹紧的方式为：所述抱爪单元还包括抱爪驱动气缸，安装于所述抱爪上，用于驱动抱爪进行夹紧或松开动作。
6.如权利要求1所述的包覆药柱钻孔整形装置，其特征在于，所述直角坐标机构采用了防爆限位开关和机械限位双重保护。
7.如权利要求6所述的包覆药柱钻孔整形装置，其特征在于，所述直角坐标机构的驱动组件采用防爆驱动电机及减速器驱动传动齿轮；所述直角坐标机构的末端，采用防爆驱动电机及减速器驱动传动齿轮带动防爆气动三爪夹盘转动；防爆气动三爪夹盘根据不同的需求快速更换不同规格的钻头组件。
8.如权利要求7所述的包覆药柱钻孔整形装置，其特征在于，采用防爆气动旋转接头提供防爆气动三爪夹盘工作气源。
9.如权利要求8所述的包覆药柱钻孔整形装置，其特征在于，为防止钻孔过程中药屑飞溅出回收罩，在钻头组件下面设置有药屑回收罩固定板和药屑回收罩伸缩板，药屑回收罩伸缩板通过药屑回收罩伸缩复位弹簧实现机构的复位。
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