CN113977396A - 一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统及方法，所述系统包括吊运模块、转运模块、自动打磨模块、自动清洁模块、控制模块和龙门式三轴运动平台；所述自动打磨模块和自动清洁模块分别安装在第一Z轴和第二Z轴上。本发明采用龙门式三轴运动平台，实现了金属构筑成形工程化应用中基材块连接表面打磨清洁工艺的自动化和集成化，可显著提高基材块表面质量和加工效率，保证基材构筑效果。本发明采用的转运平车可以同时搭载多块基材块进行处理，这大大增加了基材块打磨清洁的工作效率。本发明采用一种可变角度的自动打磨装置，可以根据基材块的不同材质和加工要求，调节打磨角度，以达到不同的表面质量，适用范围广。
Description
技术领域
本发明属于金属构筑成形技术领域，具体为一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统及方法。
背景技术
目前，大锻件已经成为国防、能源、航天等领域的关键部件。但是由于铸锭成型过程中的尺寸效应，传统工艺制备的大铸锭内部存在无法避免的冶金缺陷。基于此，中国科学院金属研究所在世界上率先提出一项变革性技术——金属构筑成形技术，该技术通过焊合多块均质化基材块获得满足生产要求的超大尺度均质化大锻坯。为了达到最佳的构筑效果，用于构筑的小型均质化基材块需要经过表面加工与活化、清洁组坯、真空封装、高温形变、多向锻造和热处理等过程，最终获得均质化锻坯。良好的基材块连接表面质量是基材构筑的基础，它直接影响着构筑成形的愈合效果。
对于构筑基材块的表面预处理是保证金属构筑成形效果的重要一步。预处理可明显改善表面质量，但是基材块仍然存在表面不平整，油污、颗粒等污染过多的情况，因此有必要对基材块进行打磨和清洗。中国专利CN201610083195.X公开一种金属构筑成形制造系统及清洗单元，该发明设置多个清洗单元，基材块在传送带的带动下依次通过各清洗单元，完成基材块各个表面的清洁。但是传送带并不适用于大型金属基材块的传送，并且该专利不能实现基元块表面的打磨处理，设置多个清洗单元，结构冗杂。
在其他领域，也公布一些自动打磨与清洁的设备。中国专利CN212578252 U公开一种胶合板表面清洁装置，同样采用辊子输送工件，不适用于大型金属基材块，且该发明仅能实现工件侧面的打磨和上、下表面的清洗，无法满足金属构筑成形工艺的要求。中国专利CN112808706 A公开一种钢板表面清洁设备及其清洁方法，采用等离子清洗和干冰清洗复合的方式对钢板表面进行清洗，成本较高，所采用的自动翻面装置无法实现大型金属基材块的翻面。因此，亟需一种适用于工程化应用的用于金属构筑成形的自动打磨清洁工艺与系统。
发明内容
为了解决目前存在的技术问题，本发明要提出一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统及方法，能够实现打磨与清洁一体化，并进行工程化应用；能够适用于多种尺寸和材料的不同加工要求；能够高效、稳定地制备平整、洁净的高质量构筑基材表面，为基材构筑创造有利条件。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统，包括吊运模块、转运模块、自动打磨模块、自动清洁模块、控制模块和龙门式三轴运动平台；所述龙门式三轴运动平台横跨轨道安装，龙门式三轴运动平台的第一Z轴和第二Z轴沿轨道长度方向布置，所述自动打磨模块和自动清洁模块分别安装在第一Z轴和第二Z轴上；所述轨道为直线轨道并固定在地面上；所述转运模块沿轨道往返运行。定义平行于轨道的方向为X方向，垂直于地面的方向为Z方向，与XZ平面垂直的方向为Y方向，所述龙门式三轴运动平台的第一Z轴和第二Z轴内部均设置力控模块。
所述吊运模块包括基材专用吊具和天车，所述专用吊具安装在天车上，所述天车位于轨道上方。所述天车吊运范围覆盖整个系统的工作范围。所述专用吊具适配于多种尺寸的基材块，所述专用吊具通过钳爪作用于基材块侧面。
所述转运模块包括转运平车和定位系统，所述转运平车包括驱动装置和运动控制装置。所述转运平车沿轨道运行。所述定位系统采用电涡流位置传感器进行定位，分别安装于轨道和转运平车上，用于实现转运平车相对于地面的精确定位；所述转运平车表面设置限位块和垫块以实现基材块相对于转运平车的精确定位。
所述自动打磨模块为可调节角度的自动打磨装置。所述自动打磨装置包括第一转盘、打磨电机、第二转盘、连接器和百叶片；所述第一转盘的上部与第一Z轴末端连接，第一转盘的下部与连接支架连接，第一转盘通过内置电动机驱动并绕第一Z轴转动；所述第二转盘安装在连接支架的一侧，第二转盘的外侧安装打磨电机，第二转盘通过内置电动机驱动并绕水平轴转动；所述连接器的上端为自锁式卡具、通过螺纹与打磨电机的转轴连接，连接器的下端为螺纹杆，所述百叶片通过螺母固定于螺纹杆上。所述龙门式三轴运动平台的工作范围大于转运平车所搭载的基材块的总面积。
所述龙门式三轴运动平台的一侧安装集尘装置；所述集尘装置包括集尘器、集尘管道和集尘口，所述集尘口布置在自动打磨装置附近，开口方向设置与百叶片打磨切线方向相同，以有利于打磨过程产生的粉尘直接被收集进集尘口，所述集尘口通过集尘管道与集尘器相连接。
所述自动清洁模块为干湿复合擦洗的自动清洁装置。所述自动清洁装置包括支撑板、调节板、压板、第一伺服电机、第二伺服电机、第一辊子、第二辊子、辊子支撑座、皮带、供液管、无尘擦洗布、弹簧、旋转杆和连杆。所述支撑板为垂直于第二Z轴的方形板、固定安装在第二Z轴上；所述支撑板的一侧由内到外分别安装第一伺服电机和第一辊子、第一伺服电机通过皮带与第一辊子连接，支撑板的另一侧由内到外分别安装第二伺服电机和第二辊子，第二伺服电机通过皮带与第二辊子连接，第一辊子和第二辊子分别通过各自的辊子支撑座安装在支撑板上。所述支撑板的左右两端分别设置矩形通孔用于无尘擦洗布通过，所述辊子支撑座横跨固定于矩形通孔两侧。所述支撑板的下方安装调节板，所述调节板安装在第二Z轴上、并沿第二Z轴进行Z向位置调节；
调节板左右两侧分别设置两个带有销孔的耳板，每个耳板通过销钉与对应的旋转杆上端连接，旋转杆绕销钉轴转动。左右两侧的两个旋转杆的下端分别与左右两侧的连杆连接，前侧或后侧的两个旋转杆通过弹簧连接。在第二辊子一侧设置供液管，对无尘擦洗布进行全宽度的湿润。所述压板安装在第二Z轴的下端，为一块与无尘擦洗布等宽度的方形板，采用不吸水材料制成。
所述第一辊子为回收辊子，用于已使用无尘擦洗布的回收。所述第二辊子为贮存辊子，用于未使用无尘擦洗布的贮存。所述无尘擦洗布从第二辊子释放、通过支撑板右侧的矩形通孔、经右侧的连杆和左侧的连杆、再通过支撑板左侧的矩形通孔进入到第一辊子进行回收。
工作时，第一伺服电机与第二伺服电机转动分别带动第一辊子、第二辊子转动，实现无尘擦洗布进行更换。第二Z轴下降，旋转杆首先与基材块表面接触并向左右两侧扩张带动尘擦洗布处于绷紧状态，压板下压使无尘擦洗布与基材块表面接触面积加大，使擦洗效果更优。下压后弹簧由自由状态变为拉伸状态。下压过程中的压力通过第二Z轴的力控模块进行控制。接触完成后龙门式三轴运动平台按照预定的路径进行运动，完成对基材块表面的擦洗。
所述控制模块包括传感模块控制单元、转运平车运动控制单元、龙门式三轴运动平台控制单元、自动打磨模块控制单元和自动清洁模块控制单元，各控制单元集成于控制箱中，用于控制各个模块的独立运行以及相互配合。
所述传感模块控制单元包括压力传感器、电涡流位置传感器、速度与加速度传感器和流量传感器。所述压力传感器安装于第一Z轴和第二Z轴内部，用于实时监控Z轴末端与基材块表面的接触压力值，并将压力信号转变成电信号传送至传感模块控制单元；所述电涡流位置传感器包括涡流监测探头和线圈，所述涡流监测探头安装于转运平车并与转运平车控制单元连接；线圈安装于轨道上，且二者处于平行于导轨的同一条直线上。所述速度与加速度传感器安装于龙门式三轴运动平台驱动电机处和转运平车驱动电机处，并与龙门式三轴运动平台用于实时监测各部分运动速度。所述流量传感器安装于供液管处，用于调控清洗液的流量，保证喷淋的清洗液恰好湿润无尘擦洗布而不会滴落。
所述转运平车控制单元包括驱动控制器，与电涡流位置传感器和转运平车驱动电机连接。
所述龙门式三轴运动控制单元包括三轴运动控制器，并与传感模块控制单元连接，用于控制龙门式三轴运动平台X/Y/Z方向的运动。
所述自动打磨模块控制单元包括打磨电机控制器和转盘控制器，分别与执行功能的伺服电机连接。打磨电机控制器控制打磨电机的运动与停止，转盘控制器通过控制第一转盘和第二转盘内伺服电机实现百叶片倾斜角度的功能。
所述自动清洁模块控制单元包括无尘布更换控制器和供液系统控制器，无尘布更换控制器通过控制第一伺服电机和第二伺服电机实现无尘擦洗布的更换。供液系统控制器通过控制供液泵的开关与流量情况实现无尘擦洗布的湿润。
进一步的，所述干湿复合擦洗的自动清洁装置用干冰清洁装置或激光清洁装置代替。
进一步的，所述龙门式三轴运动平台外侧设置防护罩，以形成相对封闭的打磨区域，以防止粉尘污染外部环境。
优选的，转运平车为轨道式电动转运平车。
一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁方法，利用用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统进行打磨清洁，包括如下步骤：
A、基材块下料和铣削
构筑成形所需要的基材块经过下料和六面铣削之后，获得尺寸相同的均质化基材块；所述基材块为矩形块，矩形块的上、下表面为两个最大的矩形面；
B、基材块吊运和转运
将基材块吊运至转运平车，放置于预定位置；转运平车表面设置限位块和垫块，以保证基材块处于预定位置。所述转运平车根据生产需要搭载多块基材块。
C、基材块上表面打磨
转运平车运动至打磨区，运行至预定位置后停止。启动龙门式三轴运动平台，带动第一Z轴末端的可调节角度的自动打磨装置对基材块上表面进行打磨。在百叶片与基材块接触的过程中压力传感器会实时收集压力信号并传输至力控模块，当接触压力值N达到指定压力值N0时第一Z轴运动停止，打磨过程开始，龙门式三轴运动平台按照规定路径运动，实现对基材块表面进行覆盖打磨。在打磨过程中力控模块根据压力传感信号的波动动态的调节第一Z轴的轴向位置，从而实现百叶片对基材块表面的恒力打磨。
打磨过程中，启动集尘装置，对打磨过程产生的粉尘进行回收，避免污染环境。打磨完成后，转运平车驶离打磨区，同时开启气帘吹气，吹落基材块表面和转运平车积落的粉尘。所述气帘安装于打磨区出口位置，气流方向与转运平车前进方向相反。
D、基材块上表面清洁
转运平车驶离打磨区后进入自动清洁区，运行至预定位置后停止。启动安装于龙门式三轴运动平台上的自动清洁装置，完成对基材块上表面的全覆盖清洁。
所述清洁的方法包括以下步骤：
所述自动清洁装置工作时，首先是对基材块表面进行湿式擦洗，具体过程为：第一辊子、第二辊子分别在第一伺服电机、第二伺服电机的带动下转动，更换两连杆之间的无尘擦洗布，同时供液管泵出清洗液，湿润无尘擦洗布表面。待两个连杆之间的无尘擦洗布更换完成后，第二Z轴向下运动开始与基材块接触，接触压力由第二Z轴内置的压力传感器监测并传输至力控模块实时调控第二Z轴的运动，并最终使接触压力保持为恒定压力值。接触完成后龙门式三轴运动平台按照规定的运动路径对基材块表面进行覆盖清洁。
表面清洁完成之后对基材块表面覆盖防尘布，防止后续工序对已清洁表面造成二次污染。
E、基材块翻转
转运平车驶离自动清洁区，返回至起点。通过吊运模块将基材块翻转，使原来的下表面变成上表面，并放置转运平车原有位置。
F、基材块下表面打磨和清洁
按步骤C和D相同的方法对基材块下表面打磨和清洁。
G、基材块堆垛
基材块完成双面打磨清洁后，吊运至堆料区进行堆垛。
进一步的，步骤C的自动打磨过程中第一Z轴末端与基材块的压力为10-20N，第一Z轴末端运动速度为0.1-0.3m/s。
与现有技术及设备相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用龙门式三轴运动平台，实现了金属构筑成形工程化应用中基材块连接表面打磨清洁工艺的自动化和集成化，可显著提高基材块表面质量和加工效率，保证基材构筑效果。
2、本发明采用的转运平车可以同时搭载多块基材块进行处理，这大大增加了基材块打磨清洁的工作效率。
3、本发明采用一种可变角度的自动打磨装置，可以根据基材块的不同材质和加工要求，调节打磨角度，以达到不同的表面质量，适用范围广。
4、本发明结构简单，自动化程度高，可以直接进行工程化应用，解决了大尺寸、大质量的基材块难以打磨清洁的难题。
附图说明
图1为自动打磨清洁工艺流程图。
图2为设备结构示意图。
图3为转运平车示意图。
图4为自动打磨装置示意图。
图5为自动清洁装置示意图。
图中：1、自动清洁模块；2、自动打磨模块；3、基材块；4、转运平车；5、轨道；6、集尘管道；7、集尘器；8、运动控制装置；9、垫块；10、限位块；11、电涡流位置传感器；12、第一Z轴；13、第一转盘；14、打磨电机；15、第二转盘；16、连接器；17、百叶片；18、集尘口；19、连接支架；20、皮带；21、第一辊子；22、第一伺服电机；23、无尘擦洗布；24、弹簧；25、旋转杆；26、连杆；27、压板；28、调节板；29、第二伺服电机；30、支撑板；31、供液管；32、辊子支撑座；33、第二辊子，34、第二Z轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细的描述。显然，本实施例仅仅是本发明的一部分实例，而不是全部的实施例。在本发明的实施例的基础上，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统，包括吊运模块、转运模块、自动打磨模块2、自动清洁模块1、控制模块和龙门式三轴运动平台；所述龙门式三轴运动平台横跨轨道5安装，龙门式三轴运动平台的第一Z轴12和第二Z轴34沿轨道5长度方向布置，所述自动打磨模块2和自动清洁模块1分别安装在第一Z轴12和第二Z轴34上；所述轨道5为直线轨道并固定在地面上；所述转运模块沿轨道5往返运行。定义平行于轨道5的方向为X方向，垂直于地面的方向为Z方向，与XZ平面垂直的方向为Y方向，所述龙门式三轴运动平台的第一Z轴12和第二Z轴34内部均设置力控模块。
所述吊运模块包括基材专用吊具和天车，所述专用吊具安装在天车上，所述天车位于轨道5上方。所述天车吊运范围覆盖整个系统的工作范围。所述专用吊具适配于多种尺寸的基材块3，所述专用吊具通过钳爪作用于基材块3侧面。
所述转运模块包括转运平车4和定位系统，所述转运平车4包括驱动装置和运动控制装置8。所述转运平车4沿轨道5运行。所述定位系统采用电涡流位置传感器11进行定位，分别安装于轨道5和转运平车4上，用于实现转运平车4相对于地面的精确定位；所述转运平车4表面设置限位块10和垫块9以实现基材块3相对于转运平车4的精确定位。
所述自动打磨模块2为可调节角度的自动打磨装置。所述自动打磨装置包括第一转盘13、打磨电机14、第二转盘15、连接器16和百叶片17；所述第一转盘13的上部与第一Z轴12末端连接，第一转盘13的下部与连接支架19连接，第一转盘13通过内置电动机驱动并绕第一Z轴12转动；所述第二转盘15安装在连接支架19的一侧，第二转盘15的外侧安装打磨电机14，第二转盘15通过内置电动机驱动并绕水平轴转动；所述连接器16的上端为自锁式卡具、通过螺纹与打磨电机14的转轴连接，连接器16的下端为螺纹杆，所述百叶片17通过螺母固定于螺纹杆上。所述龙门式三轴运动平台的工作范围大于转运平车4所搭载的基材块3的总面积。
所述龙门式三轴运动平台的一侧安装集尘装置；所述集尘装置包括集尘器7、集尘管道6和集尘口18，所述集尘口18布置在自动打磨装置附近，开口方向设置与百叶片17打磨切线方向相同，以有利于打磨过程产生的粉尘直接被收集进集尘口18，所述集尘口18通过集尘管道6与集尘器7相连接。
所述自动清洁模块1为干湿复合擦洗的自动清洁装置。所述自动清洁装置包括支撑板30、调节板28、压板27、第一伺服电机22、第二伺服电机29、第一辊子21、第二辊子33、辊子支撑座32、皮带20、供液管31、无尘擦洗布23、弹簧24、旋转杆25和连杆26。所述支撑板30为垂直于第二Z轴34的方形板、固定安装在第二Z轴34上；所述支撑板30的一侧由内到外分别安装第一伺服电机22和第一辊子21、第一伺服电机22通过皮带20与第一辊子21连接，支撑板30的另一侧由内到外分别安装第二伺服电机29和第二辊子33，第二伺服电机29通过皮带20与第二辊子33连接，第一辊子21和第二辊子33分别通过各自的辊子支撑座32安装在支撑板30上。所述支撑板30的左右两端分别设置矩形通孔用于无尘擦洗布23通过，所述辊子支撑座32横跨固定于矩形通孔两侧。所述支撑板30的下方安装调节板28，所述调节板28安装在第二Z轴34上、并沿第二Z轴34进行Z向位置调节；
调节板28左右两侧分别设置两个带有销孔的耳板，每个耳板通过销钉与对应的旋转杆25上端连接，旋转杆25绕销钉轴转动。左右两侧的两个旋转杆25的下端分别与左右两侧的连杆26连接，前侧或后侧的两个旋转杆25通过弹簧24连接。在第二辊子33一侧设置供液管31，对无尘擦洗布23进行全宽度的湿润。所述压板27安装在第二Z轴34的下端，为一块与无尘擦洗布23等宽度的方形板，采用不吸水材料制成。
所述第一辊子21为回收辊子，用于已使用无尘擦洗布23的回收。所述第二辊子33为贮存辊子，用于未使用无尘擦洗布23的贮存。所述无尘擦洗布23从第二辊子33释放、通过支撑板30右侧的矩形通孔、经右侧的连杆26和左侧的连杆26、再通过支撑板30左侧的矩形通孔进入到第一辊子21进行回收。
工作时，第一伺服电机22与第二伺服电机29转动分别带动第一辊子21、第二辊子33转动，实现无尘擦洗布23进行更换。第二Z轴34下降，旋转杆25首先与基材块3表面接触并向左右两侧扩张带动尘擦洗布处于绷紧状态，压板27下压使无尘擦洗布23与基材块3表面接触面积加大，使擦洗效果更优。下压后弹簧24由自由状态变为拉伸状态。下压过程中的压力通过第二Z轴34的力控模块进行控制。接触完成后龙门式三轴运动平台按照预定的路径进行运动，完成对基材块3表面的擦洗。
所述控制模块包括传感模块控制单元、转运平车运动控制单元、龙门式三轴运动平台控制单元、自动打磨模块控制单元和自动清洁模块控制单元，各控制单元集成于控制箱中，用于控制各个模块的独立运行以及相互配合。
所述传感模块控制单元包括压力传感器、电涡流位置传感器11、速度与加速度传感器和流量传感器。所述压力传感器安装于第一Z轴12和第二Z轴34内部，用于实时监控Z轴末端与基材块3表面的接触压力值，并将压力信号转变成电信号传送至传感模块控制单元；所述电涡流位置传感器11包括涡流监测探头和线圈，所述涡流监测探头安装于转运平车4并与转运平车控制箱8连接；线圈安装于轨道5上，且二者处于平行于导轨的同一条直线上。所述速度与加速度传感器安装于龙门式三轴运动平台驱动电机处和转运平车4驱动电机处，并与龙门式三轴运动平台用于实时监测各部分运动速度。所述流量传感器安装于供液管31处，用于调控清洗液的流量，保证喷淋的清洗液恰好湿润无尘擦洗布23而不会滴落。
所述转运平车运动控制单元包括驱动控制器，与电涡流位置传感器11和转运平车4驱动电机连接。
所述龙门式三轴运动控制单元包括三轴运动控制器，并与传感模块控制单元连接，用于控制龙门式三轴运动平台X/Y/Z方向的运动。
所述自动打磨模块控制单元包括打磨电机控制器和转盘控制器，分别与执行功能的伺服电机连接。打磨电机控制器控制打磨电机14的运动与停止，转盘控制器通过控制第一转盘13和第二转盘15内伺服电机实现百叶片17倾斜角度的功能。
所述自动清洁模块控制单元包括无尘布更换控制器和供液系统控制器，无尘布更换控制器通过控制第一伺服电机22和第二伺服电机29实现无尘擦洗布23的更换。供液系统控制器通过控制供液泵的开关与流量情况实现无尘擦洗布23的湿润。
进一步的，所述干湿复合擦洗的自动清洁装置用干冰清洁装置或激光清洁装置代替。
进一步的，所述龙门式三轴运动平台外侧设置防护罩，以形成相对封闭的打磨区域，以防止粉尘污染外部环境。
优选的，转运平车4为轨道式电动转运平车。
一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁方法，利用用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统进行打磨清洁，包括如下步骤：
A、基材块3下料和铣削
构筑成形所需要的基材块3经过下料和六面铣削之后，获得尺寸相同的均质化基材块3；所述基材块3为矩形块，矩形块的上、下表面为两个最大的矩形面；
B、基材块3吊运和转运
将基材块3吊运至转运平车4，放置于预定位置；转运平车4表面设置限位块10和垫块9，以保证基材块3处于预定位置。所述转运平车4根据生产需要搭载多块基材块3。
C、基材块3上表面打磨
转运平车4运动至打磨区，运行至预定位置后停止。启动龙门式三轴运动平台，带动第一Z轴12末端的可调节角度的自动打磨装置对基材块3上表面进行打磨。在百叶片17与基材块3接触的过程中压力传感器会实时收集压力信号并传输至力控模块，当接触压力值N达到指定压力值N0时第一Z轴12运动停止，打磨过程开始，龙门式三轴运动平台按照规定路径运动，实现对基材块3表面进行覆盖打磨。在打磨过程中力控模块根据压力传感信号的波动动态的调节第一Z轴12的轴向位置，从而实现百叶片17对基材块3表面的恒力打磨。
打磨过程中，启动集尘装置，对打磨过程产生的粉尘进行回收，避免污染环境。打磨完成后，转运平车4驶离打磨区，同时开启气帘吹气，吹落基材块3表面和转运平车4积落的粉尘。气帘安装于打磨区出口位置，气流方向与转运平车4前进方向相反。
D、基材块3上表面清洁
转运平车4驶离打磨区后进入自动清洁区，运行至预定位置后停止。启动安装于龙门式三轴运动平台上的自动清洁装置，完成对基材块3上表面的全覆盖清洁。
所述清洁的方法包括以下步骤：
所述自动清洁装置工作时，首先是对基材块3表面进行湿式擦洗，具体过程为：第一辊子21、第二辊子33分别在第一伺服电机22、第二伺服电机29的带动下转动，更换两连杆26之间的无尘擦洗布23，同时供液管31泵出清洗液，湿润无尘擦洗布23表面。待两个连杆26之间的无尘擦洗布23更换完成后，第二Z轴34向下运动开始与基材块3接触，接触压力由第二Z轴34内置的压力传感器监测并传输至力控模块实时调控第二Z轴34的运动，并最终使接触压力保持为恒定压力值。接触完成后龙门式三轴运动平台按照规定的运动路径对基材块3表面进行覆盖清洁。
表面清洁完成之后对基材块3表面覆盖防尘布，防止后续工序对已清洁表面造成二次污染。
E、基材块3翻转
转运平车4驶离自动清洁区，返回至起点。通过吊运模块将基材块3翻转，使原来的下表面变成上表面，并放置转运平车4原有位置。
F、基材块3下表面打磨和清洁
按步骤C和D相同的方法对基材块3下表面打磨和清洁。
G、基材块3堆垛
基材块3完成双面打磨清洁后，吊运至堆料区进行堆垛。
进一步的，步骤C的自动打磨过程中第一Z轴12末端与基材块3的压力为10-20N，第一Z轴12末端运动速度为0.1-0.3m/s。
以上所述描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。在本发明的指导下，本领域相关技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。因此，本发明的保护范围由权利要求书中各权利要求的保护范围确定。
Claims (6)
1.一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统，其特征在于：包括吊运模块、转运模块、自动打磨模块(2)、自动清洁模块(1)、控制模块和龙门式三轴运动平台；所述龙门式三轴运动平台横跨轨道(5)安装，龙门式三轴运动平台的第一Z轴(12)和第二Z轴(34)沿轨道(5)长度方向布置，所述自动打磨模块(2)和自动清洁模块(1)分别安装在第一Z轴(12)和第二Z轴(34)上；所述轨道(5)为直线轨道并固定在地面上；所述转运模块沿轨道(5)往返运行；定义平行于轨道(5)的方向为X方向，垂直于地面的方向为Z方向，与XZ平面垂直的方向为Y方向，所述龙门式三轴运动平台的第一Z轴(12)和第二Z轴(34)内部均设置力控模块；
所述吊运模块包括基材专用吊具和天车，所述专用吊具安装在天车上，所述天车位于轨道(5)上方；所述天车吊运范围覆盖整个系统的工作范围；所述专用吊具适配于多种尺寸的基材块(3)，所述专用吊具通过钳爪作用于基材块(3)侧面；
所述转运模块包括转运平车(4)和定位系统，所述转运平车(4)包括驱动装置和运动控制装置(8)；所述转运平车(4)沿轨道(5)运行；所述定位系统采用电涡流位置传感器(11)进行定位，分别安装于轨道(5)和转运平车(4)上，用于实现转运平车(4)相对于地面的精确定位；所述转运平车(4)表面设置限位块(10)和垫块(9)以实现基材块(3)相对于转运平车(4)的精确定位；
所述自动打磨模块(2)为可调节角度的自动打磨装置；所述自动打磨装置包括第一转盘(13)、打磨电机(14)、第二转盘(15)、连接器(16)和百叶片(17)；所述第一转盘(13)的上部与第一Z轴(12)末端连接，第一转盘(13)的下部与连接支架(19)连接，第一转盘(13)通过内置电动机驱动并绕第一Z轴(12)转动；所述第二转盘(15)安装在连接支架(19)的一侧，第二转盘(15)的外侧安装打磨电机(14)，第二转盘(15)通过内置电动机驱动并绕水平轴转动；所述连接器(16)的上端为自锁式卡具、通过螺纹与打磨电机(14)的转轴连接，连接器(16)的下端为螺纹杆，所述百叶片(17)通过螺母固定于螺纹杆上；所述龙门式三轴运动平台的工作范围大于转运平车(4)所搭载的基材块(3)的总面积；
所述龙门式三轴运动平台的一侧安装集尘装置；所述集尘装置包括集尘器(7)、集尘管道(6)和集尘口(18)，所述集尘口(18)布置在自动打磨装置附近，开口方向设置与百叶片(17)打磨切线方向相同，以有利于打磨过程产生的粉尘直接被收集进集尘口(18)，所述集尘口(18)通过集尘管道(6)与集尘器(7)相连接；
所述自动清洁模块(1)为干湿复合擦洗的自动清洁装置；所述自动清洁装置包括支撑板(30)、调节板(28)、压板(27)、第一伺服电机(22)、第二伺服电机(29)、第一辊子(21)、第二辊子(33)、辊子支撑座(32)、皮带(20)、供液管(31)、无尘擦洗布(23)、弹簧(24)、旋转杆(25)和连杆(26)；所述支撑板(30)为垂直于第二Z轴(34)的方形板、固定安装在第二Z轴(34)上；所述支撑板(30)的一侧由内到外分别安装第一伺服电机(22)和第一辊子(21)、第一伺服电机(22)通过皮带(20)与第一辊子(21)连接，支撑板(30)的另一侧由内到外分别安装第二伺服电机(29)和第二辊子(33)，第二伺服电机(29)通过皮带(20)与第二辊子(33)连接，第一辊子(21)和第二辊子(33)分别通过各自的辊子支撑座(32)安装在支撑板(30)上；所述支撑板(30)的左右两端分别设置矩形通孔用于无尘擦洗布(23)通过，所述辊子支撑座(32)横跨固定于矩形通孔两侧；所述支撑板(30)的下方安装调节板(28)，所述调节板(28)安装在第二Z轴(34)上、并沿第二Z轴(34)进行Z向位置调节；
调节板(28)左右两侧分别设置两个带有销孔的耳板，每个耳板通过销钉与对应的旋转杆(25)上端连接，旋转杆(25)绕销钉轴转动；左右两侧的两个旋转杆(25)的下端分别与左右两侧的连杆(26)连接，前侧或后侧的两个旋转杆(25)通过弹簧(24)连接；在第二辊子(33)一侧设置供液管(31)，对无尘擦洗布(23)进行全宽度的湿润；所述压板(27)安装在第二Z轴(34)的下端，为一块与无尘擦洗布(23)等宽度的方形板，采用不吸水材料制成；
所述第一辊子(21)为回收辊子，用于已使用无尘擦洗布(23)的回收；所述第二辊子(33)为贮存辊子，用于未使用无尘擦洗布(23)的贮存；所述无尘擦洗布(23)从第二辊子(33)释放、通过支撑板(30)右侧的矩形通孔、经右侧的连杆(26)和左侧的连杆(26)、再通过支撑板(30)左侧的矩形通孔进入到第一辊子(21)进行回收；
工作时，第一伺服电机(22)与第二伺服电机(29)转动分别带动第一辊子(21)、第二辊子(33)转动，实现无尘擦洗布(23)进行更换；第二Z轴(34)下降，旋转杆(25)首先与基材块(3)表面接触并向左右两侧扩张带动尘擦洗布处于绷紧状态，压板(27)下压使无尘擦洗布(23)与基材块(3)表面接触面积加大，使擦洗效果更优；下压后弹簧(24)由自由状态变为拉伸状态；下压过程中的压力通过第二Z轴(34)的力控模块进行控制；接触完成后龙门式三轴运动平台按照预定的路径进行运动，完成对基材块(3)表面的擦洗；
所述控制模块包括传感模块控制单元、转运平车运动控制单元、龙门式三轴运动平台控制单元、自动打磨模块控制单元和自动清洁模块控制单元，各控制单元集成于控制箱中，用于控制各个模块的独立运行以及相互配合；
所述传感模块控制单元包括压力传感器、电涡流位置传感器(11)、速度与加速度传感器和流量传感器；所述压力传感器安装于第一Z轴(12)和第二Z轴(34)内部，用于实时监控Z轴末端与基材块(3)表面的接触压力值，并将压力信号转变成电信号传送至传感模块控制单元；所述电涡流位置传感器(11)包括涡流监测探头和线圈，所述涡流监测探头安装于转运平车(4)并与转运平车控制箱(8)连接；线圈安装于轨道(5)上，且二者处于平行于导轨的同一条直线上；所述速度与加速度传感器安装于龙门式三轴运动平台驱动电机处和转运平车(4)驱动电机处，并与龙门式三轴运动平台用于实时监测各部分运动速度；所述流量传感器安装于供液管(31)处，用于调控清洗液的流量，保证喷淋的清洗液恰好湿润无尘擦洗布(23)而不会滴落；
所述转运平车运动控制单元包括驱动控制器，与电涡流位置传感器(11)和转运平车(4)驱动电机连接；
所述龙门式三轴运动控制单元包括三轴运动控制器，并与传感模块控制单元连接，用于控制龙门式三轴运动平台X/Y/Z方向的运动；
所述自动打磨模块控制单元包括打磨电机控制器和转盘控制器，分别与执行功能的伺服电机连接；打磨电机控制器控制打磨电机(14)的运动与停止，转盘控制器通过控制第一转盘(13)和第二转盘(15)内伺服电机实现百叶片(17)倾斜角度的功能；
所述自动清洁模块控制单元包括无尘布更换控制器和供液系统控制器，无尘布更换控制器通过控制第一伺服电机(22)和第二伺服电机(29)实现无尘擦洗布(23)的更换；供液系统控制器通过控制供液泵的开关与流量情况实现无尘擦洗布(23)的湿润。
2.根据权利要求1所述一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统，其特征在于：所述干湿复合擦洗的自动清洁装置用干冰清洁装置或激光清洁装置代替。
3.根据权利要求1所述一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统，其特征在于：所述龙门式三轴运动平台外侧设置防护罩，以形成相对封闭的打磨区域，以防止粉尘污染外部环境。
4.根据权利要求1所述一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统，其特征在于：所述转运平车(4)为轨道式电动转运平车。
5.一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁方法，其特征在于：利用用于金属构筑成形的自动打磨清洁系统进行打磨清洁，包括如下步骤：
A、基材块(3)下料和铣削
构筑成形所需要的基材块(3)经过下料和六面铣削之后，获得尺寸相同的均质化基材块(3)；所述基材块(3)为矩形块，矩形块的上、下表面为两个最大的矩形面；
B、基材块(3)吊运和转运
将基材块(3)吊运至转运平车(4)，放置于预定位置；转运平车(4)表面设置限位块(10)和垫块(9)，以保证基材块(3)处于预定位置；所述转运平车(4)根据生产需要搭载多块基材块(3)；
C、基材块(3)上表面打磨
转运平车(4)运动至打磨区，运行至预定位置后停止；启动龙门式三轴运动平台，带动第一Z轴(12)末端的可调节角度的自动打磨装置对基材块(3)上表面进行打磨；在百叶片(17)与基材块(3)接触的过程中压力传感器会实时收集压力信号并传输至力控模块，当接触压力值N达到指定压力值N0时第一Z轴(12)运动停止，打磨过程开始，龙门式三轴运动平台按照规定路径运动，实现对基材块(3)表面进行覆盖打磨；在打磨过程中力控模块根据压力传感信号的波动动态的调节第一Z轴(12)的轴向位置，从而实现百叶片(17)对基材块(3)表面的恒力打磨；
打磨过程中，启动集尘装置，对打磨过程产生的粉尘进行回收，避免污染环境；打磨完成后，转运平车(4)驶离打磨区，同时开启气帘吹气，吹落基材块(3)表面和转运平车(4)积落的粉尘；气帘安装于打磨区出口位置，气流方向与转运平车(4)前进方向相反；
D、基材块(3)上表面清洁
转运平车(4)驶离打磨区后进入自动清洁区，运行至预定位置后停止；启动安装于龙门式三轴运动平台上的自动清洁装置，完成对基材块(3)上表面的全覆盖清洁；
所述清洁的方法包括以下步骤：
所述自动清洁装置工作时，首先是对基材块(3)表面进行湿式擦洗，具体过程为：第一辊子(21)、第二辊子(33)分别在第一伺服电机(22)、第二伺服电机(29)的带动下转动，更换两连杆(26)之间的无尘擦洗布(23)，同时供液管(31)泵出清洗液，湿润无尘擦洗布(23)表面；待两个连杆(26)之间的无尘擦洗布(23)更换完成后，第二Z轴(34)向下运动开始与基材块(3)接触，接触压力由第二Z轴(34)内置的压力传感器监测并传输至力控模块实时调控第二Z轴(34)的运动，并最终使接触压力保持为恒定压力值；接触完成后龙门式三轴运动平台按照规定的运动路径对基材块(3)表面进行覆盖清洁；
表面清洁完成之后对基材块(3)表面覆盖防尘布，防止后续工序对已清洁表面造成二次污染；
E、基材块(3)翻转
转运平车(4)驶离自动清洁区，返回至起点；通过吊运模块将基材块(3)翻转，使原来的下表面变成上表面，并放置转运平车(4)原有位置；
F、基材块(3)下表面打磨和清洁
按步骤C和D相同的方法对基材块(3)下表面打磨和清洁；
G、基材块(3)堆垛
基材块(3)完成双面打磨清洁后，吊运至堆料区进行堆垛。
6.根据权利要求1所述一种用于金属构筑成形的自动打磨清洁方法，其特征在于：步骤C的自动打磨过程中第一Z轴(12)末端与基材块(3)的压力为10-20N，第一Z轴(12)末端运动速度为0.1-0.3m/s。
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