CN109632322A - 一种用于喷嘴流量检测的自动试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于喷嘴流量检测的自动试验系统，解决现有喷嘴液流试验系统试验时间长、试验效率低、人员劳动强度大的问题。该系统包括输送单元、测试单元、测控单元、视觉识别单元和机器人单元；输送单元包括第一输送管路、第二输送管路、第三输送管路、第一电磁阀、第二电磁阀、三通换向阀、第一流量计和第二流量计；视觉识别单元包括相机和旋转装置；机器人单元包括装夹机器人、产品料盘，装夹机器人设置在产品料盘的一侧；测控单元分别与输送单元、测试单元、视觉识别单元、机器人单元连接；测试单元包括安装架、储水设备和至少两组测试装置。

Description

一种用于喷嘴流量检测的自动试验系统及试验方法

技术领域

本发明涉及喷嘴流量检测系统，具体涉及一种用于喷嘴流量检测的自动试验系统及试验方法。

背景技术

喷嘴液流试验是发动机生产的重要环节，为确保喷嘴的成品率，在喷嘴液流试验过程中需要根据技术要求对喷嘴进行现场返修和再试验，每批试验喷嘴数量近千件，液流试验任务量较大。现有的喷嘴液流试验中，试验系统产品编号信息需要人工手记到原始数据记录单上，产品的安装是通过螺纹安装连接方式的工装将产品进行固定并进行试验，产品的安装和拆卸均采用人工方式，试验完成后需要对照产品技术条件对产品原始数据进行计算来判断产品的合格情况，产品的装配时间在单台喷嘴试验周期中占较大比重，操作人员劳动强度大，导致产品试验周期长，试验效率低，滞后了喷嘴试验周期。

发明内容

本发明的目的是解决现有喷嘴液流试验系统试验时间长、试验效率低、人员劳动强度大的问题，提供了一种用于喷嘴流量检测的自动试验系统及试验方法。该系统能实现喷嘴的自动上下料、产品编号识别、试验流程自动进行、产品的自动装夹、两个测试装置自动装卡切换，从而有效降低操作强度，提高试验效率。

本发明的技术方案是：

一种用于喷嘴流量检测的自动试验系统，包括输送单元、测试单元、测控单元、视觉识别单元和机器人单元；所述输送单元包括第一输送管路、第二输送管路、第三输送管路、第一电磁阀、第二电磁阀、三通换向阀、第一流量计和第二流量计；所述第一输送管路的进口通过水泵连接至水源，出口通过三通换向阀分别与第二输送管路、第三输送管路的进口连接，所述第一电磁阀、第二电磁阀并联，且均设置在第一输送管路上，所述第一流量计设置在第二输送管路上，所述第二流量计设置在第三输送管路上；所述视觉识别单元包括相机和旋转装置，相机设置在旋转装置的一侧，用于识别产品的编号信息，并将该信息传输给测控单元；所述机器人单元包括装夹机器人、产品料盘，所述装夹机器人设置在产品料盘的一侧；所述测控单元分别与输送单元、测试单元、视觉识别单元、机器人单元连接；所述测试单元包括安装架、储水设备和至少两组测试装置；安装架包括上底板、下底板和支撑板，上底板和下底板通过支撑板固定连接，储水设备位于安装架的下方；测试装置包括传动气缸、喷嘴安装管和移动组件；喷嘴安装管固定设置在下底板上，且内部设置有放置喷嘴的凸台；移动组件包括第一进水管、第二进水管、集合器和测试管，集合器为筒状结构；第一进水管、第二进水管分别通过直线轴承可滑动的设置在上底板上，第一进水管、第二进水管的下端分别固定设置在集合器顶板的两侧，且与集合器内腔连通，测试管设置在集合器的底板中部，且与集合器内腔连通，传动气缸固定设置在上底板上，且位于第一进水管和第二进水管中间，其伸缩杆与集合器的顶板固定连接，测试管上设置有测压孔，用于连接测压设备。

进一步地，所述旋转装置包括传动轴和伺服电机，所述伺服电机带动驱动传动轴旋转，从而使得带有编号信息的喷嘴旋转。

进一步地，所述第二输送管路上还设置有第一过滤器。

进一步地，所述第三输送管路上还设置有第二过滤器。

进一步地，所述产品料盘包括待试产品区、合格产品区、报废区和或/返修区。

进一步地，所述机器人单元的四周设置有安全光幕。

进一步地，所述测试管与喷嘴安装管为止口配合。

进一步地，所述测试管和喷嘴安装管的接触面上设置有密封圈。

进一步地，所述装夹机器人由机器人、三点式气爪组成。

同时，本发明还提供一种基于上述用于喷嘴流量检测的自动试验系统的试验方法，包括以下步骤：

1)装夹机器人抓取喷嘴，运送至旋转装置上；

2)相机识别喷嘴的产品编号，并将产品编号传输给测控单元；

3)装夹机器人将喷嘴运送至喷嘴安装管上，测控单元控制传动气缸运动，将测试管与喷嘴安装管连通，开始通液试验；

4)待试验完毕后，装夹机器人取出试验完毕的喷嘴换上待试产品，后将试验完毕的产品放置对应结论的下料盘；

5)判断是否合格；

若待试验喷嘴的换算流量在产品合格范围内时，产品合格，大于合格限上限值为报废，小于合格下限值为返修，换算流量公式为；

其中，q_m—换算流量；

Δp_e—额定压降；

Δp_c—实测压降；

q_mc—实测流量。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明系统采用机器人单元进行喷嘴上下料，测试单元实现快速装卡，视觉识别单元实现了产品编号的自动识别，测控单元实现了流量试验工况的闭环自动调节，试验数据的自动采集，装夹机器人能根据试验结论将产品放置至对应的下料盘中，整个试验过程自动化、无人化。

2本发明提供用于喷嘴流量检测的自动试验系统上解决人工安装产品，录入产品编号的问题，通过机器人安装、分拣产品，自动识别产品编号，配合试验台实现喷嘴流量试验的无人操作模式，运送过程中避开障碍物，从而有效降低操作强度，提高试验效率，同时试验台的自动装卡装置实现了产品的自动切换与安装。

3.本发明的试验系统，具备产品编号自动识别功能，机器人抓取产品后将产品放置在旋转装置上，伺服电机通过传动轴带动产品转动，通过相机识别产品编号，并传输给试验台测控系统，实现了产品编号的自动识别、录入环节。

4本发明用于喷嘴流量检测的自动试验系统实现了两台产品试验的快速切换安装，测控单元为了配合快速装卡系统的运行速度，每套管路系统配置了两个测试装置，将输送管路由一路增加为两路，实现测试装置之间的快速切换，喷嘴在试验过程中，一个工位进行喷嘴试验，另一个工位进行喷嘴固定和安装；一台喷嘴试验完成后，通过控制三通球阀，切换到另一工位进行另一喷嘴的试验，切换时间为2秒，有效的将喷嘴试验安装过程中管路连接由1min缩短到2s。

5.本发明测试装置两路进水管设计，可以消除单路进水管内水流冲击对气缸活塞产生切向加载力，造成活塞上下运动卡滞，进而影响产品工装的安装。两路进水管设计，同时可以在保证流通能力的情况下，缩小管径，进而减小工装体积，达到美观的效果。

6.本发明测试装置将气缸安装在两路进水管中心，可以保证装卡装置与产品工装同心，气缸作用力可以完全作用在产品工装上，保证工装有效闭合，保证工装的安全使用。将气缸安装在两路进水管中心，同时可以保证装卡装置与产品工装同心，气缸作用力可以完全作用在产品工装上，保证工装有效闭合，保证工装的安全使用。

附图说明

图1为本发明用于喷嘴流量检测的自动试验系统示意图；

图2为本发明测试单元结构图；

图3为本发明测试装置结构图。

附图标记：1-测试单元，2-输送单元，3-测控单元，4-视觉识别单元，5-机器人单元，6-喷嘴，11-安装架，12-储水设备，13-测试装置，131-传动气缸，132-喷嘴安装管，133-第一进水管，134-第二进水管，135-集合器，136-测试管，137-直线轴承，138-测压孔，139-密封圈，111-上底板，112-下底板，113-支撑板，21-第一输送管路，22-第二输送管路，23-第三输送管路，24-第一电磁阀，25-第二电磁阀，26-三通换向阀，27-第一流量计，28-第二流量计，29-第一过滤器，210-第二过滤器，41-相机，42-旋转装置，51-装夹机器人，52-产品料盘，53-安全光幕。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：

本发明提供的用于喷嘴流量检测的自动试验系统主要用于火箭发动机喷嘴液流试验，完成喷嘴的三级工况流量试验，实现试验数据的自动采集、喷嘴6的自动分拣。

如图1和图2所示的一种用于喷嘴流量检测的自动试验系统，包括输送单元2、测试单元1、测控单元3、视觉识别单元4、机器人单元5。

输送单元2包括第一输送管路21、第二输送管路22、第三输送管路23、第一电磁阀24、第二电磁阀25、三通换向阀26、第一流量计27、第二流量计28、第一过滤器29和第二过滤器210；第一输送管路21的进口通过水泵连接至水源，出口通过三通换向阀26分别与第二输送管路22、第三输送管路23的进口连接，第一电磁阀24、第二电磁阀25并联，且均设置在第一输送管路21上，第一电磁阀24为粗调阀，对第一输送管路21的流量进行粗调，第二电磁阀25为精调电磁阀，对第一电磁阀24调节后的流量进行补偿和准确调节，以达到试验所需的准确流量。第一流量计27和第一过滤器29设置在第二输送管路22上，第二流量计28和第二过滤器210设置在第三输送管路23上；第一流量计27对第二输送管路22上的流量进行检测，第二流量计28对第二输送管路22的流量进行检测，第一过滤器29对第二输送管路22中的液体进行过滤，第二过滤器210对第三输送管路23中的液体进行过滤，避免液体中杂质对测试结果产生干扰。

测试单元1包括安装架11、储水设备12和两组测试装置13，安装架11包括上底板111、下底板112和支撑板113，上底板111和下底板112通过支撑板113固定连接。储水设备12位于安装架11的下方，具体为水槽，对试验后的液体进行收集，且下端设置有出水口。

测试装置13包括传动气缸131、喷嘴安装管132和移动组件；喷嘴安装管132固定设置在下底板112上，且内部设置有放置喷嘴6的环形凸台。移动组件包括第一进水管133、第二进水管134、集合器135和测试管136，集合器135为筒状结构；第一进水管133、第二进水管134分别通过直线轴承137可滑动的设置在上底板111上，第一进水管133、第二进水管134的下端分别固定设置在集合器135顶板的两侧，且与集合器135内腔连通，测试管136设置在集合器135的底板中部，且与集合器135内腔连通，传动气缸131固定设置在上底板111上，且位于第一进水管133和第二进水管134中间，其伸缩杆与集合器135的顶板固定连接，测试管136上设置有测压孔138，用于安装测压设备，对测试管136中的压力进行检测。

第二输送管路22的出口与一组移动组件连接，具体通过三通接头与其中一个移动组件的第一进水管、第二进水管连通，第三输送管路23的出口与另一组移动组件连接，具体通过三通接头与另一移动组件的第一进水管、第二进水管连通。

视觉识别单元4包括相机41和旋转装置42，相机41设置在旋转装置42的一侧，用于识别产品的编号信息，并将该信息传输给测控单元3；旋转装置42包括传动轴和伺服电机带动，伺服电机带动驱动传动轴旋转，从而使得带有编号信息的喷嘴6旋转。视觉识别单元4可通过旋转装置42旋转产品，通过识别产品代号的固定字符来定位转动固定角度来寻找产品编号，通过相机41对产品编号进行自动识别，并传输给测控系统，实现了产品编号的自动录入。

机器人单元5包括装夹机器人51和产品料盘52，装夹机器人51设置在产品料盘52的一侧，产品料盘52包括待试产品区、合格产品区、报废区和或/返修区，分别放置不同类型的产品。

装夹机器人51由机器人、三点式气爪组成，根据现有喷嘴6液流试验台工位布局，通过在测试装置13正面安装机器人和气爪，同时在机器人左右两侧设计产品料盘52，由机器人在抓取台抓取盘中抓取喷嘴6后在试验台工位上进行安装，之后，将该工位上完成试验测试的喷嘴6取下，并放置在存放台产品箱。机器人通过网络通讯方式与试验台测控系统连接，根据测控系统的指令，按照自带的控制程序动作，通过为了保证系统安全运行。防止误伤人员，在机器人工作区域设置安全防护栏(安全光幕53)进行人机隔离，防止发生意外伤害。机器人选用的ABB公司的IRB1200-7/0.7(6轴，臂展0.7米，负载7KG)。

装夹机器人51抓取产品，运送至视觉识别单元4，识别完毕后，运送至测试单元1进行试验，当产品安装完后，传动气缸131带动移动组件移动，使得测试管136与喷嘴安装管132连通，并通过密封圈139密封后，试验液体从喷嘴6中通过，可进行产品试验，单台试验完毕后，三通换向阀26换向，另一路气缸压下即可进行试验，实现了两台产品试验的快速切换。待试验完毕后，装夹机器人51取出试验完毕的产品换上待试产品后将试验完毕的产品放置对应结论的下料盘。

本发明系统采用机器人单元5进行喷嘴6上下料，测试单元1实现喷嘴6的快速切换安装，视觉识别单元4实现了产品编号的自动识别，测控单元3实现了流量试验工况的闭环自动调节，试验数据的自动采集，装夹机器人51能根据试验结论将产品放置至对应的下料盘中，整个试验过程自动化、无人化。

本发明系统能够通过自动完成喷嘴的运送、安装，能根据测试单元得出的试验结论进行产品分拣，通过视觉识别单元完成产品编号的识别，并传递给测控单元，最终对产品信息和试验结果进行保存和分类，取代人工试验进而实现了喷嘴液流试验的无人操作模式。

试验时，将测量到的压力、流量等信号以及各阀门反馈信号传递给信号调理转换单元进行信号隔离、变换、模数转换，转换后的信号通过以太网总线传递给测控单元，由计算机自动读取数据、进行物理量转换处理和数据流盘，并实时显示数据、曲线。试验过程中实现了试验流程的自动运行、对压力工况的自动闭环调节，试验结束后自动保存产品试验数据，并在试验过程中与装夹机器人进行通讯，配合完成产品的液流试验。

同时，本发明还提供一种基于上述用于喷嘴流量检测的自动试验系统的试验方法，包括以下步骤：

同时，本发明还提供一种基于上述用于喷嘴流量检测的自动试验系统的试验方法，包括以下步骤：

1)装夹机器人抓取喷嘴，运送至旋转装置上；

2)相机识别喷嘴的产品编号，并将产品编号传输给测控单元；

3)装夹机器人将喷嘴运送至喷嘴安装管上，测控单元控制传动气缸运动，将测试管与喷嘴安装管连通，开始通液试验；

4)待试验完毕后，装夹机器人取出试验完毕的喷嘴换上待试产品，后将试验完毕的产品放置对应结论的下料盘；

5)判断是否合格；

若待试验喷嘴的换算流量在产品合格范围内时，产品合格，大于合格限上限值为报废，小于合格下限值为返修，换算流量公式为；

其中，q_m—换算流量；

Δp_e—额定压降；

Δp_c—实测压降；

q_mc—实测流量。

喷嘴试验的试验流程为通过控制水泵转速来调节产品入口压力，根据试验特点，控制系统采用了压力闭环控制技术，由测量部分采集试验参数并进行分析比较后，再控制变频器调节水泵电机的转速，达到产品试验各工况调节和测量之间的闭环控制。产品合格判据方法：通过控制水泵转速来调节产品入口压力，当产品入口压力与产品额定压降的误差小于±1％时，测试系统开始自动采集实测压力、实测流量等数据10秒，取平均值后，经过公式(如下)计算出换算流量，当换算流量在产品合格范围内时产品为合格，大于合格限上限为报废，小于合格限下限为返修，额定压降为产品技术要求提供值。

测控单元实现通过变频器实现对泵转速的控制从而达到对系统压力的调节，管路上装有压力变送器，测控系统实时采集压力变送器信号，工况调节方法为：试验开始前工人根据工况压力得到手动调节控制电流，当达到压力值时记录控制电流值，其他工况压力方法相同，然后将电流值录入，切换到自动模式后，软件会将根据工况压力将控制电流输出给变频器，从而控制泵的转速，在这期间，测控单元实时比较实测压力与目标压力的差距，再对控制电流值进行调整，保证实测压力与目标压力误差小于0.1％，其他工况调节方法相同。

Claims (10)

1.一种用于喷嘴流量检测的自动试验系统，其特征在于：包括输送单元(2)、测试单元(1)、测控单元(3)、视觉识别单元(4)和机器人单元(5)；

所述输送单元(2)包括第一输送管路(21)、第二输送管路(22)、第三输送管路(23)、第一电磁阀(24)、第二电磁阀(25)、三通换向阀(26)、第一流量计(27)和第二流量计(28)；所述第一输送管路(21)的进口通过水泵连接至水源，出口通过三通换向阀(26)分别与第二输送管路(22)、第三输送管路(23)的进口连接，所述第一电磁阀(24)、第二电磁阀(25)并联，且均设置在第一输送管路(21)上，所述第一流量计(27)设置在第二输送管路(22)上，所述第二流量计(28)设置在第三输送管路(23)上；

所述视觉识别单元(4)包括相机(41)和旋转装置(42)，相机(41)设置在旋转装置(42)的一侧，用于识别喷嘴的编号信息，并将该信息传输给测控单元(3)；

所述机器人单元(5)包括装夹机器人(51)、产品料盘(52)，所述装夹机器人(51)设置在产品料盘(52)的一侧；

所述测控单元(3)分别与输送单元(2)、测试单元(1)、视觉识别单元(4)、机器人单元(5)连接；

所述测试单元(1)包括安装架(11)、储水设备(12)和至少两组测试装置(13)；安装架(11)包括上底板(111)、下底板(112)和支撑板(113)，上底板(111)和下底板(112)通过支撑板(113)固定连接，储水设备(12)位于安装架(11)的下方；

所述测试装置(13)包括传动气缸(131)、喷嘴安装管(132)和移动组件；喷嘴安装管(132)固定设置在下底板(112)上，且内部设置有放置喷嘴(6)的凸台；移动组件包括第一进水管(133)、第二进水管(134)、集合器(135)和测试管(136)，集合器(135)为筒状结构；第一进水管(133)、第二进水管(134)分别通过直线轴承(137)可滑动的设置在上底板(111)上，第一进水管(133)、第二进水管(134)的下端分别固定设置在集合器(135)顶板的两侧，且与集合器(135)内腔连通，测试管(136)设置在集合器(135)的底板中部，且与集合器(135)内腔连通，传动气缸(131)固定设置在上底板(111)上，且位于第一进水管(133)和第二进水管(134)中间，其伸缩杆与集合器(135)的顶板固定连接，测试管(136)上设置有测压孔(138)，用于连接测压设备。

2.根据权利要求1所述的用于喷嘴流量检测的自动试验系统，其特征在于：所述旋转装置(42)包括传动轴和伺服电机，所述伺服电机带动驱动传动轴旋转，从而使得带有编号信息的喷嘴(6)旋转。

3.根据权利要求2所述的用于喷嘴流量检测的自动试验系统，其特征在于：所述第二输送管路(22)上还设置有第一过滤器(29)。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于喷嘴流量检测的自动试验系统，其特征在于：所述第三输送管路(23)上还设置有第二过滤器(210)。

5.根据权利要求4所述的用于喷嘴流量检测的自动试验系统，其特征在于：所述产品料盘(52)包括待试产品区、合格产品区、报废区和或/返修区。

6.根据权利要求5所述的用于喷嘴流量检测的自动试验系统，其特征在于：所述机器人单元(5)的四周设置有安全光幕(53)。

7.根据权利要求6所述的用于喷嘴流量检测的自动试验系统，其特征在于：所述测试管(136)与喷嘴安装管(132)为止口配合。

8.根据权利要求7所述的用于喷嘴流量检测的自动试验系统，其特征在于：所述测试管(136)和喷嘴安装管(132)的接触面上设置有密封圈(139)。

9.根据权利要求8所述的用于喷嘴流量检测的自动试验系统，其特征在于：所述装夹机器人(51)由机器人、三点式气爪组成。

10.基于权利要求1至9任一所述用于喷嘴流量检测的自动试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)装夹机器人抓取喷嘴，运送至旋转装置上；

2)相机识别喷嘴的产品编号，并将产品编号传输给测控单元；

3)装夹机器人将喷嘴运送至喷嘴安装管上，测控单元控制传动气缸运动，将测试管与喷嘴安装管连通，开始通液试验；

4)待试验完毕后，装夹机器人取出试验完毕的喷嘴换上待试产品，后将试验完毕的产品放置对应结论的下料盘；

5)判断是否合格；

若待试验喷嘴的换算流量在产品合格范围内时，产品合格，大于合格限上限值为报废，小于合格下限值为返修，换算流量公式为；

其中，q_m—换算流量；

Δp_e—额定压降；

Δp_c—实测压降；

q_mc—实测流量。