CN111922876B - 基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统及打磨方法，解决现有封接体极针的打磨过程，存在打磨后封接体极针质量无法保证、封接体残次品较多、工作速度慢、耗费时间长的问题。打磨系统包括传送机构、封接体料盘、工作平台、四轴机器人、打磨定位机构及治具组件；封接体料盘设置在传送机构上；四轴机器人和打磨定位机构设在工作平台上；治具组件设置在四轴机器人的工作轴上；封接体料盘和打磨定位机构均位于四轴机器人的工作区域内；治具组件包括打磨治具连接板及设置在打磨治具连接板上的法兰联轴器、吸取治具、抓取治具、打磨治具和吹扫治具；打磨定位机构包括用于放置封接体的定位单元和用于夹紧定位盲孔上的封接体夹紧单元。

Description

基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统及方法

技术领域

本发明涉及封接体极针打磨技术，具体涉及一种基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统及打磨方法。

背景技术

点火器是发动机、火箭等器件的重要组成部分，对发动机及火箭是否能够点火起着决定性作用。点火器的制备过程为：首先制作封接体，然后在封接体的极针上安装并焊接桥带，最终获得点火器。封接体在存放过程中，极针会出现氧化的情况，极针氧化影响极针与桥带的焊接质量，因此在桥带点焊前需对极针进行处理。

目前，对封接体极针的去除氧化皮(打磨)方式，通常为将封接体放置在显微镜下，人工用刮刀刮去极针表面氧化层，该过程是凭经验判断氧化层的去除情况，使得打磨后的封接体极针质量无法得到保证；以及该过程为人为操作，操作人员易疲劳、易造成封接体其他部位划伤，使得封接体残次品较多；另外现有封接体极针去除氧化皮过程包括封接体从料盘中的取放、封接体从显微镜中的取放、刮极针氧化层等工序，由于各个工序均为人工操作，存在工作速度慢、耗费时间长、误操作的缺陷，使得点火器制备成本高、工作效率低。

发明内容

为了解决现有封接体极针的打磨过程，存在打磨后封接体极针质量无法得到保证、封接体残次品较多；以及打磨过程的各个工序均为人工操作，存在工作速度慢、耗费时间长、误操作的技术问题，本发明提供了一种基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统，其特殊之处在于：包括传送机构、封接体料盘、工作平台、四轴机器人、打磨定位机构及治具组件；

所述封接体料盘设置在传送机构上；

所述四轴机器人和打磨定位机构设置在工作平台上；

所述治具组件设置在四轴机器人的工作轴上；

所述封接体料盘和打磨定位机构均位于四轴机器人的工作区域内；

所述治具组件包括打磨治具连接板及设置在打磨治具连接板上的法兰联轴器、吸取治具、抓取治具、打磨治具和吹扫治具；

所述法兰联轴器设置在打磨治具连接板的上表面中部，法兰联轴器与四轴机器人的工作轴连接；

所述打磨定位机构包括定位单元和夹紧单元；

所述定位单元包括设置在工作平台上的升降机构、设置在升降机构上的工作板；所述工作板设有至少一个用于放置封接体的定位盲孔；

所述夹紧单元包括设置在工作平台上的夹紧气缸以及夹紧气缸驱动的2个夹紧气爪；2个夹紧气爪用于夹紧定位盲孔上的封接体。

进一步地，所述吸取治具包括设置在打磨治具连接板下表面中部的真空吸盘；

所述抓取治具包括设置在打磨治具连接板一端的气缸以及气缸驱动的2个夹头；

所述打磨治具包括设置在打磨治具连接板另一端的微型气动打磨机或者微型电动打磨机；

所述吹扫治具包括设置在打磨治具连接板上的延伸板以及设置在延伸板外伸端的吹气管，且延伸板的固定端位于吸取治具和抓取治具之间，或者位于吸取治具和打磨治具之间；

所述真空吸盘、微型气动打磨机或者微型电动打磨机的打磨头、吹气管的最低位均高于夹头的最低位。

进一步地，所述2个夹紧气爪的内侧面均设有与封接体外表面相适配的半圆形槽；所述半圆形槽与定位盲孔的一一对应；

所述2个夹头的内侧面均开设有用于夹紧封接体的弧形凹槽或者V型槽。

进一步地，所述定位盲孔的数量为多个，其并排设置且直径不等。

进一步地，所述夹紧气缸通过气缸支架设置在工作平台上；

所述抓取治具还包括垂直设置在打磨治具连接板一端的夹具安装板；所述气缸设置在夹具安装板上；

进一步地，所述吸取治具还包括垂直设置在打磨治具连接板下表面中部的治具轴，所述吸盘设置在治具轴下端；

进一步地，所述打磨治具还包括设置在打磨治具连接板另一端的安装支架；

所述微型电动打磨机包括设置在安装支架上方的电机以及设置在安装支架下方且由电机驱动的所述打磨头；

所述打磨头的材质为橡胶。

进一步地，所述打磨头的中心线、吹气管的轴线均与治具轴的轴线平行。

进一步地，所述法兰联轴器包括联轴器和固连于联轴器一端的法兰；

所述法兰固连于打磨治具连接板上表面中部；

所述联轴器沿轴向设有贯通的胀紧槽；

所述联轴器上设有与胀紧槽贯通的安装孔，通过螺栓穿过安装孔将胀紧槽两侧的联轴器压紧，实现工作轴与联轴器固定，进而实现四轴机器人和治具组件的连接。

同时，本发明提供了一种基于四轴机器人的封接体极针精确打磨方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)四轴机器人驱动抓取治具移至封接体料盘上方，并抓取封接体料盘内的封接体；

2)四轴机器人将抓取治具抓取的封接体移至工作板的定位盲孔内，并通过夹紧单元夹紧固定；

3)四轴机器人将打磨治具移至封接体的极针位置，对极针表面进行打磨；

4)四轴机器人将吹扫治具移至封接体的极针位置，对打磨残渣进行吹扫；

5)四轴机器人将吸取治具移至封接体的极针位置，对吹扫后极针表面残渣进行吸取；

6)夹紧单元松开，四轴机器人的抓取治具对极针打磨后的封接体进行抓取；

7)四轴机器人将抓取的封接体放回封接体料盘中，完成封接体极针的打磨。

进一步地，步骤2)中，工作板的高度可通过升降机构进行调整。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明打磨系统及打磨方法，采用传送机构对封接体料盘进行传输，四轴机器人将料盘内封接体移至工作板，并且四轴机器人在工作板内对极针进行打磨、清理打磨后残渣工序，打磨完成后四轴机器人将封接体移至料盘内，形成一条完整的自动化流水作业，工作效率高，同时避免人为疲劳造成的误操作。

2、本发明治具组件集成有抓取治具、打磨治具、吸取治具、吹扫治具，可实现封接体抓取、极针打磨、打磨后残渣清理工作，通过抓取治具取封接体，大大加快了封接体取出的速度，且将抓取治具布置在打磨治具连接板的端部且处于最低位，更加便于对封接体的抓取；同时抓取时，防止其余治具对料盘中其他封接体的损伤；打磨过程采用微型器件，对极针表面的损伤小；吸取治具和吹扫治具对打磨后的残渣进行清理，保证封接体极针表面光滑无残渣，本发明治具组件及机械手具有操作简便、工作效率高、极针损伤少的特点。

3、本发明夹紧气爪的内侧面设有半圆形槽，便于夹紧封接体。

4、本发明工作板上的定位盲孔、夹紧气爪上的半圆形槽均为多个，适用于不同型号封接体的加工；

5、本发明封接体的打磨、吸取及吹扫工序是在定位单元上完成的，工作板的高度可通过升降机构进行调节，适用于不同型号封接体的加工。

6、本发明治具组件将抓取治具和打磨治具布置于打磨治具连接板的两端、吸取治具位于打磨治具连接板中部、吹扫治具位于打磨治具连接板的外侧，四个治具呈间隔布置，其中任一个治具在工作时，剩余治具不会对其工作过程产生影响，且抓取治具和打磨治具位于端部，便于抓取和打磨，治具组件整体体积较小。

7、本发明打磨系统通过一个机器人可完成封接体的抓取、极针打磨、清理过程，具有操作简便、工作效率高、成本低、占用空间小的特点，进一步提高点火器的生产效率。

8、本发明抓取治具的夹头内侧面设有弧形凹槽或者V型槽，便于夹紧封接体。

9、本发明打磨治具的打磨头采用橡胶材料，可减少对极针表面的损伤。

10、本发明机械手通过四轴机器人自动化实现封接体极针的打磨，操作效率高。

附图说明

图1是本发明基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统结构示意图；

图2是本发明基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统中治具组件结构示意图一；

图3是本发明基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统中治具组件结构示意图二；

图4是本发明基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统中治具组件结构示意图三；

图5是本发明基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统中治具组件与四轴机器人的装配示意图一；

图6是本发明基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统中治具组件与四轴机器人的装配示意图二；

图7是本发明基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统中打磨定位机构结构示意图；

其中，附图标记如下：

1-打磨治具连接板，2-吸取治具，21-治具轴，22-吸盘，3-抓取治具，31-夹具安装板，32-气缸，33-夹头支架，34-滑动导轨，35-夹头，351-弧形凹槽，4-打磨治具，41-安装支架，411-第一平板，412-第二平板，42-电机，43-打磨头，5-吹扫治具，51-延伸板，511-固定端，512-外伸端，52-吹气管，6-法兰联轴器，61-联轴器，611-胀紧槽，62-法兰，63-螺栓，7-四轴机器人，71-工作轴，8-治具组件，9-打磨定位机构，91-定位单元，911-升降机构，912-工作板，913-定位盲孔，92-夹紧单元，921-气缸支架，922-夹紧气缸，923-夹紧气爪，924-半圆形槽，10-传送机构，11-封接体料盘，12-工作平台。

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。

如图1所示，一种基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统，包括传送机构10、封接体料盘11、工作平台12、四轴机器人、打磨定位机构9及治具组件8，封接体料盘11设置在传送机构10上，传送机构10对封接体料盘11进行传输，并送至四轴机器人7的工作区域；四轴机器人7和打磨定位机构9设置在工作平台12上；治具组件8设置在四轴机器人7工作轴71上；封接体料盘11和打磨定位机构9均位于四轴机器人7的工作区域内，该打磨系统通过传送机构10对封接体料盘11进行传输，四轴机器人7将料盘内封接体移至工作板912，四轴机器人7在工作板912内对极针进行打磨、清理打磨后残渣工序，打磨完成后四轴机器人7将封接体移至料盘内，该打磨系统由1台平面四轴机器人7协同完成封接体搬运、极针端面打磨、极针吹扫等工作，形成一条完整的自动化流水作业，提高工作效率，同时避免人为疲劳操作造成的误操作。

如图2至图4所示，治具组件8包括打磨治具连接板1、法兰联轴器6、吸取治具2、抓取治具3、打磨治具4及吹扫治具5，治具组件集成有抓取治具3、打磨治具4、吸取治具2、吹扫治具5，可实现封接体抓取、极针打磨、打磨后残渣清理工作，提高工作效率。

法兰联轴器6设置在打磨治具连接板1上表面中部，其包括联轴器61和固连于联轴器61一端的法兰62；联轴器61沿轴向设有贯通的胀紧槽611；联轴器61上设有与胀紧槽611贯通的安装孔，通过螺栓63穿过安装孔将胀紧槽611两侧的联轴器61压紧。

吸取治具2包括垂直设置在打磨治具连接板1下表面中部的治具轴21和设置在治具轴21下端的吸盘22，治具轴21上端通过法兰62与打磨治具连接板1连接，吸盘与外部真空发生器连接。

抓取治具3包括夹具安装板31、气缸32、夹头支架33及相对设置的2个夹头35，夹具安装板31垂直设置在打磨治具连接板1的一端，气缸32设置在夹具安装板31上，夹头支架33设置在气缸下端面，夹头支架33下端面设有滑动导轨34，2个夹头35的上部设置在滑动导轨34内，且2个夹头35在外部气源的驱动下可在滑动导轨34内相向运动或相背运动，用于夹紧或松开封接体；为了进一步夹紧封接体，2个夹头35的内侧面均开设有用于夹紧封接体的弧形凹槽351或者V型槽。

打磨治具4包括设置在打磨治具连接板1另一端的安装支架41和微型电动打磨机，微型电动打磨机包括电机42和电机42驱动的微型气动研磨头；安装支架41设置在打磨治具连接板1另一端端面，安装支架41为L形安装板，包括垂直相连的第一平板411和第二平板412，第一平板411与打磨治具连接板1连接，第二平板412上开设有第一安装通孔，第一安装通孔的轴线与治具轴21的轴线平行，电机42设置在第二平板412上，微型气动研磨头的上端穿过第一安装通孔与电机42输出连接，打磨头43的材质为橡胶，打磨过程采用微型器件，对极针表面的损伤小。在其它实施例中打磨治具4也可包括安装支架41和微型气动打磨机。

吹扫治具5包括延伸板51和吹气管52，延伸板51包括设置在打磨治具连接板1上的固定端511和位于打磨治具连接板1外侧的外伸端512，且固定端511位于吸取治具2和抓取治具3之间、或者位于吸取治具2和打磨治具4之间；外伸端512设有第二安装通孔，且第二安装通孔的轴线与治具轴21的轴线平行，吹气管52穿设在第二安装通孔上；

吸盘22、打磨头43、吹气管52在高度方向的最低位均高于夹头35的最低位；且打磨头43的中心线、气管的轴线均与治具轴21的轴线平行。

本实施例治具组件通过抓取治具3取封接体，大大加快了封接体取出的速度，且将抓取治具3布置在打磨治具连接板1的端部且处于最低位，更加便于对封接体的抓取；同时抓取时，防止其余治具对料盘中其他封接体的损伤；吸取治具2和吹扫治具5对打磨后的残渣进行清理，保证封接体极针表面光滑无残渣。抓取治具3和打磨治具4布置于打磨治具连接板1的两端、吸取治具2位于打磨治具连接板1中部、吹扫治具5位于打磨治具连接板1的外侧，四个治具呈间隔布置，其中任一个治具在工作时，其余治具不会对其产生影响，且抓取治具3和打磨治具4位于端部，便于抓取和打磨，且整体体积较小。

如图7所示，打磨定位机构9包括定位单元91和夹紧单元92；定位单元91包括设置在工作平台12上的升降机构911、设置在升降机构911上的工作板912，通过升降机构911调整工作板912的高度，以适应于不同规格的封接体；工作板912上设有与封接体外圆相适配的定位盲孔913，便于封接体放置在工位板上；夹紧单元92包括设置在工作平台12上气缸支架921、设置在气缸支架921上的夹紧气缸922以及夹紧气缸922驱动的2个夹紧气爪923，2个夹紧气爪923在夹紧气缸922的驱动下相对夹紧气缸922进行转动，即2个夹紧气爪923进行开合动作，2个夹紧气爪923在夹紧气缸922的驱动下用于夹紧定位盲孔913上的封接体。

为了提高夹紧气爪923对封接体的夹紧效果，2个夹紧气爪923的内侧面均设有与封接体外表面相适配的半圆形槽924，2个夹紧气爪923在夹紧气缸922驱动下扣合后平行位于工作板912的上方，且2个夹紧气爪923上的半圆形槽924形成的圆形孔位于定位盲孔913的上方。

为了便于对不同规格封接体的定位和夹紧作用，工作板912上定位盲孔913为并排设置且直径不等的多个；相应地，半圆形槽924也为并排设置且直径不等的多个，半圆形槽924的数量与定位盲孔913的数量相等，且位置及直径一一对应，多个的目的是兼容不同尺寸的零件，通常总共可兼容7种零件。

如图5和图6所示，四轴机器人7的工作轴71与治具组件8的法兰联轴器6连接，具体为四轴机器人7的工作轴71设置在联轴器61内，通过螺栓63穿过联轴器61胀紧槽611两侧的安装孔，将胀紧槽611两侧的联轴器61压紧，实现四轴机器人7的工作轴71与联轴器61的固定，进而实现四轴机器人7与治具组件的连接。本实施例打磨系统通过一个四轴机器人7可完成四个动作，自动化实现封接体极针的打磨，操作效率高。

本实施例打磨系统还包括气源，气源用于给吸取治具2、吹扫治具5、抓取治具3及夹紧单元92等提供动力源，实现抓取、打磨残渣清理、封接体定位夹紧工序。

基于上述打磨系统，本实施例提供了一种基于四轴机器人的封接体极针精确打磨方法，包括以下步骤：

1)传送机构10将封接体料盘11输送至四轴机器人7的工作区域内，传送机构10上的光电感应器感应到料盘到位后，顶升机构将料盘顶起并定位；

2)抓取治具3在四轴机器人7的驱动下，移至封接体料盘11上方，并抓取封接体料盘11内的封接体；

3)四轴机器人7将抓取治具3抓取的封接体移至工作板912的定位盲孔913内，同时在气源的驱动下通过夹紧单元92的2个夹紧气爪923对封接体进行夹紧固定；

其中，工作板912的高度可通过升降机构911进行调整，以适应于不同规格的封接体；

4)四轴机器人7将打磨治具4移至封接体的极针位置，启动打磨治具4的电机42，微型电动打磨机的打磨头43对极针表面进行打磨；

5)关闭打磨治具4的电机42，四轴机器人7将吹扫治具5移至封接体的极针位置，对打磨残渣进行吹扫；

6)四轴机器人7将吸取治具2移至封接体极针位置，对吹扫后极针表面残渣进行吸取；

7)夹紧单元92的2个夹紧气爪923在气源的驱动下松开；同时，四轴机器人7将抓取治具3移至封接体位置，对极针打磨后的封接体进行抓取；

8)四轴机器人7将抓取的封接体放回封接体料盘11中，完成封接体极针的打磨；

如此重复执行步骤1)至步骤8)，完成整个料盘上的所有封接体极针的打磨；

9)整个料盘上所有封接体极针打磨完毕后，顶升机构下降，阻挡气缸放行，封接体料盘11运输至下一工序。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (8)

1.一种基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统，其特征在于：包括传送机构(10)、封接体料盘(11)、工作平台(12)、四轴机器人(7)、打磨定位机构(9)及治具组件(8)；

所述封接体料盘(11)设置在传送机构(10)上；

所述四轴机器人(7)和打磨定位机构(9)设置在工作平台(12)上；

所述治具组件(8)设置在四轴机器人(7)的工作轴(71)上；

所述封接体料盘(11)和打磨定位机构(9)均位于四轴机器人(7)的工作区域内；

所述治具组件(8)包括打磨治具连接板(1)及设置在打磨治具连接板(1)上的法兰联轴器(6)、吸取治具(2)、抓取治具(3)、打磨治具(4)和吹扫治具(5)；

所述吸取治具(2)包括设置在打磨治具连接板(1)下表面中部的真空吸盘；

所述抓取治具(3)包括设置在打磨治具连接板(1)一端的气缸(32)以及气缸(32)驱动的2个夹头(35)；

所述打磨治具(4)包括设置在打磨治具连接板(1)另一端的微型气动打磨机或者微型电动打磨机；

所述吹扫治具(5)包括设置在打磨治具连接板(1)上的延伸板(51)以及设置在延伸板(51)外伸端(512)的吹气管(52)，且延伸板(51)的固定端(511)位于吸取治具(2)和抓取治具(3)之间，或者位于吸取治具(2)和打磨治具(4)之间；

所述真空吸盘、微型气动打磨机或者微型电动打磨机的打磨头(43)、吹气管(52)的最低位均高于夹头(35)的最低位；

所述打磨头(43)的中心线、吹气管(52)的轴线均与吸取治具(2)的轴线平行；

所述法兰联轴器(6)设置在打磨治具连接板(1)的上表面中部，法兰联轴器(6)与四轴机器人(7)的工作轴(71)连接；

所述打磨定位机构(9)包括定位单元(91)和夹紧单元(92)；

所述定位单元(91)包括设置在工作平台(12)上的升降机构(911)、设置在升降机构(911)上的工作板(912)；所述工作板(912)设有至少一个用于放置封接体的定位盲孔(913)；

所述夹紧单元(92)包括设置在工作平台(12)上的夹紧气缸(922)以及夹紧气缸(922)驱动的2个夹紧气爪(923)；2个夹紧气爪(923)用于夹紧定位盲孔(913)上的封接体。

2.根据权利要1所述基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统，其特征在于：所述2个夹紧气爪(923)的内侧面均设有与封接体外表面相适配的半圆形槽(924)；所述半圆形槽(924)与定位盲孔(913)的一一对应；

所述2个夹头(35)的内侧面均开设有用于夹紧封接体的弧形凹槽(351)或者V型槽。

3.根据权利要求2所述基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统，其特征在于：所述定位盲孔(913)的数量为多个，其并排设置且直径不等。

4.根据权利要求1至3任一所述基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统，其特征在于：所述夹紧气缸(922)通过气缸支架(921)设置在工作平台(12)上；

所述抓取治具(3)还包括垂直设置在打磨治具连接板(1)一端的夹具安装板(31)；所述气缸(32)设置在夹具安装板(31)上；

所述吸取治具(2)还包括垂直设置在打磨治具连接板(1)下表面中部的治具轴(21)，所述吸盘(22)设置在治具轴(21)下端。

5.根据权利要求4所述基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统，其特征在于：所述打磨治具(4)还包括设置在打磨治具连接板(1)另一端的安装支架(41)；

所述微型电动打磨机包括设置在安装支架(41)上方的电机(42)以及设置在安装支架(41)下方且由电机(42)驱动的所述打磨头(43)；

所述打磨头(43)的材质为橡胶。

6.根据权利要求5所述基于四轴机器人的封接体极针精确打磨系统，其特征在于：所述法兰联轴器(6)包括联轴器(61)和固连于联轴器(61)一端的法兰(62)；所述法兰(62)固连于打磨治具连接板(1)上表面中部；

所述联轴器(61)沿轴向设有贯通的胀紧槽(611)；

所述联轴器(61)上设有与胀紧槽(611)贯通的安装孔，通过螺栓(63)穿过安装孔将胀紧槽(611)两侧的联轴器(61)压紧，实现工作轴(71)与联轴器(61)固定。

7.一种基于四轴机器人的封接体极针精确打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)四轴机器人(7)驱动抓取治具(3)移至封接体料盘(11)上方，并抓取封接体料盘(11)内的封接体；

2)四轴机器人(7)将抓取治具(3)抓取的封接体移至工作板(912)的定位盲孔(913)内，并通过夹紧单元(92)夹紧固定；

3)四轴机器人(7)将打磨治具(4)移至封接体的极针位置，对极针表面进行打磨；

4)四轴机器人(7)将吹扫治具(5)移至封接体的极针位置，对打磨残渣进行吹扫；

5)四轴机器人(7)将吸取治具(2)移至封接体的极针位置，对吹扫后极针表面残渣进行吸取；

6)夹紧单元(92)松开，四轴机器人(7)的抓取治具(3)对极针打磨后的封接体进行抓取；

7)四轴机器人(7)将抓取的封接体放回封接体料盘(11)中，完成封接体极针的打磨。

8.根据权利要求7所述基于四轴机器人的封接体极针精确打磨方法，其特征在于：步骤2)中，工作板(912)的高度可通过升降机构(911)进行调整。

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