CN112792571B - 自动研磨铲刮系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及自动研磨铲刮系统。本申请所述的自动研磨铲刮系统包括：上料装置、视觉装置、研磨装置以及铲刮装置；所述上料装置设置在中间，所述视觉装置、研磨装置以及铲刮装置分别放置在所述上料装置的四周；所述铲刮装置包括铲刮连接法兰、力传感器、连接夹板、浮动铲刀、铲刀夹板、浮动球头以及铲刮驱动机构；所述铲刮连接法兰安装在所述铲刮驱动机构上。本申请所述的自动研磨铲刮系统具有自动完成铲刮动作提高效率的优点。

Description

自动研磨铲刮系统

技术领域

本申请涉及铲刮加工领域，特别是涉及自动研磨铲刮系统。

背景技术

在机械制造行业，在质量和精度要求较高的结合面，一般都需要进行铲刮作业。铲刮是对磨削加工之后的工件表面，进行进一步的加工的操作，将工件表面的细微的凸出部分进行铲刮，以得到更光滑的表面；如床鞍与导轨等接触面，铲刮作业是机床工具行业必不可少的加工工艺，其铲刮质量对机床、工具的品质影响很大。现在的铲刮作业均由人工完成，劳动强度大，效率低，人工成本高，作业方式相对原始。

人工执行研磨、铲刮工序作业过程中，其铲刮用力大小，动作控制等都需要工人掌握，对操作者的技术经验、手法有一定要求。因此，现有技术的工件表面的铲刮，需要人工操作，这样会带来效率不够高，而且对人员的经验技能要求高的问题。

发明内容

基于此，本申请的目的在于，提供自动研磨铲刮系统，其具有自动完成铲刮动作提高效率的优点。

本申请的一方面，提供一种自动研磨铲刮系统，包括上料装置、视觉装置、研磨装置以及铲刮装置；所述上料装置设置在中间，所述视觉装置、研磨装置以及铲刮装置分别放置在所述上料装置的四周；

所述铲刮装置包括铲刮连接法兰、力传感器、连接夹板、浮动铲刀、铲刀夹板、浮动球头以及铲刮驱动机构；

所述铲刮连接法兰安装在所述铲刮驱动机构上；

所述力传感器的一侧安装在所述铲刮连接法兰上，其另一侧安装在所述连接夹板上；所述连接夹板与所述铲刀夹板相对设置并通过螺栓连接，且所述连接夹板与所述铲刀夹板之间形成有活动空间；

所述浮动铲刀呈扁平的长条形，并且所述浮动铲刀的刀头呈弧形；

所述浮动铲刀的末端平放在所述活动空间内，且所述浮动铲刀的一侧贴在所述铲刀夹板表面，所述浮动球头紧固设置在所述浮动铲刀和所述连接夹板之间；

所述研磨装置包括研磨基准板、快换锁紧块、连接板、万向轴承、弹簧、支撑组件以及摆动驱动机构；

所述研磨基准板的研磨面为高精度光滑面；

所述研磨基准板的两侧分别设置有所述快换锁紧块，且所述研磨基准板通过该快换锁紧块安装在所述连接板上；所述万向轴承的一端安装在所述连接板上，其另一端安装在所述支撑组件上，所述支撑组件与所述连接板之间还设置有多个所述弹簧；

所述支撑组件安装在所述摆动驱动机构上；

所述铲刮驱动机构包括多轴机器人，所述摆动驱动机构包括多轴机器人。

本申请所述的自动研磨铲刮系统，通过研磨装置对粉料进行合研研磨，通过合研将凸位粉料除去得出不同颜色区域，然后视觉装置对该表面拍照，通过不同颜色区分能够快速的找到工件表面的凸点或者凸位，在系统中得到对应的凸点的位置坐标，再通过铲刮装置对这些凸点或者凸位铲刮，最后得到高精度、高平整度要求的工件面。本申请所述的自动研磨铲刮系统，一次性完成所有铲刮工序，简化了设备结构，提高了加工精度，提高了生产效率。

进一步地，所述视觉装置包括空间驱动机构、相机支架以及三维相机，该三维相机安装在所述相机支架上，所述相机支架安装在所述空间驱动机构上。

进一步地，所述上料装置包括底座、伺服变位机、旋转架、夹具基准板以及快速夹钳；

所述伺服变位机安装在所述底座上，所述旋转架安装在所述伺服变位机上，两个所述夹具基准板分别安装在所述旋转架的两端，所述快速夹钳安装在所述夹具基准板上。

进一步地，还包括控制系统，所述上料装置、所述视觉装置、所述研磨装置以及所述铲刮装置分别与所述控制系统电连接。

进一步地，所述铲刀夹板表面形成有铲刀限位槽，所述浮动铲刀限位设置在该铲刀限位槽内。

进一步地，还包括吹气组件，该吹气组件安装在所述连接夹板上。

进一步地，还包括涂粉组件，该涂粉组件安装在所述连接夹板上，并置于所述浮动铲刀的对侧。

进一步地，所述涂粉组件包括毛刷压块、粉料刷以及毛刷基准块；

所述毛刷压块和所述毛刷基准块相对设置，并所述毛刷基准块通过螺栓固定安装在所述连接夹板上，所述粉料刷的末端夹紧在所述毛刷压块和所述毛刷基准块之间，所述毛刷压块通过螺栓紧固连接在所述毛刷基准块上。

进一步地，所述支撑组件包括轴承连接法兰板和连接支撑架，所述轴承连接法兰板安装在所述连接支撑架的一端，所述弹簧设置在所述轴承连接法兰板与所述连接板之间；所述万向轴承的另一端安装在所述轴承连接法兰板上。

进一步地，所述连接板上开设有横向设置的限位安装槽，所述快换锁紧块通过螺栓安装在所述限位安装槽内，并通过螺母锁紧。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本申请。

附图说明

图1为本申请示例性的自动研磨铲刮系统的立体结构示意图；

图2为本申请示例性的研磨装置的立体结构示意图；

图3为本申请示例性的研磨装置(不含摆动驱动机构)的主视图；

图4为本申请示例性的研磨装置(不含摆动驱动机构)的立体结构示意图；

图5为本申请示例性的铲刮装置的立体结构示意图；

图6为本申请示例性的铲刮装置(不含铲刮驱动机构)的立体结构示意图；

图7为本申请示例性的铲刮装置(不含铲刮驱动机构)的主视图；

图8为本申请示例性的上料装置的立体结构示意图。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1为本申请示例性的自动研磨铲刮系统的立体结构示意图；图2为本申请示例性的研磨装置的立体结构示意图；图3为本申请示例性的研磨装置(不含摆动驱动机构)的主视图；图4为本申请示例性的研磨装置(不含摆动驱动机构)的立体结构示意图；图5为本申请示例性的铲刮装置的立体结构示意图；图6为本申请示例性的铲刮装置(不含铲刮驱动机构)的立体结构示意图；图7为本申请示例性的铲刮装置(不含铲刮驱动机构)的主视图；图8为本申请示例性的上料装置的立体结构示意图。

参阅图1-图8，本申请示例性的一种自动研磨铲刮系统，包括上料装置30、视觉装置40、研磨装置10以及铲刮装置20；所述上料装置30设置在中间，所述视觉装置40、研磨装置10以及铲刮装置20分别放置在所述上料装置30的四周；

所述铲刮装置20包括铲刮连接法兰21、力传感器22、连接夹板23、浮动铲刀27、铲刀夹板24、浮动球头25以及铲刮驱动机构2M；

所述铲刮连接法兰21安装在所述铲刮驱动机构2M上；

所述力传感器22的一侧安装在所述铲刮连接法兰21上，其另一侧安装在所述连接夹板23上；所述连接夹板23与所述铲刀夹板24相对设置并通过螺栓连接，且所述连接夹板23与所述铲刀夹板24之间形成有活动空间；

所述浮动铲刀27呈扁平的长条形，并且所述浮动铲刀27的刀头呈弧形；

所述浮动铲刀27的末端平放在所述活动空间内，且所述浮动铲刀27的一侧贴在所述铲刀夹板24表面，所述浮动球头25紧固设置在所述浮动铲刀27和所述连接夹板23之间；

所述研磨装置10包括研磨基准板18、快换锁紧块17、连接板15、万向轴承16、弹簧14、支撑组件以及摆动驱动机构1M；

所述研磨基准板18的研磨面为高精度光滑面；

所述研磨基准板18的两侧分别设置有所述快换锁紧块17，且所述研磨基准板18通过该快换锁紧块17安装在所述连接板15上；所述万向轴承16的一端安装在所述连接板15上，其另一端安装在所述支撑组件上，所述支撑组件与所述连接板15之间还设置有多个所述弹簧14；

所述支撑组件安装在所述摆动驱动机构1M上。

在一些优选实施例中，所述视觉装置40包括空间驱动机构42、相机支架43以及三维相机44，该三维相机44安装在所述相机支架43上，所述相机支架43安装在所述空间驱动机构42上。

在一些优选实施例中，所述视觉装置40还包括电控柜41，空间驱动机构42安装在该电控柜41上。

在一些优选实施例中，空间驱动机构42包括X轴支架(未标示)、X轴伺服电机(未标示)、X轴丝杆(未标示)、X轴限位导轨(未标示)、Y轴支架(未标示)、Y轴伺服电机(未标示)、Y轴丝杆(未标示)、Y轴限位导轨(未标示)、Z轴支架(未标示)、Z轴伺服电机(未标示)、Z轴丝杆(未标示)、Z轴限位导轨(未标示)；

X轴支架安装在电控柜41上，X轴限位导轨沿X轴向设置在X轴支架上，X轴伺服电机安装在X轴支架上，X轴丝杆与X轴伺服电机连接，通过X轴伺服电机带动X轴丝杆转动；

Y轴支架活动限位安装在X轴限位导轨上，Y轴限位导轨沿Y轴向设置在Y轴支架上，Y轴伺服电机安装在Y轴支架上，Y轴丝杆与Y轴伺服电机连接，通过Y轴伺服电机带动Y轴丝杆转动；X轴丝杆与Y轴支架螺纹连接，当X轴丝杆转动，使得Y轴支架沿着X轴向运动；

Z轴支架活动限位安装在Y轴限位导轨上，Z轴限位导轨沿Z轴向设置在Z轴支架上，Z轴伺服电机安装在Z轴支架上，Z轴丝杆与Z轴伺服电机连接，通过Z轴伺服电机带动Z轴丝杆转动；Y轴丝杆与Z轴支架螺纹连接，当Y轴丝杆转动，使得Z轴支架沿着Y轴向运动；相机支架43与Z轴丝杆转动连接，当Z轴丝杆转动，使得相机支架43沿Z轴向运动。

在一些优选实施例中，Z轴支架包括Z轴横板、Z轴立杆以及Z轴斜杆，Z轴横板活动限位安装在Y轴限位导轨上，Z轴立杆竖向设置并安装在Z轴横板上，Z轴斜杆的底端安装在Z轴横板上，Z轴斜杆的顶端安装在Z轴立杆上；Z轴伺服电机安装在Z轴立杆上，Z轴限位导轨安装在Z轴立杆上。其中，Z轴斜杆起到加固和强化Z轴立杆的作用。进一步的，相机支架43垂直于Z轴立杆设置。

通过设置空间驱动机构42以及相机支架43，最终使得三维相机44能够在立体空间中可以位于任意位置处。

在一些优选实施例中，还包括控制系统，所述上料装置30、所述视觉装置40、所述研磨装置10以及所述铲刮装置20分别与所述控制系统电连接。

在一些优选实施例中，所述上料装置30包括底座31、伺服变位机32、旋转架33、夹具基准板34以及快速夹钳35；

所述伺服变位机32安装在所述底座31上，所述旋转架33安装在所述伺服变位机32上，两个所述夹具基准板34分别安装在所述旋转架33的两端，所述快速夹钳35安装在所述夹具基准板34上。

在一些优选实施例中，所述上料装置30还包括夹具基准块36，该夹具基准块36紧固安装在夹具基准板34上，并且与快速夹钳35成对设置。通过夹具基准块36与快速夹钳35共同作用，使得工件能够被紧固夹持和固定在夹具基准板34上。

进一步，设置有多对夹具基准块36和快速夹钳35，从而能够多点夹紧工件，能够更好的夹紧固定工件。

在一些优选实施例中，所述铲刀夹板24表面形成有铲刀限位槽，所述浮动铲刀27限位设置在该铲刀限位槽内。

在一些优选实施例中，还包括吹气组件，该吹气组件安装在所述连接夹板23上。

在一些优选实施例中，还包括涂粉组件，该涂粉组件安装在所述连接夹板23上，并置于所述浮动铲刀27的对侧。

在一些优选实施例中，所述涂粉组件包括毛刷压块211、粉料刷210以及毛刷基准块212；

所述毛刷压块211和所述毛刷基准块212相对设置，并所述毛刷基准块212通过螺栓固定安装在所述连接夹板23上，所述粉料刷210的末端夹紧在所述毛刷压块211和所述毛刷基准块212之间，所述毛刷压块211通过螺栓紧固连接在所述毛刷基准块212上。

在一些优选实施例中，所述涂粉组件还包括基准挡块213，该基准挡块213安装在所述连接夹板23上，并抵接在所述粉料刷210的末端端部。

在一些优选实施例中，所述支撑组件包括轴承连接法兰板13和连接支撑架12，所述轴承连接法兰板13安装在所述连接支撑架12的一端，所述弹簧14设置在所述轴承连接法兰板13与所述连接板15之间；所述万向轴承16的另一端安装在所述轴承连接法兰板13上。

在一些优选实施例中，还包括胶垫26，所述胶垫26紧固放置在所述浮动铲刀27与所述连接夹板23之间。

在一些优选实施例中，所述吹气组件包括铲刮气嘴29和固定块28，所述铲刮气嘴29通过所述固定块28安装在所述连接夹板23上。当完成一处凸点的铲刮后，通过铲刮气嘴29将该处的碎屑和残渣吹走。

在一些优选实施例中，所述铲刮驱动机构2M包括多轴机器人，所述铲刮连接法兰21安装在所述多轴机器人的端部。

在一些优选实施例中，所述力传感器22为六维力传感器22，该六维力传感器22安装在所述铲刮连接法兰21与所述连接夹板23之间。

在一些优选实施例中，所述支撑组件还包括法兰盘11，该法兰盘11安装在所述连接支撑架12的另一端。

在一些优选实施例中，还包括研磨气嘴19，该研磨气嘴19安装在所述连接板15上。

在一些优选实施例中，还包括气源管线，该气源管线分别与所述研磨气嘴19和所述铲刮气嘴29连接。

在一些优选实施例中，所述连接板15上开设有横向设置的限位安装槽A，所述快换锁紧块17通过螺栓安装在所述限位安装槽A内，并通过螺母锁紧。

在一些优选实施例中，所述摆动驱动机构1M包括多轴机器人，该多轴机器人的端部与所述法兰盘11紧固安装。

在一些优选示例中，三维相机44为3D面扫描相机。

本申请示例性的自动研磨铲刮系统的工作原理：

上料装置30放置在中部，视觉装置40、研磨装置10以及铲刮装置20分别布置在上料装置30的四周；所述上料装置30、所述视觉装置40、所述研磨装置10以及所述铲刮装置20分别与所述控制系统电连接。

视觉装置40采用3D面扫相机静态扫描待铲刮工件表面，实时输出铲刮面的3D点云图，通过视觉软件对3D点云图的数据进行处理，通过算法输出铲刮面上凸起位置的坐标信息，发送给机器人控制器启动机器人研磨铲刮程序，铲刮过程中自动拍照分析铲刮点、面的铲刮效果，对没达到铲刮技术要求的点位，经过逻辑控制自动执行机器人多次铲刮修补功能。

在表面精度不够高的待加工工件的平面上，涂上一层粉料(粉料优选为红色)，待加工的平面上形成的凸点或者凸出部分被粉料掩盖。通过多轴机器人驱动连接支撑架12转动或者横向摆动，从而带动连接板15转动或者摆动，进而带动研磨基准板18前后往复拖动、转动，研磨基准板18贴在粉料表面。在这个研磨基准板18的往复运动的过程中，将粉料表面的粉逐渐抹去，直到研磨基准板18的研磨面接触到工件表面的凸出的结构时，凸出的部分会形成金属光泽的亮点，而其他部分继续被粉料掩盖，只显示粉料的颜色。

工件放置在工作台上，其表面的精度、平面度或者光洁度达不到要求，还有几丝的凸点或者几丝的凸出部位，通过使用本申请的铲刮装置20，就能够很好的将这些地方铲刮除去，使得制得的工件表面整体更平整。

通过多轴机器人带动铲刮连接法兰21的摆动，进而带动连接夹板23和铲刀夹板24一同摆动，摆动的运动轨迹类似“V”字形，使得浮动铲刀27跟随一同摆动并进行铲刮的动作。在铲刮或者铲除的过程中，浮动铲刀27限位紧固在铲刀限位槽内，同时浮动铲刀27的末端紧固抵接在浮动球头25上，铲刮的时候施力时，浮动铲刀27的刀头、铲刀限位槽的端部以及浮动铲刀27的末端这三点形成杠杆。浮动铲刀27的刀头处向上铲凸点时，受到斜向下的作用力，铲刀限位槽的端部为支点，而浮动铲刀27的末端向斜上方转动，此时被浮动球头25抵紧，防止继续转动；同时，在胶垫26的作用下，结合浮动球头25的双重作用，使得浮动铲刀27不会随意偏离铲刀限位槽。

在浮动铲刀27的整个铲除动作过程中，力传感器22实时监测受力的大小，并将监测到的力的值传输到控制系统，控制系统将这些数据存储，并结合实际的铲刮效果，操作人员对浮动铲刀27的运动轨迹以及施加的力的大小进行调整，从而达到更好的铲刮效果，而且具有不断学习和提升的效果。

当该凸出部分或者凸点的位置被铲刮之后，研磨气嘴19运动到该处，然后将该处的金属碎屑吹走，重新涂抹粉料，继续研磨并继续找凸点。

上料装置30提供了两个工件的安装工位，其中一个工位上的工件处于加工状态，当完成了该工位的加工，上料装置30的伺服变位机32带动旋转架33转动，从而实现待加工工位的转换。这样，当一个工位的工件处于加工状态，另一工位就可以用来安装工件或者拆卸工件。

通过这样的研磨加工，就可以准确而方便的找到工件表面的凸出部分，进而为下一步的凸点铲平做好准备。另外，研磨的过程中，万向轴承16、弹簧14提供了一定的形变能力，使得研磨基准板18的运动角度更多，更灵活，研磨贴合更紧密。

各机构的动作由控制系统控制完成，一次性完成所有铲刮工序，简化了设备结构，提高了加工精度，提高了生产效率，降低了坏品率，减少了能耗，减少了环境污染；还因为做到了加工时人机分离，也降低了人员的工伤率。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动研磨铲刮系统，其特征在于：包括上料装置、视觉装置、研磨装置以及铲刮装置；所述上料装置设置在中间，所述视觉装置、研磨装置以及铲刮装置分别放置在所述上料装置的四周；

所述铲刮装置包括铲刮连接法兰、力传感器、连接夹板、浮动铲刀、铲刀夹板、浮动球头以及铲刮驱动机构；

所述铲刮连接法兰安装在所述铲刮驱动机构上；

所述力传感器的一侧安装在所述铲刮连接法兰上，其另一侧安装在所述连接夹板上；所述连接夹板与所述铲刀夹板相对设置并通过螺栓连接，且所述连接夹板与所述铲刀夹板之间形成有活动空间；

所述浮动铲刀呈扁平的长条形，并且所述浮动铲刀的刀头呈弧形；

所述浮动铲刀的末端平放在所述活动空间内，且所述浮动铲刀的一侧贴在所述铲刀夹板表面，所述浮动球头紧固设置在所述浮动铲刀和所述连接夹板之间；

所述研磨装置包括研磨基准板、快换锁紧块、连接板、万向轴承、弹簧、支撑组件以及摆动驱动机构；

所述研磨基准板的研磨面为高精度光滑面；

所述研磨基准板的两侧分别设置有所述快换锁紧块，且所述研磨基准板通过该快换锁紧块安装在所述连接板上；所述万向轴承的一端安装在所述连接板上，其另一端安装在所述支撑组件上，所述支撑组件与所述连接板之间还设置有多个所述弹簧；

所述支撑组件安装在所述摆动驱动机构上；

所述铲刮驱动机构包括多轴机器人，所述摆动驱动机构包括多轴机器人。

2.根据权利要求1所述的自动研磨铲刮系统，其特征在于：所述视觉装置包括空间驱动机构、相机支架以及三维相机，该三维相机安装在所述相机支架上，所述相机支架安装在所述空间驱动机构上。

3.根据权利要求1所述的自动研磨铲刮系统，其特征在于：所述上料装置包括底座、伺服变位机、旋转架、夹具基准板以及快速夹钳；

所述伺服变位机安装在所述底座上，所述旋转架安装在所述伺服变位机上，两个所述夹具基准板分别安装在所述旋转架的两端，所述快速夹钳安装在所述夹具基准板上。

4.根据权利要求1所述的自动研磨铲刮系统，其特征在于：还包括控制系统，所述上料装置、所述视觉装置、所述研磨装置以及所述铲刮装置分别与所述控制系统电连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的自动研磨铲刮系统，其特征在于：所述铲刀夹板表面形成有铲刀限位槽，所述浮动铲刀限位设置在该铲刀限位槽内。

6.根据权利要求5所述的自动研磨铲刮系统，其特征在于：还包括吹气组件，该吹气组件安装在所述连接夹板上。

7.根据权利要求6所述的自动研磨铲刮系统，其特征在于：还包括涂粉组件，该涂粉组件安装在所述连接夹板上，并置于所述浮动铲刀的对侧。

8.根据权利要求7所述的自动研磨铲刮系统，其特征在于：所述涂粉组件包括毛刷压块、粉料刷以及毛刷基准块；

所述毛刷压块和所述毛刷基准块相对设置，并所述毛刷基准块通过螺栓固定安装在所述连接夹板上，所述粉料刷的末端夹紧在所述毛刷压块和所述毛刷基准块之间，所述毛刷压块通过螺栓紧固连接在所述毛刷基准块上。

9.根据权利要求5所述的自动研磨铲刮系统，其特征在于：所述支撑组件包括轴承连接法兰板和连接支撑架，所述轴承连接法兰板安装在所述连接支撑架的一端，所述弹簧设置在所述轴承连接法兰板与所述连接板之间；所述万向轴承的另一端安装在所述轴承连接法兰板上。

10.根据权利要求9所述的自动研磨铲刮系统，其特征在于：所述连接板上开设有横向设置的限位安装槽，所述快换锁紧块通过螺栓安装在所述限位安装槽内，并通过螺母锁紧。

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