CN114043386A - 一种薄壁多孔舱体喷砂遮蔽装置及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种薄壁多孔舱体喷砂遮蔽装置及工艺方法，上堵塞机器人抓起舱体放到旋转压紧机构中，舱体一端安装在固定法兰上，另一端被夹持法兰压紧；上堵塞机器人放开舱体并移开；四轴机器人把堵塞从振动输送盘上取出，放入舱体壁各孔中；沿舱体轴向放完一排后，压紧气缸下压，把堵塞压入舱体；当舱体所有孔都装上堵塞后，上堵塞机器人抓起舱体，夹持法兰移开，上堵塞机器人抓起舱体放在喷砂工作台上进行喷砂作业；下堵塞机器人将喷砂后的舱体抓起，放到气胀轴拆卸机构中，使料筒对准气胀轴；气胀轴伸入舱体内腔，通气后把堵塞顶出料筒的孔。本发明通过快速自动装配、拆卸，提高产品喷砂处理前防护装配和拆卸效率，缩短产品喷砂的周期。
Description
技术领域
本发明属于涂装喷砂处理前的防护设计领域，具体涉及一种喷砂遮蔽装置及工艺方法。
背景技术
舱体是姿控发动机最重要的组成部分，沿径向分布有60～180个冲量发动机安装孔，是典型的薄壁多孔结构，外表面喷涂防热涂层。为保证舱体外表面防热涂层的粘 接性，在喷涂防热涂层前先对表面进行喷砂处理。舱体在喷砂过程中要进行有效的保 护，防止砂砾在喷砂过程中通过冲量发动机安装孔进入舱体内部，造成内表面损伤。 现有的防护方法是在喷砂前人工安装遮蔽堵塞，并在内侧通过螺母固定。由于堵塞是 螺纹连接结构，且安装数量大，喷砂后还要拆卸堵塞，耗时耗力，生产效率低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种薄壁多孔舱体喷砂遮蔽装置和工艺方法，通过快速自动装配、拆卸，提高产品喷砂处理前防护装配和拆卸效率，缩短产品 喷砂的周期。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种薄壁多孔舱体喷砂遮蔽装置，包括下堵塞机器人、拆卸机构、振动输送盘、四轴机器人、旋转压紧机构、上堵塞机 器人和接堵塞盘。
所述的旋转压紧机构包括固定法兰、夹持法兰和压紧气缸，所述的固定法兰用于安装舱体，所述的夹持法兰和固定法兰同轴安装，夹持法兰能够在电机或气缸的驱动 下沿轴线运动，所述的固定法兰能够在电机或气缸的驱动下绕轴线转动，所述的压紧 气缸能够沿舱体径向运动并向舱体壁施加压力；所述的上堵塞机器人抓握舱体，在旋 转压紧机构和喷砂工作平台之间移动；所述的四轴机器人把堵塞从振动输送盘上取出， 放入舱体的孔中；所述的下堵塞机器人抓握舱体，在喷砂工作平台和气胀轴拆卸机构 之间移动；所述的气胀轴拆卸机构包括固定法兰、气缸、气涨轴和接堵塞盘，所述的 固定法兰用于安装舱体，所述的气涨轴在气缸驱动下伸入或退出舱体内腔，并在电磁 阀控制下膨胀顶出堵头，所述的接堵塞盘位于固定法兰下方，接堵塞盘中心底部开有 通孔，堵塞穿过通孔落入传送带，进而进入振动输送盘。
所述的上堵塞机器人和下堵塞机器人采用六轴机器人，在机器人执行机构末端加装夹爪，通过气缸驱动夹爪抓握舱体。
所述的四轴机器人在机器人执行机构末端加装夹爪抓取堵塞，或加装真空吸附装置吸附堵塞。
所述的堵塞为圆锥体结构，基底采用尼龙材质，外罩氟橡胶材质作为保护套。
本发明还提供一种使用上述装置的薄壁多孔舱体喷砂遮蔽工艺方法，包括以下步骤：
(1)上堵塞机器人抓起舱体放到旋转压紧机构中，舱体一端安装在固定法兰上，另一端被夹持法兰压紧；上堵塞机器人放开舱体并移开；
(2)四轴机器人把堵塞从振动输送盘上取出，放入舱体壁各孔中；
(3)沿舱体轴向放完一排后，压紧气缸下压，把堵塞压入舱体；
(4)将舱体绕自身轴线旋转设定的角度，使舱体壁未安装堵塞的通孔朝向压紧气缸，重复步骤(2)和(3)继续安装堵塞；
(5)当舱体所有孔都装上堵塞后，上堵塞机器人抓起舱体，夹持法兰移开，上堵 塞机器人抓起舱体放在喷砂工作台上进行喷砂作业；
(6)下堵塞机器人将喷砂后的舱体抓起，放到气胀轴拆卸机构中，使料筒对准气胀轴；
(7)气胀轴伸入舱体内腔，通气后把堵塞顶出料筒的孔；
(8)气胀轴泄压排气，退出舱体内腔；
(9)下堵塞机器人将舱体抓起，放置在工作台上。
本发明的有益效果是：采用自动化方法，通过自动上下料单元、自动上堵塞系统，将舱体喷砂前180个孔保护堵塞的安装由过去的手工作业变成自动化完成，一发舱体的 喷砂遮蔽工装装配时间由75分钟缩短至15分钟，生产效率提升5倍；喷砂完成后，舱体 上180个喷砂堵盖的拆卸，由30分钟提升到5分钟，生产效率提升6倍；采用自动化舱体 喷砂遮蔽装置，从根本上解决了舱体喷砂遮蔽工装的装卸慢的问题，达到了高效喷砂 的目的。
附图说明
图1是堵塞自动装配、拆卸总体方案布局图。
图2是自动上下料筒单元示意图。
图3是机器人工作范围示意图。
图4是夹爪的结构示意图。
图5是自动上堵塞系统示意图。
图6是四轴机器人结构示意图。
图7是四轴机器人运动范围示意图。
图8是振动输送盘示例图。
图9是堵塞的结构示意图。
图10是自动拆卸结构图。
图11是本发明的主要工作流程图。
图中，1-下堵塞工作台，2-下堵塞机器人，3-拆卸机构，4-振动输送盘，5-上堵塞工作台，6-上堵塞机器人，7-四轴机器人，8-工作台，9-夹爪，10-机器人，11-手爪， 12-气缸，13-连接支座，14-压紧气缸，15-四轴机器人，16-堵塞，17-振动输送盘，18- 相机，19-固定法兰，20-尼龙基座，21-氟橡胶保护套，22-气缸，23-气涨轴，24-舱体， 25-接堵塞盘。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供的堵塞自动装配、拆卸设备用于舱体喷砂前对舱体的安装孔进行自动封堵遮蔽，在喷砂后对舱体上堵塞进行自动拆卸。设备由自动上堵塞系统、自动上下 料筒单元、气胀轴拆卸机构三部分组成，本方案设计为三种型号舱体都适用的上堵塞 自动化生产系统，操作人员把堵塞和料筒上到位后，系统自动上堵塞或拆卸堵塞工作， 就可以实现夜间无人作业。其布局如图1所示，包括：下堵塞工作台、下堵塞机器人、 气胀轴拆卸机构、振动输送盘、旋转压紧机构、上堵塞工作台、上堵塞机器人、四轴 机器人。
自动上下料筒单元作为上下料筒的执行机构，主要由夹爪、工作台和六轴关节机器人与六轴驱控一体机组成；具体如图2所示。
六轴机器人采用智通PR-10型，其参数如下所述：
表1本体技术参数
机器人工作范围如图3所示。
夹爪由连接支座、气缸和手指组成，其结构如图4所示。
自动上堵塞系统是安装遮蔽堵塞的主要设备，其负责把堵塞装到料筒的孔洞中去， 其主要结构包括振动输送盘一台、料筒装夹部件一套、气缸压紧装置一套、四轴机器人搬运系统一套、对位视觉系统一套，其中料筒装夹部件包括左侧伺服夹持法兰和右 侧固定旋转法兰，四轴机器人持夹爪，可抓取堵塞(也可设计成真空吸附堵塞，视具 体情况而定)。
工作时，振动输送盘把堵塞连续输出到夹取位置，四轴机器人执夹爪(或吸盘) 把堵塞取出，移动到料筒的孔位，把下端塞入孔中，放开夹爪(或者真空释放)，逐一 填完一排孔后，压紧气缸下压，使堵塞被压紧在孔中，装完一排后，料筒在电机驱动 下转一个角度，装下一排孔，都装完后六轴机器人持夹爪抓取料筒不动，伺服夹持法 兰向外移动，六轴机器人把料斗筒放在工作台上，进行下一个料筒的装配工作，直到 工作台上所有料筒装完为止。其结构如图5所示，包括：堵塞，伺服夹持法兰，振动输 送盘，四轴机器人，夹爪，压紧气缸，固定旋转法兰，相机。
四轴机器人系统机器人为PR8-800型，其结构如图6所示，活动范围如图7所示。
振动输送盘通过振动将无序堵头自动有序定向排列整齐、准确地输送到装配定位工装内，可根据舱体径向孔的数量定制，结构如图8所示。
所述堵塞为圆锥体结构，由基底、保护套组成。考虑舱体材质为铝合金，堵塞基 底采用尼龙材质，保护套采用氟橡胶材质。氟橡胶材质具有一定的韧性，相较铝合金 偏软，在安装堵塞过程中氟橡胶保护套吸收过盈配合变形量，有效的保护舱体上的安 装孔，防止孔被挤压变形，同时具有抗稀料、溶剂腐蚀，便于残留油漆清理。
拆卸机构由气缸、气胀轴、回收输送盘、产品固定座、支架等组成。气胀轴根据 舱体产品直径、长度定制加工。舱体安装在固定座上，气胀轴一端与气缸相连，气缸 推动气胀轴垂直伸入舱体圆柱孔内，电磁阀控制气胀轴膨胀顶出堵头，堵头通过回收 盘输送进入振动盘内。图10为自动拆卸机构示意图，主要包含接堵塞盘，舱体，气胀 轴，气缸。
电气控制系统分为下面几个部分控制：机器人系统控制、自动上堵塞控制系统、气胀轴拆卸控制系统，视觉控制系统，中控系统设操作触摸屏。
控制系统采用世界先进的西门子触摸屏+西门子PLC组成。通过触摸屏可以控制整个工件的运送和停止，可对运行时间等参数进行设定和控制，又能对各机组设备进 行控制。可以实时显示各主要设备的工作状态。该控制系统安全可靠、操作方便，具 有多种保护、报警功能。
控制系统由控制柜及电缆电线等部分组成。控制方式有三种：自动控制、手动控制、机械应急控制。
自动控制时，操作者通过触摸屏设置各项参数，并自动控制各台设备的运行。
手动控制时，操作者通过触摸屏设置各项参数，并自动控制设备的运行，并能够对单台设备某个机组进行手动启动和停止。
在控制柜上设置机械应急停止按钮，在紧急情况下，可直接按动停止按钮，停止所有设备的运行。
可随时查看所有的实时温度数据、输出状态、故障模式，并可随时查询历史数据。
如果有故障，则红色闪烁显示故障名称，控制系统有多种故障报警：电源缺相、 电压过高或过低、空气压力低报警。
防碰撞：此机器人可以在工件的外围设置三维空间，使机器人的动作不能进入工件所在的区域，禁止机器人进入此区域碰撞工件，通过机器人控制系统控制机器人避 免造成损毁。
在工件上方设置一位置限制平面，当机器人位置低于该平面时，机器人停止运行，并报警。对于整个设备外围，采用传感器设置，在机器人正常工作时，如果有人员进 人，系统将停止运行。
在本套设备的自动化控制系统中，采用HMI、PLC、机器人和相机等组成。
HMI：西门子10寸精智触摸屏。手动操作，中断后人工参与；显示各个运行参数 的实时状态，当前报警，历史报警等；生产统计生产管理等。
PLC：控制系统采用西门子PLC315PN/DP作为中央控制单元，通过ProfiBUS与两 台机器人及喷涂设备联网，控制柜配备西门子专业路由器。PLC和HMI之间采用以太 网通讯。
机器人：选用智能公司PR10型6台喷涂机器人，电气接口采用快速可插拔式接口方式。
相机：采集视觉信号，输出数据，使系统确定工件位置。
外部IO：对于集中的外部信号采用ET200S远程站，少量外部信号采用硬拉线。
电控系统详细说明如下：
本发明的主要工作流程如图11所示，包括以下步骤：
(1)机器人上料筒：六轴机器人将上料工作台上的料筒抓起，放到旋转压紧机构中，右侧与圆盘法兰对齐，左侧法兰向右移动，夹住法兰，机器人放开气爪，移开；
(2)四轴机器人上堵塞：视觉对位后，四轴机器人把堵塞从振动盘上取出，放入 料筒的孔中；
(3)压紧：放完一排后，压紧气缸下压，把这一排堵塞压入料筒，达到设定位置；
(4)料筒旋转：料筒旋转设定的角度，使一排空的孔在正上方，继续装下一批堵塞；
(5)机器人下料筒：当料筒的所有孔都装上堵塞后，机器人执夹爪到夹持位置， 左侧法兰移开，机器人把装上堵塞的料筒放在工作台上。
自动卸喷涂遮蔽堵塞的过程，无需人为干预，系统自动完成。主要步骤如下：
(1)六轴机器人将下料工作台上的料筒抓起，放到气胀轴拆卸机构中，使料筒对准上方气胀轴，放在托台上；
(2)气胀轴下降到位，通气后把堵塞顶出料筒的孔；
(3)气胀轴泄压、排气，上升；
(4)机器人把料筒取到工作台上。
下面结合图1、图5、图10和某型号舱体实施过程对本发明用于薄壁多孔舱体喷砂遮蔽的工艺方法作进一步描述：
(1)将上料工作台上的舱体抓起，放到旋转压紧机构中，右侧与圆盘法兰对齐， 左侧法兰向右移动，夹住法兰，放开气爪，移开；
(2)视觉对位后，把堵塞从振动盘上取出，放入舱体的孔中；
(3)放完一排后，压紧气缸下压，把这一排堵塞压入舱体孔中，达到设定位置；
(4)舱体旋转设定的角度，使下一排孔在正上方，继续装下一批堵塞；
(5)当舱体的所有孔都装上堵塞后，执夹爪到夹持位置，左侧法兰移开，把装上 堵塞的舱体放在工作台上；
(6)进行喷砂作业；
(7)将喷砂后工作台上的舱体拿起，放到气胀轴拆卸机构中，使舱体对准上方气胀轴，放在托台上；
(8)气胀轴下降到位，通气后把堵塞顶出舱体的孔；
(9)气胀轴泄压、排气，上升；
(10)机器人把舱体抓取到工作台上。
Claims (5)
1.一种薄壁多孔舱体喷砂遮蔽装置，包括下堵塞机器人、拆卸机构、振动输送盘、四轴机器人、旋转压紧机构、上堵塞机器人和接堵塞盘，其特征在于，所述的旋转压紧机构包括固定法兰、夹持法兰和压紧气缸，所述的固定法兰用于安装舱体，所述的夹持法兰和固定法兰同轴安装，夹持法兰能够在电机或气缸的驱动下沿轴线运动，所述的固定法兰能够在电机或气缸的驱动下绕轴线转动，所述的压紧气缸能够沿舱体径向运动并向舱体壁施加压力；所述的上堵塞机器人抓握舱体，在旋转压紧机构和喷砂工作平台之间移动；所述的四轴机器人把堵塞从振动输送盘上取出，放入舱体的孔中；所述的下堵塞机器人抓握舱体，在喷砂工作平台和气胀轴拆卸机构之间移动；所述的气胀轴拆卸机构包括固定法兰、气缸、气涨轴和接堵塞盘，所述的固定法兰用于安装舱体，所述的气涨轴在气缸驱动下伸入或退出舱体内腔，并在电磁阀控制下膨胀顶出堵头，所述的接堵塞盘位于固定法兰下方，接堵塞盘中心底部开有通孔，堵塞穿过通孔落入传送带，进而进入振动输送盘。
2.根据权利要求1所述的薄壁多孔舱体喷砂遮蔽装置，其特征在于，所述的上堵塞机器人和下堵塞机器人采用六轴机器人，在机器人执行机构末端加装夹爪，通过气缸驱动夹爪抓握舱体。
3.根据权利要求1所述的薄壁多孔舱体喷砂遮蔽装置，其特征在于，所述的四轴机器人在机器人执行机构末端加装夹爪抓取堵塞，或加装真空吸附装置吸附堵塞。
4.根据权利要求1所述的薄壁多孔舱体喷砂遮蔽装置，其特征在于，所述的堵塞为圆锥体结构，基底采用尼龙材质，外罩氟橡胶材质作为保护套。
5.一种利用权利要求1所述装置的薄壁多孔舱体喷砂遮蔽工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)上堵塞机器人抓起舱体放到旋转压紧机构中，舱体一端安装在固定法兰上，另一端被夹持法兰压紧；上堵塞机器人放开舱体并移开；
(2)四轴机器人把堵塞从振动输送盘上取出，放入舱体壁各孔中；
(3)沿舱体轴向放完一排后，压紧气缸下压，把堵塞压入舱体；
(4)将舱体绕自身轴线旋转设定的角度，使舱体壁未安装堵塞的通孔朝向压紧气缸，重复步骤(2)和(3)继续安装堵塞；
(5)当舱体所有孔都装上堵塞后，上堵塞机器人抓起舱体，夹持法兰移开，上堵塞机器人抓起舱体放在喷砂工作台上进行喷砂作业；
(6)下堵塞机器人将喷砂后的舱体抓起，放到气胀轴拆卸机构中，使料筒对准气胀轴；
(7)气胀轴伸入舱体内腔，通气后把堵塞顶出料筒的孔；
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