CN114083420A - 一种复杂曲面透明件机器人智能抛光系统 - Google Patents

一种复杂曲面透明件机器人智能抛光系统 Download PDF

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Abstract

本发明是一种复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，在透明件加工之前，工件柔性装置工装实现多种不同工件的定位，实现同一工件正反面的定位。在透明件加工之前，通过视觉检测对透明件边缘进行识别，自动规划加工初始轨迹，加工轨迹在加工过程中根据力传感反馈过程实时调整。本发明解决了复杂曲面透明件抛光的自动化、智能化过程，提高产品加工质量稳定性及生产效率。

Description

一种复杂曲面透明件机器人智能抛光系统
技术领域
本发明是一种复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，属于机器人研磨抛光技术领域。
背景技术
目前我国复杂曲面透明件抛光方法仍然以人工抛光为主，存在劳动强度大、作业效率低、质量稳定性差等问题，且对工人技能经验要求较高。因此，抛光机器人的大量应用可以实现机器人代替人作业，推动传统制造业实现技术转型升级。
抛光机器人是指不切除或从工件表面上切除极薄材料层，以减小工件表面粗糙度为目的的工业机器人系统。抛光机器人目前已经在包括航空、航天、汽车、精密仪器、模具等多个领域广泛应用，具备一定的应用基础。
透明件具有尺寸规格大、尺寸精度和形面精度高、曲率的高阶连续性要求苛刻等特点。为了达到透明件光学性能指标，不仅要保证型面的形状精度，而且对型腔表面质量提出了很高的要求，其表面粗糙度达到纳米级别。
大尺寸型面，如此高的表面粗糙度要求，人工抛光很难保证质量和工期，由于机器人具有很好的柔性，可以实现多种不同位姿的加工及加工重复性，提供稳定的工艺参数，在保证加工质量的同时大大提高加工效率。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提出了一种复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，其目的是解决目前复杂曲面透明件以人工抛光为主的现象，提高复杂曲面透明件抛光的自动化水平，提高复杂曲面透明件的加工质量及加工效率。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
该种复杂曲面透明件机器人智能抛光系统包括工业机器人2、柔性定位装置4、工业相机5及其安装柱6，柔性定位装置4的底部安装有转轴7与工业机器人2联动，其中，工业机器人2的未端安装抛光系统3，该抛光系统3依次包括机器人连接法兰8、六维力传感器9、力传感器连接法兰10、气动马达内安装件11、气动马达抛光装置12、气动马达外安装件13，其特征在于：气动马达抛光装置12的输出轴的中心加工有中心孔通过连接孔14与外部的研磨膏供给机构15连接，该研磨膏供给机构15包括气路和油路，其中：
气路通过气管19依次连接开关16、系统气动三联件17、系统电磁换向阀Ⅰ18、气动泵20，开关16连接气源，气动泵20通过气压控制研磨膏供给量；
油路包括主路和分支，主路通过油管21依次连接压力表22、过滤器23、三通24，通过三通24分出两路分支，其中一路分支依次通过单向阀25、电磁换向阀Ⅱ26用于研磨膏连续供给，另一路分支依次通过电磁换向阀Ⅲ27、注油器28用于研磨膏定量连续。
所述工业机器人2通过六维力传感器9连接气动马达抛光装置12完成抛光工作，工业机器人2外部的转轴7与工业机器人2联动，增加工业机器人2加工范围，辅助调整工业机器人2位置及姿态，柔性定位装置4放置在工业机器人2转轴7上方，定位工件，两个工业相机5寻位加工原点，在柔性定位装置4完成工件定位后，检测工件边缘特征与工件理论位置作比对，确定加工原点。
六维力传感器9在工业机器人2加工前在各个角度对气动马达抛光装置12进行静态称重，同时空转气动马达，采集气动马达抛光装置12空转振动力信息，在加工过程中，六维力传感器9检测加工力时补偿加工前采集的气动马达抛光装置12重力信息及空转振动力信息，直接体现加工接触力。
所述气动马达抛光装置12的输出轴的中心孔通过一个内置的旋转接头与连接孔14对接，配合研磨膏供给机构15根据加工工艺定时定量完成加工过程旋转抛光垫29中心的研磨膏供给。
所述柔性定位装置4的12点真空吸附单元按照4行3列分布，每一行可手动调整位置，每行上的3个真空吸附单元可手动调整位置，所述的手动调整位置采用竖直调整手轮38及水平调整手轮30通过直线导轨导向，齿轮齿条传动完成真空吸附单元位置调整。
所述真空吸附单元包括吸盘31和电动推杆32，吸盘31连接电动推杆32前端并可根据位置自动伸缩。
所述柔性定位装置4采用12点真空吸盘吸附复杂曲面透明件1，柔性定位装置4包含气动连杆结构，可实现工件水平及竖直姿态的调整，水平姿态为安装工件姿态，竖直姿态为工件加工姿态。通过调整吸盘31位置，柔性定位装置4可实现多种不同工件的定位及同一工件正反面定位。
所述柔性定位装置4包括翻转气缸33及翻转轴34固定在柔性定位装置4的基座35上，翻转气缸33通过翻转连杆36完成柔性定位装置4的主体框架37水平及竖直姿态的调整，水平姿态完成工件定位，竖直状态完成工件加工。在柔性定位装置4的基座35上安装有防脱落盘39以防止加工过程中工件意外脱落。
本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明所述的复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，机器人与外部转轴联动，充分利用机器人的灵活性，合理利用机器人加工范围；
(2)本发明所述复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，利用力传感器补偿加工过程中的静态及动态力，直接检测加工接触力，实时调整机器人位置及姿态，保证加工工艺参数的一致性；
(3)本发明所述复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，改造气动马达实现加工过程中马达中心供给研磨膏功能，配合自动供给研磨膏系统实现定时定量研磨膏自动补给；
(4)本发明所述复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，设计工件柔性定位工装可实现多种不同工件的定位，实现同一工件正反面的定位，配合视觉检测装置完成工件多样化的自动定位。
附图说明
图1为本发明系统结构的轴侧图
图2为本发明系统结构的侧视图
图3为本发明系统的抛光系统3的轴侧图
图4为本发明系统的研磨膏供给机构15的结构示意图
图5为本发明系统的柔性定位装置(4)的前侧轴侧图
图6本发明系统的柔性定位装置4的后侧轴侧图
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的详细说明。
参见附图1～6所示，该种复杂曲面透明件机器人智能抛光系统包括工业机器人2、柔性定位装置4、工业相机5及其安装柱6，柔性定位装置4的底部安装有转轴7与工业机器人2联动，其中，工业机器人2的未端安装抛光系统3，该抛光系统3依次包括机器人连接法兰8、六维力传感器9、力传感器连接法兰10、气动马达内安装件11、气动马达抛光装置12、气动马达外安装件13，其特征在于：气动马达抛光装置12的输出轴的中心加工有中心孔通过连接孔14与外部的研磨膏供给机构15连接，该研磨膏供给机构15包括气路和油路，其中：
气路通过气管19依次连接开关16、系统气动三联件17、系统电磁换向阀Ⅰ18、气动泵20，开关16连接气源，气动泵20通过气压控制研磨膏供给量；
油路包括主路和分支，主路通过油管21依次连接压力表22、过滤器23、三通24，通过三通24分出两路分支，其中一路分支依次通过单向阀25、电磁换向阀Ⅱ26用于研磨膏连续供给，另一路分支依次通过电磁换向阀Ⅲ27、注油器28用于研磨膏定量连续。
在实施时，所述气动马达抛光装置12的输出轴的中心孔通过一个内置的旋转接头与连接孔14对接。
实施时，所述柔性定位装置4采用12点真空吸盘吸附复杂曲面透明件1。所述柔性定位装置4的12点真空吸附单元按照4行3列分布，每一行可手动调整位置，每行上的3个真空吸附单元可手动调整位置。所述的手动调整位置采用竖直调整手轮38及水平调整手轮30通过直线导轨导向，齿轮齿条传动完成真空吸附单元位置调整。
实施时，所述真空吸附单元包括吸盘31和电动推杆32，吸盘31连接电动推杆32前端并可根据位置自动伸缩。
实施时，所述柔性定位装置4包括翻转气缸33及翻转轴34固定在柔性定位装置4的基座35上，翻转气缸33通过翻转连杆36完成柔性定位装置4的主体框架37水平及竖直姿态的调整。在柔性定位装置4的基座35上安装有防脱落盘39以防止加工过程中工件意外脱落。
所述复杂曲面透明件机器人智能抛光系统的操作过程的步骤如下：
步骤一、根据工件1三维数模计算各个真空吸附点理论位置，手动调整工件柔性定位装置4各个真空吸附单元到相应位置，电动推杆32按计算结果伸出理论长度，计算机根据工件1三维数模及加工工艺自动完成工业机器人2加工路径规划；
步骤二、工件柔性定位装置4水平姿态为人工安装工件，控制真空吸附完成工件1定位，工件柔性定位装置4通过气动连杆结构将工件翻转至竖直加工姿态；
步骤三、两台工业相机5在工件柔性定位装置4完成工件定位后，检测工件1边缘特征与工件理论位置作比对，确定加工原点；
步骤四、六维力传感器9检测加工接触力，根据加工接触力的大小柔性调整工业机器人2的位置及姿态，使工业机器人2与工件1接触力趋近于设定值，除加工正压力方向，工业机器人2自动调整姿态使其他方向力趋近于0，保证加工时，抛光工具沿着工件法向；
步骤五、研磨膏供给机构15根据工件1加工工艺需求，可设置与之匹配的抛光膏供给量参数，完成抛光膏的定时定量自动供给；
步骤六、完成加工后，工件柔性定位装置4由竖直状态调整为水平状态，按以上方法完成另一面的加工。

Claims (8)

1.一种复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，该系统包括工业机器人(2)、柔性定位装置(4)、工业相机(5)及其安装柱(6)，柔性定位装置(4)的底部安装有转轴(7)与工业机器人(2)联动，其中，工业机器人(2)的未端安装抛光系统(3)，该抛光系统(3)依次包括机器人连接法兰(8)、六维力传感器(9)、力传感器连接法兰(10)、气动马达内安装件(11)、气动马达抛光装置(12)、气动马达外安装件(13)，其特征在于：气动马达抛光装置(12)的输出轴的中心加工有中心孔通过连接孔(14)与外部的研磨膏供给机构(15)连接，该研磨膏供给机构(15)包括气路和油路，其中：
气路通过气管(19)依次连接开关(16)、系统气动三联件(17)、系统电磁换向阀Ⅰ(18)、气动泵(20)，开关(16)连接气源，气动泵(20)通过气压控制研磨膏供给量；
油路包括主路和分支，主路通过油管(21)依次连接压力表(22)、过滤器(23)、三通(24)，通过三通(24)分出两路分支，其中一路分支依次通过单向阀(25)、电磁换向阀Ⅱ(26)用于研磨膏连续供给，另一路分支依次通过电磁换向阀Ⅲ(27)、注油器(28)用于研磨膏定量连续。
2.根据权利要求1所述的复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，其特征在于：所述气动马达抛光装置(12)的输出轴的中心孔通过一个内置的旋转接头与连接孔(14)对接。
3.根据权利要求1所述的复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，其特征在于：所述柔性定位装置(4)采用12点真空吸盘吸附复杂曲面透明件(1)。
4.根据权利要求3所述的复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，其特征在于：所述柔性定位装置(4)的12点真空吸附单元按照4行3列分布，每一行可手动调整位置，每行上的3个真空吸附单元可手动调整位置。
5.根据权利要求4所述的复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，其特征在于：所述的手动调整位置采用竖直调整手轮(38)及水平调整手轮(30)通过直线导轨导向，齿轮齿条传动完成真空吸附单元位置调整。
6.根据权利要求3所述的复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，其特征在于：所述真空吸附单元包括吸盘(31)和电动推杆(32)，吸盘(31)连接电动推杆(32)前端并可根据位置自动伸缩。
7.根据权利要求3所述的复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，其特征在于：所述柔性定位装置(4)包括翻转气缸(33)及翻转轴(34)固定在柔性定位装置(4)的基座(35)上，翻转气缸(33)通过翻转连杆(36)完成柔性定位装置(4)的主体框架(37)水平及竖直姿态的调整。
8.根据权利要求7所述的复杂曲面透明件机器人智能抛光系统，其特征在于：在柔性定位装置(4)的基座(35)上安装有防脱落盘(39)以防止加工过程中工件意外脱落。
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