CN111923026A - 航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统及方法 - Google Patents

航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统及方法，涉及航空发动机维修技术领域，提供一种全新的智能自动化硅胶涂覆系统，实现航空发动机压气机叶片涂胶工序的自动化操作，提高涂胶效率并保证涂覆质量。所述的叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，包括：叶片放置模具、第一机械手臂、叶片类型识别装置、叶片姿态识别装置、第二机械手臂以及控制系统，所述控制系统分别与第一机械手臂、叶片类型识别装置、叶片姿态识别装置、第二机械手臂以及点胶装置信号相连。本发明采用双机械手模拟手工涂胶动作，同时与视觉识别手段结合，实现叶片榫头硅胶涂覆工序的自动化识别、定位以及涂覆等功能，可提高涂胶效率并保证涂覆质量。

Description

航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统及方法
技术领域
本发明涉及航空发动机维修技术领域，尤其涉及一种航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统及方法。
背景技术
压气机的风扇叶片和高压叶片是航空发动机的关键零备件，其通过榫头和压气机盘上的榫槽进行装配连接。某型发动机在装配之前，需在叶片榫头处，按涂胶工艺涂覆硅胶，以消除榫头与盘鼓榫槽之间的间隙，起到密封减震的作用。传统的硅胶涂覆工序为工人使用简易涂胶工具进行人工涂覆，根据现场实际情况得出，硅胶涂覆工序虽是装配前的准备工序，却花费了大量时间，高压压气机转子共三级叶片需涂胶，目前每级叶片平均每人需花费一个小时左右；风扇转子共二级叶片需涂胶，每级叶片平均每人需花费两个小时左右，同时涂现场使用的涂胶工具效率较低，操作繁琐，涂胶质量受工人技术的影响，涂胶质量不能得到稳定保证；其次榫头胶条如果过厚，将导致装配工序耗时增加，难度加大。综上所述，现需要根据叶片涂胶工艺和前期现场涂胶的操作方式，设计一种全新的智能自动化硅胶涂覆装置，实现叶片涂胶工序的自动化，同时通过视觉识别系统，使涂胶性能够适应不同批次叶片的差异，提高现场生产效率，切实推进一线班组生产模式的自动化改进。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种全新的智能自动化硅胶涂覆系统，实现航空发动机压气机叶片涂胶工序的自动化操作，提高涂胶效率并保证涂覆质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，包括：
叶片放置模具，所述叶片放置模具用于定位放置待涂胶的叶片，以供第一机械手臂拾取；
第一机械手臂，所述第一机械手臂用于对接拾取位于叶片放置模具中的待涂胶的叶片；
叶片类型识别装置，所述叶片类型识别装置用于对被第一机械手臂拾取的待涂胶的叶片进行图像采集，以识别并确认叶片类型；
叶片姿态识别装置，所述叶片姿态识别装置用于对被第一机械手臂拾取的待涂胶的叶片进行三维图像采集，并获取叶片的三维姿态信息；
第二机械手臂，所述第二机械手臂用于对接拾取点胶装置以进行涂胶操作；
控制系统，所述控制系统分别与第一机械手臂、叶片类型识别装置、叶片姿态识别装置、第二机械手臂以及点胶装置信号相连；控制系统预设若干类型的叶片涂胶控制程序，并能够接收叶片类型识别装置采集的图像信息，以识别并确认叶片类型；控制系统能够接收叶片姿态识别装置采集的图像信息，并计算获取叶片的三维姿态信息，然后根据叶片的三维姿态信息控制第一机械手臂活动使叶片姿态调整至叶片涂胶初始姿态以供第二机械手臂拾取对应点胶装置后进行涂胶操作。
进一步的是：还包括夹取模具，所述夹取模具并列地设置有若干个，由第一机械手臂拾取对应的夹取模具用于夹取对应类型的叶片，所述夹取模具设置为与对应的叶片形状仿形相配的结构。
进一步的是：所述点胶装置设置有若干个，并能够根据所识别并确认的叶片类型，由第二机械手臂拾取对应的点胶装置。
进一步的是：叶片类型识别装置为2D成像相机。
进一步的是：叶片姿态识别装置为3D成像相机。
进一步的是：点胶装置为伺服点胶装置。
进一步的是：叶片放置模具安装于滑轨上并能够滑动；在叶片放置模具上设置有若干叶片放置槽，所述叶片放置槽与对应放置的叶片形状匹配。
另外，本发明还提供一种航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆方法，采用本发明所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，包括如下步骤：
第一步，待涂胶的叶片放置到叶片放置模具上并就位；
第二步，启动控制系统，选择对应类型的叶片的涂胶控制程序；
第三步，控制系统控制第一机械手臂移动至拾取对应的待涂胶的叶片，并将拾取的叶片移动至叶片类型识别装置对应区域；
第四步，由叶片类型识别装置对该叶片进行图像采集，以识别并确认叶片类型，确认叶片类型无误后才进行后续步骤；否则报警与停机；
第五步，控制系统控制第一机械手臂将拾取的叶片移动至叶片姿态识别装置对应区域；
第六步，由叶片姿态识别装置对该叶片进行图像采集，并获取叶片的三维姿态信息；然后控制系统根据所获取叶片的三维姿态信息控制第一机械手臂将拾取的叶片移动至使叶片姿态调整至叶片涂胶初始姿态；
第七步，控制系统控制第二机械手臂拾取对应点胶装置，并将拾取的点胶装置移动至用于对所述的处于叶片涂胶初始姿态下的叶片进行涂胶操作。
本发明的有益效果是：本发明采用双机械手模拟手工涂胶动作，同时与视觉识别手段结合，实现叶片榫头硅胶涂覆工序的自动化识别、定位以及涂覆等功能，同时能够有效的减少叶片本身特性对涂胶质量的影响；另外还具有以下优点：
(1)该智能自动硅胶涂覆系统的叶片夹取模具采用仿形设计实现与对应的叶片匹配，而且可进一步加装了吸盘结构进行对叶片的拾取，实现了与叶片叶身的紧密配合，保证了涂胶过程中叶片的稳定性。
(2)适用范围广，通过更换不同的叶片夹取模具，可由单套系统实现压气机所有叶片的榫头硅胶涂覆。
(3)采用自动操作，省去人工涂胶的繁琐操作，缩短了时间，提高了涂胶质量，降低了人员的劳动强度。
(4)本系统能够采用模块化设计，结构紧凑，便于现场施工，管理与维护。
(5)视觉识别系统由2D成像系统确认叶片种类，杜绝了人为上料和程序选择不对应的情况；同时由3D成像系统实现针对每片叶片的姿态独立调整其涂胶前的姿态至叶片涂胶初始姿态，能够有效的减小叶片本身的尺寸的差异性对涂胶质量的影响，以及减小拾取叶片的尺寸偏移对涂胶质量的影响。
附图说明
图1为本发明所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统的立体示意图；
图中标记为：第一机械手臂1、叶片类型识别装置2、叶片姿态识别装置3、第二机械手臂4、夹取模具5、叶片放置模具6、滑轨7、点胶装置8、移动小车9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
需要说明，若本发明中有涉及方向性指示用于，如上、下、左、右、前、后的方向、方位用语，是为了利于构件间相对位置联系的描述，非为相关构件、构件间位置关系的绝对位置特指，仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，本发明中所提及的“若干”、“多”，具体指代的是两个及两个以上的情况。
如图1中所示，本发明所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，包括：
叶片放置模具6，所述叶片放置模具6用于定位放置待涂胶的叶片，以供第一机械手臂1拾取；
第一机械手臂1，所述第一机械手臂1用于对接拾取位于叶片放置模具6中的待涂胶的叶片；
叶片类型识别装置2，所述叶片类型识别装置2用于对被第一机械手臂1拾取的待涂胶的叶片进行图像采集，以识别并确认叶片类型；
叶片姿态识别装置3，所述叶片姿态识别装置3用于对被第一机械手臂1拾取的待涂胶的叶片进行三维图像采集，并获取叶片的三维姿态信息；
第二机械手臂4，所述第二机械手臂4用于对接拾取点胶装置8以进行涂胶操作；
控制系统，所述控制系统分别与第一机械手臂1、叶片类型识别装置2、叶片姿态识别装置3、第二机械手臂4以及点胶装置8信号相连；控制系统预设若干类型的叶片涂胶控制程序，并能够接收叶片类型识别装置2采集的图像信息，以识别并确认叶片类型；控制系统能够接收叶片姿态识别装置3采集的图像信息，并计算获取叶片的三维姿态信息，然后根据叶片的三维姿态信息控制第一机械手臂1活动使叶片姿态调整至叶片涂胶初始姿态以供第二机械手臂4拾取对应点胶装置8后进行涂胶操作。
其中，叶片放置模具6上可设置有若干叶片放置槽，所述叶片放置槽与对应放置的叶片形状匹配，以便于放置各待涂胶的叶片，并且叶片放置到叶片放置模具6中的叶片放置槽时应当大致处于统一方位、固定姿态的状态，以便于供第一机械手臂1进行定位拾取。更为优选的，本发明中的叶片放置模具6可安装于滑轨7上并能够滑动，同时可设置有锁定机构，以便滑动到位后进行锁定，防止叶片放置模具6自由移动；即叶片放置模具6为整体可滑动转移并能够锁定的放置方式，如可通过配套相应的移动小车9进行对叶片的上、下料操作，这样可使得对叶片的上、下料操作更加方便。
其中，第一机械手臂1是用于对接拾取位于叶片放置模具6中的待涂胶的叶片，其拾取叶片后能够移动叶片至后续的叶片类型识别装置2以及叶片姿态识别装置3所对应的图像采集位置，以进行图像采集；同时还能够调节叶片的姿态，以定位并进行后续的涂胶操作。更为优选的，为了适配拾取不同的叶片类型，本发明中进一步还包括夹取模具5，所述夹取模具5并列地设置有若干个，不同的夹取模具5对应用于拾取不同的叶片类型，具体由第一机械手臂1拾取对应的夹取模具5用于夹取对应类型的叶片，所述夹取模具5设置为与对应的叶片形状仿形相配的结构。并且，为了保证夹取模具5的形状也对应叶片类型相仿，夹取模具5可采用3D打印技术进行制造；另外，为了提高对叶片的拾取稳定性，可在夹取模具5中进一步设置相应的真空吸盘结构，以利用真空吸盘实现对叶片的吸附，实现与叶片叶身的紧密配合，保证了涂胶过程中叶片的稳定性。
其中，叶片类型识别装置2是用于对被第一机械手臂1拾取后的待涂胶的叶片进行图像采集，以识别并确认叶片类型。通过设置该装置，可杜绝人为上料和程序选择不对应的情况；即当人工上料与所选定的某一叶片类型的涂胶程序发生匹配错误时，可由该叶片类型识别装置2识别出实际的待涂胶叶片类型与系统所需选定的涂胶程序对应的叶片类型不一致，进而可进行相应的报警或者停机等操作，以避免涂胶错误。更为具体的，上述叶片类型识别装置2可优选采用2D成像相机即可，其对相应的叶片进行2D图像信息采集，然后将图像信息传送给控制系统，由控制系统对所采集的图像进行处理并与预设的叶片类型进行比对以获的对应的待涂胶叶片的类型，进而识别并确认叶片类型是否与选定的涂胶程序所对应的叶片类型一致，只有当确认叶片类型无误后才进行后续步骤。
其中，叶片姿态识别装置3是用于对被第一机械手臂1拾取的待涂胶的叶片进行三维图像采集，并获取叶片的三维姿态信息；以实现针对每片叶片的姿态独立调整其涂胶前的姿态至叶片涂胶初始姿态，能够有效的减小叶片本身的尺寸的差异性对涂胶质量的影响，以及减小拾取叶片的尺寸偏移对涂胶质量的影响。更为具体的，叶片姿态识别装置3为3D成像相机；其对相应的叶片进行三维图像信息采集，然后将图像信息传送给控制系统，由控制系统对所采集的图像进行处理以获取到该叶片的三维姿态信息，然后根据叶片的三维姿态信息控制第一机械手臂1活动使叶片姿态调整至叶片涂胶初始姿态以供后续第二机械手臂4拾取对应点胶装置8后进行涂胶操作。
其中，第二机械手臂4是用于对接拾取点胶装置8以进行涂胶操作；其中，点胶装置8是用于进行出胶涂覆的装置，为确保点胶装置8的出胶控制精度，提高涂胶质量，本发明中的点胶装置8可优选采用为现有技术中的伺服点胶装置；如具体采用常规的气动式伺服点胶装置。涂胶过程中，由相应的控制系统控制第二机械手臂4和/或控制第一机械手臂1按照预设的涂胶移动路径进行移动，并由控制系统控制点胶装置8进行对应的出胶涂覆，以此实现涂胶操作。
其中，控制系统即是用于与各机构进行连接以进行相应的数据收集、处理以及对相应的机构的进行控制的集合。具体的，本发明中的控制系统可根据系统所需的各种具体功能要求而包括相应现有技术中的控制组件，例如控制系统可以包括如下一些实现相应功能的控制组件：机械臂工控系统，用于控制第一机械手臂1以及第二机械手臂4的相应动作；PLC系统和电气控制组件，用于控制各机构系统中涉及的电器组件等；2D和3D相机组件，用于进行相应的图像采集，通过操作前端集成的视觉识别专用软件对采集的图像信息进行相应的数据处理等。
另外，本发明中所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆方法，采用本发明所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，包括如下步骤：
第一步，待涂胶的叶片放置到叶片放置模具6上并就位；放置作业可由人工将叶片放置到叶片放置模具6上，然后再将叶片放置模具6放置到系统中的指定位置以定位；
第二步，启动控制系统，选择对应类型的叶片的涂胶控制程序；即操作人员根据所需要进行涂胶的叶片类型，在控制系统内选取对应的控制程序，以用于后续对各机构部件的控制；
第三步，控制系统控制第一机械手臂1移动至拾取对应的待涂胶的叶片，并将拾取的叶片移动至叶片类型识别装置2对应区域；
第四步，由叶片类型识别装置2对该叶片进行图像采集，以识别并确认叶片类型，确认叶片类型无误后才进行后续步骤；否则报警与停机；
第五步，控制系统控制第一机械手臂1将拾取的叶片移动至叶片姿态识别装置3对应区域；
第六步，由叶片姿态识别装置3对该叶片进行图像采集，并获取叶片的三维姿态信息；然后控制系统根据所获取叶片的三维姿态信息控制第一机械手臂1将拾取的叶片移动至使叶片姿态调整至叶片涂胶初始姿态；
第七步，控制系统控制第二机械手臂4拾取对应点胶装置8，并将拾取的点胶装置8移动至用于对所述的处于叶片涂胶初始姿态下的叶片进行涂胶操作。
上述步骤三至步骤七针对的单一叶片的涂胶操作完成后，第二机械手臂4退回至涂胶位置，同时第一机械手臂1将已经涂胶完成的叶片再放回叶片放置模具6，然后夹取下一片类型相同的叶片，重复以上骤三至步骤七的动作完下一叶片的涂胶操作；直至所有同类型的叶片涂胶操作完成。其中，在首片叶片的涂胶操作之后的各叶片的涂胶操作循环步骤中，各叶片的类型相同时，第二机械手臂4可保持持续拾取对应点胶装置8而无需每个循环都进行取放操作。

Claims (8)

1.航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，其特征在于：包括
叶片放置模具(6)，所述叶片放置模具(6)用于定位放置待涂胶的叶片，以供第一机械手臂(1)拾取；
第一机械手臂(1)，所述第一机械手臂(1)用于对接拾取位于叶片放置模具(6)中的待涂胶的叶片；
叶片类型识别装置(2)，所述叶片类型识别装置(2)用于对被第一机械手臂(1)拾取的待涂胶的叶片进行图像采集，以识别并确认叶片类型；
叶片姿态识别装置(3)，所述叶片姿态识别装置(3)用于对被第一机械手臂(1)拾取的待涂胶的叶片进行三维图像采集，并获取叶片的三维姿态信息；
第二机械手臂(4)，所述第二机械手臂(4)用于对接拾取点胶装置(8)以进行涂胶操作；
控制系统，所述控制系统分别与第一机械手臂(1)、叶片类型识别装置(2)、叶片姿态识别装置(3)、第二机械手臂(4)以及点胶装置(8)信号相连；控制系统预设若干类型的叶片涂胶控制程序，并能够接收叶片类型识别装置(2)采集的图像信息，以识别并确认叶片类型；控制系统能够接收叶片姿态识别装置(3)采集的图像信息，并计算获取叶片的三维姿态信息，然后根据叶片的三维姿态信息控制第一机械手臂(1)活动使叶片姿态调整至叶片涂胶初始姿态以供第二机械手臂(4)拾取对应点胶装置(8)后进行涂胶操作。
2.如权利要求1所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，其特征在于：还包括夹取模具(5)，所述夹取模具(5)并列地设置有若干个，由第一机械手臂(1)拾取对应的夹取模具(5)用于夹取对应类型的叶片，所述夹取模具(5)设置为与对应的叶片形状仿形相配的结构。
3.如权利要求1所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，其特征在于：所述点胶装置(8)设置有若干个，并能够根据所识别并确认的叶片类型，由第二机械手臂拾取对应的点胶装置(8)。
4.如权利要求1所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，其特征在于：叶片类型识别装置(2)为2D成像相机。
5.如权利要求1所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，其特征在于：叶片姿态识别装置(3)为3D成像相机。
6.如权利要求1所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，其特征在于：点胶装置(8)为伺服点胶装置。
7.如权利要求1至6所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，其特征在于：叶片放置模具(6)安装于滑轨(7)上并能够滑动；在叶片放置模具(6)上设置有若干叶片放置槽，所述叶片放置槽与对应放置的叶片形状匹配。
8.航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆方法，采用上述权利要求1至7中任意一项所述的航空发动机压气机叶片榫头智能自动硅胶涂覆系统，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，待涂胶的叶片放置到叶片放置模具(6)上并就位；
第二步，启动控制系统，选择对应类型的叶片的涂胶控制程序；
第三步，控制系统控制第一机械手臂(1)移动至拾取对应的待涂胶的叶片，并将拾取的叶片移动至叶片类型识别装置(2)对应区域；
第四步，由叶片类型识别装置(2)对该叶片进行图像采集，以识别并确认叶片类型，确认叶片类型无误后才进行后续步骤；否则报警与停机；
第五步，控制系统控制第一机械手臂(1)将拾取的叶片移动至叶片姿态识别装置(3)对应区域；
第六步，由叶片姿态识别装置(3)对该叶片进行图像采集，并获取叶片的三维姿态信息；然后控制系统根据所获取叶片的三维姿态信息控制第一机械手臂(1)将拾取的叶片移动至使叶片姿态调整至叶片涂胶初始姿态；
第七步，控制系统控制第二机械手臂(4)拾取对应点胶装置(8)，并将拾取的点胶装置(8)移动至用于对所述的处于叶片涂胶初始姿态下的叶片进行涂胶操作。
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