CN109825832A - 一种激光熔覆自动化设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种激光熔覆自动化设备及其控制方法，包括桁架机械手、夹持机构、输送机、升降机、激光器、送粉器；夹持机构和桁架机械手靠近输送机，且夹持机构和桁架机械手并排设置；在输送机内设置有升降机，该升降机位于输送机的中部；夹持机构包括主变位机和辅变位机，主变位机和辅变位机对称设置在输送机的两侧；主变位机和辅变位机用于对工件进行夹持，升降机位于主变位机和辅变位机之间；在桁架机械手上安装有激光器和送粉器。本发明的激光熔覆设备实现了工件激光熔覆再制造加工的全过程自动化，大幅减少了工人的工作量，有效提高了工件激光熔覆加工的生产效率，安全性好。
Description
技术领域
本发明涉及机械自动化领域，具体涉及一种激光熔覆自动化设备及其控制方法。
背景技术
在现代机械加工激光熔覆再制造领域，大量的企业采用数控机床进行圆柱体工件激光熔覆再制造加工。这些数控机床可以依据事先编好的NC代码自动完成工件夹持固定和激光熔覆加工，整个过程不需要人工干预。而数控机床的上下料基本还是靠工作人员操作桁架吊车进行夹持前的中心对准，人工操作存在的主要问题是：需要很高的人工成本去完成简单重复的工作，上下料耗时长，效率低，成本高。
为了降低成本，提高工作效率，越来越多的企业开始进行数控机床自动化加工的改造。其中有效的手段之一是引入机械手和变位机，以及与之配套的自动化辅助设备如上下料缓存装置、上下料输送机等，实现工业加工的安全高效自动化生产。
目前国内外涉及圆柱体激光熔覆自动化加工相关的上下料方式基本上仍以人工操作桁架吊车上下料为主，少数改进的上下料方式以AGV小车对应数控机床进行上下料，存在上下料及其辅助设备的利用效率不高、精度低、安全性差的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，所解决的技术问题在于提供一种激光熔覆设备，以解决数控机床上下料靠工作人员操作夹持而导致的效率低得问题。
提出一种激光熔覆自动化设备，具体技术方案如下：
一种激光熔覆自动化设备，其特征在于：包括桁架机械手(1)、夹持机构(2)、输送机(3)、升降机(4)、激光器(5)、送粉器(6)；
所述夹持机构(2)和所述桁架机械手(1)靠近所述输送机(3)，且所述夹持机构(2)和所述桁架机械手(1)并排设置；
在所述输送机(3)内设置有升降机(4)，该升降机(4)位于所述输送机(3)的中部；
所述夹持机构(2)包括主变位机(2-1)和辅变位机(2-2)，所述主变位机(2-1)和所述辅变位机(2-2)对称设置在所述输送机(3)的两侧；
所述主变位机(2-1)和所述辅变位机(2-2)用于对工件进行夹持，所述升降机(4)位于所述主变位机(2-1)和所述辅变位机(2-2)之间；
在所述桁架机械手(1)上安装有所述激光器(5)和所述送粉器(6)。
为更好的实现本发明，可进一步为：所述桁架机械手(1)包括龙门架(1-1)、第一水平运动机构(1-2)、第二水平运动机构(1-3)、垂直运动机构(1-4)；
所述输送机(3)从所述龙门架(1-1)中穿过，所述第一水平运动机构(1-2)安装在所述龙门架(1-1)的横梁上，所述第一水平运动机构(1-2)可沿所述横梁滑动；
所述第二水平运动机构(1-3)安装在所述第一水平运动机构(1-2)上，所述第二水平运动机构(1-3)可相对所述第一水平运动机构(1-2)滑动，该第二水平运动机构(1-3)的滑动方向与所述第一水平运动机构(1-2)滑动方向垂直；
所述垂直运动机构(1-4)安装在所述第二水平运动机构(1-3)上，所述垂直运动机构(1-4)可相对所述第二水平运动机构(1-3)上下滑动；
在所述垂直运动机构(1-4)上安装所述激光器(5)和所述送粉器(6)。激光器8用以对工件表面的激光熔覆时产生激光束能量；所述送粉器9用以对工件表面的激光熔覆时输送金属粉末。
进一步地：所述主变位机(2-1)包括第一固定架(2-11)、第四水平运动机构(2-12)和第一夹持部(2-13)；
所述第一固定架(2-11)上设有第四水平运动机构(2-12)，所述第一夹持部(2-13)安装在所述第四水平运动机构(2-12)上，所述第四水平运动机构(2-12)可沿第四水平运动机构(2-12)水平滑动，该滑动方向垂直于输送机(3)的传输方向；
所述第一夹持部(2-13)包括回转台(2-131)和三抓卡盘(2-132)，该三爪卡盘(2-132)固定在所述回转台(2-131)上，回转台(2-131)由伺服系统驱动，能够带动三爪卡盘旋转，实现对工件的旋转运动。
进一步地：所述辅变位机(2-2)包括第二固定架(2-21)、第五水平运动机构(2-22)和活动顶针(2-231)；
所述第二固定架(2-21)上设有第五水平运动机构(2-22)，所述第五水平运动机构(2-22)可沿所述第二固定架(2-21)水平滑动，该滑动方向垂直于输送机(3)的传输方向，在所述第五水平运动机构(2-22)上设有活动顶针(2-231)。
在所述第五水平运动机构(2-22)上设有活动顶针(2-231)。活动顶针顶住工件另一端，随工件一起旋转。
进一步地：在所述辅变位机(2-2)内好设有压力传感器。压力传感器用以检测顶针的压力值，用于控制夹紧工件时的顶针压力的控制。
进一步地：靠近所述输送机(3)的上料端设有上料缓存架(7)，所述上料缓存架(7)上端设有输送带，输送带输送方向同输送机(3)输送方向；
所述输送机(3)上料端上设有第一接近传感器；
所输送机(3)中间设有第二接近传感器。
上料缓存架上端设有输送带，输送带输送方向同输送机输送方向，用以将工件从上料缓存架上输送至输送机；
输送机上料端上设有第一接近传感器，第一接近传感器检测到上料缓存架的工件时，控制输送机开始传输工作，输送机中间设有第二接近传感器，工件运输到主变位机和辅变位机之间时，控制升降机上升，主变位机、辅变位机进一步工作，进一步提升输送机和升降机的自动化。
进一步地：所述输送机(3)的下料端后还设有下料缓存架(8)、所述下料缓存架(8)上端设有输送带，输送带输送方向同输送机(3)输送方向，所述输送机(3)的下料端上设有第三接近传感器。第三接近传感器检测到下料缓存架的工件时，控制输送机停止工作。
进一步地：所述桁架机械手(1)靠近送粉器(6)端还设有人行梯(9)。便于操作人员给送粉器内添加金属粉末。
进一步地：所述主变位机(2-1)、所述辅变位机(2-2)、所述升降机(4)和所述输送机(3)底部设有可调地脚螺栓。用于调整各部件的水平度。
一种激光熔覆自动化设备控制方法具体技术为：
一种激光熔覆自动化设备控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将圆柱体工件移动至上料缓存架，上料缓存架上的输送带启动；
S2：第一接近传感器检测到圆柱体工件后，控制系统启动输送机，输送机开始传输上料；
S3：第二接近传感器检测到圆柱体工件后，控制系统控制输送机停止传输；
S4：升降机举升工件至设定高度；
S5：主变位机和辅变位机同时向中间移动，对工件夹紧；
S6：压力传感器读取压力值传输到控制系统，控制系统判断压力值是否达到设定的参数值，如果是，则进入S7，否则，回到S6；
S7：主变位机和辅变位机同时停止运动；
S8：升降机下降至初始点位置，桁架机械手运动至熔覆起始位置；
S9：主变位机带动圆柱体工件匀速旋转；
S10：控制系统打开送粉器匀速送粉，同时激光器开始进行激光熔覆；
S11：桁架机械手沿圆柱体工件轴向匀速水平移动；
S12：控制系统判断桁架机械手是否熔覆至工件结束点，如果是，则进入S13，否则，回到S11；
S13：桁架机械手停止运动，送粉器停止送粉，激光器停止工作；
S14：升降机升起接触到圆柱体工件；
S15：主变位机和辅变位机松开圆柱体工件，各自移动回初始位置；
S16：桁架机械手和升降机移动到各自的初始位置；
S17：输送机开始传输下料；
S18：第三接近传感器检测到圆柱体工件后，控制系统控制输送机停止传输；
S19：按照S1至S19循环。
本发明的有益效果为：第一，本发明的激光熔覆设备实现了工件激光熔覆再制造加工的全过程自动化，大幅减少了工人的工作量，有效提高了工件激光熔覆加工的生产效率，安全性好。
第二，本发明的激光熔覆设备上料端前还设有上料缓存架，下料端后还设有下料缓存架，便于工件物料的缓存，上下料方便。
第三，本发明的激光熔覆设备上料端上设有第一接近传感器，输送机中间设有第二接近传感器，下料端上设有第三接近传感器，更加便于工件的自动输送。
附图说明
图1为本发明第一整体结构示意图；
图2为本发明第二整体结构示意图；
图3为桁架机械手结构图；
图4为主变位机结构图；
图5为辅变位机结构图；
图6为本发明工作流程图；
附图标号为，桁架机械手1、龙门架1-1、第一水平运动机构1-2、第二水平运动机构1-3、垂直运动机构1-4、夹持机构2、主变位机2-1、第一固定架2-11、第四水平运动机构2-12、第一夹持部2-13、回转台2-131、三抓卡盘2-132、辅变位机2-2、第二固定架2-21、第五水平运动机构2-22、顶针2-231、输送机3、升降机4、激光器5、送粉器6、上料缓存架7、下料缓存架8、人行梯9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1至图5所示，为本发明的实施例：
一种激光熔覆自动化设备，包括桁架机械手1、夹持机构2、输送机3、升降机4、激光器5、送粉器6；
夹持机构2和桁架机械手1靠近输送机3，且夹持机构2和桁架机械手1并排设置；
在输送机3内设置有升降机4，该升降机4位于输送机3的中部；
夹持机构2包括主变位机2-1和辅变位机2-2，主变位机2-1和辅变位机2-2对称设置在输送机3的两侧；
主变位机2-1和辅变位机2-2用于对工件进行夹持，升降机4位于主变位机2-1和辅变位机2-2之间；
在桁架机械手1上安装有激光器5和送粉器6。
桁架机械手1包括龙门架1-1、第一水平运动机构1-2、第二水平运动机构1-3、垂直运动机构1-4；
输送机3从龙门架1-1中穿过，第一水平运动机构1-2安装在龙门架1-1的横梁上，第一水平运动机构1-2可沿横梁滑动；
第二水平运动机构1-3安装在第一水平运动机构1-2上，第二水平运动机构1-3可相对第一水平运动机构1-2滑动，该第二水平运动机构1-3的滑动方向与第一水平运动机构1-2滑动方向垂直；
垂直运动机构1-4安装在第二水平运动机构1-3上，垂直运动机构1-4可相对第二水平运动机构1-3上下滑动；
在垂直运动机构1-4上安装激光器5和送粉器6。激光器8用以对工件表面的激光熔覆时产生激光束能量；送粉器9用以对工件表面的激光熔覆时输送金属粉末。
主变位机2-1包括第一固定架2-11、第四水平运动机构2-12和第一夹持部2-13；
第一固定架2-11上设有第四水平运动机构2-12，第一夹持部2-13安装在第四水平运动机构2-12上，第四水平运动机构2-12可沿第一固定架2-11水平滑动，该滑动方向垂直于输送机3的传输方向；
第一夹持部2-13包括回转台2-131和三抓卡盘2-132，该三爪卡盘2-132固定在回转台2-131上，回转台2-131由伺服系统驱动，能够带动三爪卡盘旋转，实现对工件的旋转运动。
辅变位机2-2包括第二固定架2-21、第五水平运动机构2-22和活动顶针2-231；
第二固定架2-21上设有第五水平运动机构2-22，第五水平运动机构2-22可沿第二固定架2-21水平滑动，该滑动方向垂直于输送机3的传输方向；
在第五水平运动机构2-22上设有活动顶针2-231，活动顶针顶住工件另一端，随工件一起旋转。
在辅变位机2-2内好设有压力传感器。压力传感器用以检测顶针的压力值，用于控制夹紧工件时的顶针压力的控制。
第一水平运动机构、第二水平运动机构、垂直运动机构、第四水平运动机构、第五水平运动机构均包括驱动机构和滑块滑轨机构，驱动机构驱动相应的滑块沿滑轨滑动；
在本实施例中驱动机构可采用电动缸、气缸、液压缸驱动；电动缸、气缸、液压缸的活塞杆带动滑块滑动。
同时，上述驱动机构也可采用电机，丝杠驱动，电机驱动丝杠带动滑块滑动，以实现滑动位置更好的控制。
靠近输送机3的上料端设有上料缓存架7，上料缓存架7上设有输送带，输送带输送方向同输送机3输送方向，输送机3上料端上设有第一接近传感器；所输送机3中间设有第二接近传感器。
上料缓存架上端设有输送带，输送带输送方向同输送机输送方向，用以将工件从上料缓存架上输送至输送机；
输送机上料端上设有第一接近传感器，第一接近传感器检测到上料缓存架的工件时，控制输送机开始传输工作，输送机中间设有第二接近传感器，工件运输到主变位机和辅变位机之间时，控制升降机上升，主变位机、辅变位机进一步工作，进一步提升输送机和升降机的自动化。
输送机3的下料端后还设有下料缓存架8、下料缓存架8上端设有输送带，输送带输送方向同输送机3输送方向，输送机3的下料端上设有第三接近传感器。第三接近传感器检测到下料缓存架的工件时，控制输送机停止工作。
桁架机械手1靠近送粉器6端还设有人行梯9。便于操作人员给送粉器内添加金属粉末。
主变位机2-1、辅变位机2-2、升降机4和输送机3底部设有可调地脚螺栓。用于调整各部件的水平度。
本发明原理：工作人员将工件放置到上料缓存架7，按下上料缓存架7上的“启动”按钮；
输送机3头部的第一接近传感器检测到圆柱体工件后，输送机3启动传输工件，进行上料工作；
输送机3中间位置的第二接近传感器检测到工件后，输送机3停止运动，升降机4启动，举升工件至中心对准高度，升降机4停止运动；
主变位机2-1和辅变位机2-2同时向中间水平运动，进行工件夹紧动作，压力传感器反馈压力值后，主变位机2-1和辅变位机2-2同时停止运动；
升降机4下降至零点后停止运动，桁架机械手1运动至工件的加工起始点后，桁架机械手1停止运动；
主变位机2-1旋转带动工件进行匀速旋转运动；
打开送粉器6进行匀速送粉，打开激光器5进行工件表面激光熔覆；
桁架机械手1沿第一水平运动机构1-2水平X轴按设定速度进行匀速水平运动；
桁架机械手1水平X轴运动至工件激光熔覆结束点后，关闭送粉器6，关闭激光器5，桁架机械手1停止运动；
升降机4升起至工件中心对准高度向下3mm位置，升降机4停止运动；
主变位机2-1和辅变位机2-2同时向两边水平运动至各自基座零点，停止运动；
桁架机械手1运动至各轴零点后停止运动，升降机4下降至零点后停止运动；输送机3启动，传输工件，进行下料工作；
输送机3尾部的第三接近传感器检测到工件后，输送机3停止传输工件，下料完成；
一个工件加工循环结束，进入下一个工件加工循环。
如图6所示为，一种激光熔覆自动化设备控制方法的实施例：
一种激光熔覆自动化设备控制方法，包括如下步骤：
S1：将圆柱体工件移动至上料缓存架，上料缓存架上的输送带启动；
S2：第一接近传感器检测到圆柱体工件后，控制系统启动输送机，输送机开始传输上料；
S3：第二接近传感器检测到圆柱体工件后，控制系统控制输送机停止传输；
S4：升降机举升工件至设定高度；
S5：主变位机和辅变位机同时向中间移动，对工件夹紧；
S6：压力传感器读取压力值传输到控制系统，控制系统判断压力值是否达到设定的参数值，如果是，则进入S7，否则，回到S6；
S7：主变位机和辅变位机同时停止运动；
S8：升降机下降至初始点位置，桁架机械手运动至熔覆起始位置；
S9：主变位机带动圆柱体工件匀速旋转；
S10：控制系统打开送粉器匀速送粉，同时激光器开始进行激光熔覆；
S11：桁架机械手沿圆柱体工件轴向匀速水平移动；
S12：控制系统判断桁架机械手是否熔覆至工件结束点，如果是，则进入S13，否则，回到S11；
S13：桁架机械手停止运动，送粉器停止送粉，激光器停止工作；
S14：升降机升起接触到圆柱体工件；
S15：主变位机和辅变位机松开圆柱体工件，各自移动回初始位置；
S16：桁架机械手和升降机移动到各自的初始位置；
S17：输送机开始传输下料；
S18：第三接近传感器检测到圆柱体工件后，控制系统控制输送机停止传输；
S19：按照S1至S19循环。
Claims (10)
1.一种激光熔覆自动化设备，其特征在于：包括桁架机械手(1)、夹持机构(2)、输送机(3)、升降机(4)、激光器(5)、送粉器(6)；
所述夹持机构(2)和所述桁架机械手(1)靠近所述输送机(3)，且所述夹持机构(2)和所述桁架机械手(1)并排设置；
在所述输送机(3)内设置有升降机(4)，该升降机(4)位于所述输送机(3)的中部；
所述夹持机构(2)包括主变位机(2-1)和辅变位机(2-2)，所述主变位机(2-1)和所述辅变位机(2-2)对称设置在所述输送机(3)的两侧；
所述主变位机(2-1)和所述辅变位机(2-2)用于对工件进行夹持，所述升降机(4)位于所述主变位机(2-1)和所述辅变位机(2-2)之间；
在所述桁架机械手(1)上安装有所述激光器(5)和所述送粉器(6)。
2.根据权利要求1所述一种激光熔覆自动化设备，其特征在于：所述桁架机械手(1)包括龙门架(1-1)、第一水平运动机构(1-2)、第二水平运动机构(1-3)、垂直运动机构(1-4)；
所述输送机(3)从所述龙门架(1-1)中穿过，所述第一水平运动机构(1-2)安装在所述龙门架(1-1)的横梁上，所述第一水平运动机构(1-2)可沿所述横梁滑动；
所述第二水平运动机构(1-3)安装在所述第一水平运动机构(1-2)上，所述第二水平运动机构(1-3)可相对所述第一水平运动机构(1-2)滑动，该第二水平运动机构(1-3)的滑动方向与所述第一水平运动机构(1-2)滑动方向垂直；
所述垂直运动机构(1-4)安装在所述第二水平运动机构(1-3)上，所述垂直运动机构(1-4)可相对所述第二水平运动机构(1-3)上下滑动；
所述激光器(5)和所述送粉器(6)安装在所述垂直运动机构(1-4)上。
3.根据权利要求1所述一种激光熔覆自动化设备，其特征在于：所述主变位机(2-1)包括第一固定架(2-11)、第四水平运动机构(2-12)和第一夹持部(2-13)；
所述第一固定架(2-11)上设有第四水平运动机构(2-12)，所述第一夹持部(2-13)安装在所述第四水平运动机构(2-12)上，所述第四水平运动机构(2-12)可沿所述第一固定架(2-11)水平滑动，该滑动方向垂直于输送机(3)的传输方向；
所述第一夹持部(2-13)包括回转台(2-131)和三抓卡盘(2-132)，该三爪卡盘(2-132)固定在所述回转台(2-131)上，回转台(2-131)由伺服系统驱动。
4.根据权利要求1所述一种激光熔覆自动化设备，其特征在于：所述辅变位机(2-2)包括第二固定架(2-21)、第五水平运动机构(2-22)和活动顶针(2-231)；
所述第二固定架(2-21)上设有第五水平运动机构(2-22)，所述第五水平运动机构(2-22)可沿所述第二固定架(2-21)水平滑动，该滑动方向垂直于输送机(3)的传输方向，在所述第五水平运动机构(2-22)上设有活动顶针(2-231)。
5.根据权利要求1所述一种激光熔覆自动化设备，其特征在于：在所述辅变位机(2-2)内好设有压力传感器。
6.根据权利要求1所述一种激光熔覆自动化设备，其特征在于：靠近所述输送机(3)的上料端设有上料缓存架(7)，在所述上料缓存架(7)上端设有与输送机(3)输送方向相同的输送带；
在所述输送机(3)上料端上设有第一接近传感器，所输送机(3)中间设有第二接近传感器，所述第二接近传感器与所述夹持机构(2)相邻设置。
7.根据权利要求1所述一种激光熔覆自动化设备，其特征在于：所述输送机(3)的下料端后还设有下料缓存架(8)、所述下料缓存架(8)上端设有输送带，输送带输送方向同输送机(3)输送方向，所述输送机(3)的下料端上设有第三接近传感器。
8.根据权利要求1所述一种激光熔覆自动化设备，其特征在于：所述桁架机械手(1)靠近送粉器(6)端还设有人行梯(9)。
9.根据权利要求1所述一种激光熔覆自动化设备，其特征在于：所述主变位机(2-1)、所述辅变位机(2-2)、所述升降机(4)和所述输送机(3)底部还设有可调地脚螺栓。
10.一种激光熔覆自动化设备控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：将圆柱体工件移动至上料缓存架，上料缓存架上的输送带启动；
S2：第一接近传感器检测到圆柱体工件后，控制系统启动输送机，输送机开始传输上料；
S3：第二接近传感器检测到圆柱体工件后，控制系统控制输送机停止传输；
S4：升降机举升工件至设定高度；
S5：主变位机和辅变位机同时向中间移动，对工件夹紧；
S6：压力传感器读取压力值传输到控制系统，控制系统判断压力值是否达到设定的参数值，如果是，则进入S7，否则，回到S6；
S7：主变位机和辅变位机同时停止运动；
S8：升降机下降至初始点位置，桁架机械手运动至熔覆起始位置；
S9：主变位机带动圆柱体工件匀速旋转；
S10：控制系统打开送粉器匀速送粉，同时激光器开始进行激光熔覆；
S11：桁架机械手沿圆柱体工件轴向匀速水平移动；
S12：控制系统判断桁架机械手是否熔覆至工件结束点，如果是，则进入S13，否则，回到S11；
S13：桁架机械手停止运动，送粉器停止送粉，激光器停止工作；
S14：升降机升起接触到圆柱体工件；
S15：主变位机和辅变位机松开圆柱体工件，各自移动回初始位置；
S16：桁架机械手和升降机移动到各自的初始位置；
S17：输送机开始传输下料；
S18：第三接近传感器检测到圆柱体工件后，控制系统控制输送机停止传输；
S19：按照S1至S19循环。
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