CN114083671B - 一种自动混凝土补偿管片抹面机器人及生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动混凝土补偿管片抹面机器人，包括支架、横向移动装置、混凝土抹平装置、混凝土缺陷识别装置、混凝土补偿装置，所述支架设置于管片移动流水线的两侧，所述横向移动装置设置于所述支架之间位于所述管片移动流水线的上方，所述混凝土抹平装置、所述混凝土缺陷识别装置、所述混凝土补偿装置安装于所述横向移动装置上，所述混凝土抹平装置、所述混凝土缺陷识别装置、所述混凝土补偿装置在所述横向移动装置的驱动下在所述横向移动装置两侧的所述支架之间往返运动。本发明相对于传统管片生产线创新研发了一种管片自动抹面机器人，有效降低传统多个人工手工刮平和抹平混凝土面的强度，节省了人工成本。

Description

一种自动混凝土补偿管片抹面机器人及生产工艺

技术领域

本发明涉及盾构管片自动化生产领域，具体涉及一种自动混凝土补偿管片抹面机器人及生产工艺。

背景技术

盾构管片生产主要有传统模具固定生产和管片模具自动化流水线方式生产，其中自动流水线上管片模具可随生产线循环移动，循环完成模具装配、骨架入模、混凝土浇、蒸汽养护、脱模起吊等工序，完成管片生产制作，但盾构管片的抹平收面现主要还是采用人工方式进行抹平，不仅作业环境恶劣、耗时长、工作强度大，不能满足对盾构管片大批量生产的需求，同时人工抹平管片对质量控制性能较差，传统的管片抹面机存在抹面质量不稳定、构件表面蜂窝麻面等缺陷多等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种自动混凝土补偿管片抹面机器人，本发明可实现管片自动化流水线管片自动化抹面，并自动识别管片抹平后质量进行混凝土补偿等操作，可大幅提高管片抹平后表面质量，降低管片抹面工作强度，提高抹面效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种自动混凝土补偿管片抹面机器人，包括支架、横向移动装置、混凝土抹平装置、混凝土缺陷识别装置、混凝土补偿装置，所述支架设置于管片移动流水线的两侧，所述横向移动装置设置于所述支架之间位于所述管片移动流水线的上方，所述混凝土抹平装置、所述混凝土缺陷识别装置、所述混凝土补偿装置安装于所述横向移动装置上，所述混凝土抹平装置、所述混凝土缺陷识别装置、所述混凝土补偿装置在所述横向移动装置的驱动下在所述横向移动装置两侧的所述支架之间往返运动，所述混凝土抹平装置位于所述横向移动装置的一侧，所述混凝土缺陷识别装置、所述混凝土补偿装置位于所述横向移动装置的另一侧。

作为优选的技术方案，所述横向移动装置包括横向移动电机、横向传动螺杆、横向传动螺母、第一横向移动底座、第二横向移动底座，所述横向移动电机安装于所述支架上，所述横向传动螺杆设置于所述支架之间，所述横向传动螺杆连接所述横向移动电机的输出端，所述横向传动螺母与所述横向传动螺杆螺纹连接，所述第一横向移动底座安装于所述横向传动螺母的一侧，所述第二横向移动底座安装于所述横向传动螺母的另一侧，所述混凝土抹平装置安装于所述第一横向移动底座上，所述混凝土缺陷识别装置、所述混凝土补偿装置安装于所述第二横向移动底座上。

作为优选的技术方案，所述混凝土抹平装置包括纵向移动电机、纵向传动螺杆、纵向传动螺母、纵向移动底座、抹平机构，所述纵向移动电机的底座安装于所述第一横向移动底座远离所述第二横向移动底座的一侧，所述纵向传动螺杆连接所述纵向移动电机的输出端，所述纵向传动螺母与所述纵向传动螺杆螺纹连接，所述纵向移动底座固定安装于所述纵向传动螺母上，所述抹平机构安装于所述纵向移动底座上。

作为优选的技术方案，所述抹平机构包括旋转支撑架、驱动电机、传动齿轮、旋转轴及抹面头，所述旋转支撑架安装于所述移动底座上，所述传动齿轮安装于旋转支撑架上，所述驱动电机的输出端连接所述传动齿轮，所述旋转轴连接所述传动齿轮，所述抹面头固定连接所述旋转轴，所述旋转轴调节所述抹面头使得所述抹面头所在的平面与其接触位置处的管片的切线所在的平面重合。

作为优选的技术方案，所述混凝土缺陷识别装置包括相机定位架、高精度摄像头及处理器，所述相机定位架的一端安装于所述第二横向移动底座上，所述高精度摄像头安装于所述相机定位架的另一端，所述高精度摄像头连接所述处理器，所述处理器连接所述横向移动电机、所述纵向移动电机及所述驱动电机。

作为优选的技术方案，所述混凝土补偿装置包括补偿支撑架、混凝土料仓、混凝土挤出电机，所述补偿支撑架安装于第二横向移动底座上，所述混凝土料仓安装于所述补偿支撑架上，所述混凝土挤出电机的输出端设置于所述混凝土料仓内，所述混凝土料仓上设置有混凝土进料口，所述混凝土料仓的底部设置有混凝土挤出头。

作为优选的技术方案，所述混凝土挤出电机的输出端连接螺旋下料杆，所述螺旋下料杆的端部位于所述混凝土挤出头的上部。

作为优选的技术方案，所述混凝土抹平装置与所述混凝土补偿装置相对设置。

本发明的第二方面，提供一种自动混凝土补偿管片抹面生产工艺，采用上述的自动混凝土补偿管片抹面机器人，包括以下步骤：

步骤一、管片完成初次抹面后，经管片移动流水线输送至自动混凝土补偿管片抹面机器人的下方；

步骤二、横向移动装置移动，混凝土缺陷识别装置对管片表面的缺陷进行采集及记录；

步骤三、混凝土补偿装置运动至凹陷位置，向凹陷位置填充混凝土；

步骤四、将填充混凝土的位置输送至混凝土抹平装置的正下方；

步骤五、横向移动装置移动，对填充混凝土进行抹平，抹平完成后，抹平位置输送至混凝土缺陷识别装置的下方；

步骤六、重复步骤二至步骤五，直至混凝土缺陷识别装置识别到管片表面无缺陷。

作为优选的技术方案，所述步骤二中，混凝土缺陷识别装置中高精度摄像头拍照扫描管片表面，图片传送至处理器，处理器对图片进行灰度转换处理，中值滤波对灰度图像进行处理，计算缺陷区域的灰度特征并进行特征识别，判断空洞类型并标记缺陷处位置。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明相对于传统管片生产线创新研发了一种管片自动抹面机器人，有效降低传统多个人工手工刮平和抹平混凝土面的强度，节省了人工成本。

(2)本发明创新研发了抹面机器人缺陷自动识别和混凝土补偿装置，通过缺陷自动识别、混凝土自动补偿、重复定位抹平等循环操作，有效解决了传统抹面设备混凝土抹平表面质量参差不齐，表面缺陷严重，无法达到表面抹面质量要求等情况。

(3)本发明可有效提高管片抹平的效率，降低人工劳动强度，混凝土缺陷识别装置和混凝土补偿装置可有效提高管片的自动抹面质量，可有效提高抹面机器人混凝土抹面质量的稳定性，为大规模推广应用奠定了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明自动混凝土补偿管片抹面机器人的结构示意图。

图2为本发明横向移动装置及混凝土抹平装置的连接示意图。

图3为本发明横向移动装置、混凝土缺陷识别装置、混凝土补偿装置的连接示意图。

图4为本发明混凝土缺陷识别装置与混凝土补偿装置的结构示意图。

图5为本发明混凝土料仓的结构示意图。

图6为本发明自动混凝土补偿管片抹面生产工艺的流程图。

其中，附图标记具体说明如下：支架1、横向移动装置2、混凝土抹平装置3、混凝土缺陷识别装置4、混凝土补偿装置5、管片移动流水线6、横向移动电机7、横向传动螺杆8、横向传动螺母9、第一横向移动底座10、第二横向移动底座11、纵向移动电机12、纵向传动螺杆13、纵向传动螺母14、纵向移动底座15、驱动电机16、传动齿轮17、旋转轴18、抹面头19、补偿支撑架20、相机定位架21、高精度摄像头22、混凝土挤出电机23、混凝土进料口24、混凝土料仓25、混凝土挤出头26、螺旋下料杆27。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“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发明和简化描述，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发明的限制。

本申请提供一种自动混凝土补偿管片抹面机器人，本申请主要适用于盾构管片自动化生产流水线中管片的自动抹面生产。盾构管片在流水线上生产，待混凝土浇筑工序完成后，盾构管片模具沿流水线移动至管片抹面机器人工位，管片抹面机器人进行管片位置检测，并初始化抹面运行程序，抹面机器人中混凝土抹平装置3移动至初始位置。管片抹面机器人对管片混凝土进行粗抹，采用混凝土抹平装置3反复挤压混凝土表面的方式完成构件混凝土面层的初步抹平。通过混凝土缺陷识别装置4进行混凝土表面蜂窝、麻面、凹陷等缺陷的智能识别，并将数据传输至处理器进出储存，并对混凝土表面位置缺陷处进行标记，采用混凝土补偿装置5进行混凝土补偿，再通过混凝土抹平装置3进行二次精磨。反复进行上述操作，直至管片表面质量满足抹平要求。

具体地，本实施例的自动混凝土补偿管片抹面机器人包括支架1、横向移动装置2、混凝土抹平装置3、混凝土缺陷识别装置4、混凝土补偿装置5，支架1设置于管片移动流水线6的两侧，横向移动装置2设置于支架1之间并位于管片移动流水线6的上方，在一个实施例中，横向移动装置2与支架1之间相互固定，在另一个实施例中，横向移动装置2可以沿着支架1的长度方向在一定范围内做往返运动，从而使得横向移动装置2、混凝土抹平装置3、混凝土缺陷识别装置4相对管片的位置能够在不同方向进行调节。

混凝土抹平装置3、混凝土缺陷识别装置4、混凝土补偿装置5安装于所述横向移动装置2上，混凝土抹平装置3、混凝土缺陷识别装置4、混凝土补偿装置5在横向移动装置2的驱动下在横向移动装置2两侧的所述支架1之间往返运动，混凝土抹平装置3位于横向移动装置2的一侧，所述混凝土缺陷识别装置4、所述混凝土补偿装置5位于所述横向移动装置2的另一侧。混凝土抹平装置3与混凝土补偿装置5相对设置，这样设置的优点是当混凝土补偿装置5向缺陷位置补充混凝土，混凝土抹平可以在最短时间对混凝土进行抹平。

在本实施例中，横向移动装置2包括横向移动电机7、横向传动螺杆8、横向传动螺母9、第一横向移动底座10、第二横向移动底座11，横向移动电机7安装于支架1上，横向传动螺杆8设置于支架1之间，横向传动螺杆8连接横向移动电机7的输出端，横向传动螺母9与横向传动螺杆8螺纹连接，第一横向移动底座10安装于所述横向传动螺母9的一侧，第二横向移动底座11安装于所述横向传动螺母9的另一侧，混凝土抹平装置3安装于第一横向移动底座10上，混凝土缺陷识别装置4、混凝土补偿装置5安装于所述第二横向移动底座11上。通过横向移动电机7带动横向传动螺杆8正转或反转，实现混凝土抹平装置3、混凝土缺陷识别装置4、混凝土补偿装置5在支架1之间的来回移动。

在本实施例中，混凝土抹平装置3包括纵向移动电机12、纵向传动螺杆13、纵向传动螺母14、纵向移动底座15、抹平机构，纵向移动电机12的底座安装于第一横向移动底座10远离第二横向移动底座11的一侧，纵向传动螺杆13连接纵向移动电机12的输出端，纵向传动螺母14与纵向传动螺杆13螺纹连接，纵向移动底座15固定安装于纵向传动螺母14上，抹平机构安装于纵向移动底座15上。通过控制纵向移动电机12的正转与反转，实现纵向传动螺母14和纵向移动底座15的上下移动。

在本实施例中，抹平机构包括旋转支撑架、驱动电机16、传动齿轮17、旋转轴18及抹面头19，旋转支撑架安装于移动底座上，传动齿轮17安装于旋转支撑架上，驱动电机16的输出端连接传动齿轮17，旋转轴18连接传动齿轮17，抹面头19固定连接旋转轴18，旋转轴18调节抹面头19使得抹面头19所在的平面与其接触位置处的管片的切线所在的平面重合，实现抹面头19不同角度的控制，进一步实现管片圆弧复杂曲面的自动抹面。

在本实施例中，混凝土缺陷识别装置4包括相机定位架21、高精度摄像头22及处理器，相机定位架21的一端安装于所述第二横向移动底座11上，高精度摄像头22安装于相机定位架21的另一端，高精度摄像头22连接处理器，处理器连接横向移动电机7、纵向移动电机12及驱动电机16。高精度摄像头22整体在管片构件表面拍照扫描，并传回至控制系统进行图像处理分析，完成对管片表面缺陷检测，通过图像处理后将表面缺陷类型分为孔洞类和凸起类，并标定缺陷位置，将数据传输回处理器的控制模块，控制模块控制混凝土补偿装置5在表面存在孔洞类缺陷位置进行适当混凝土补偿，再进行管片表面整体的再次抹面，提高管片表面质量。

在本实施例中，混凝土补偿装置5包括补偿支撑架20、混凝土料仓25、混凝土挤出电机23，补偿支撑架20安装于第二横向移动底座11上，混凝土料仓25安装于补偿支撑架20上，混凝土挤出电机23的输出端设置于混凝土料仓25内，混凝土料仓25上设置有混凝土进料口24，混凝土料仓25的底部设置有混凝土挤出头26。混凝土挤出电机23的输出端连接螺旋下料杆27，螺旋下料杆27的端部位于混凝土挤出头26的上部。

本实施例提供一种自动混凝土补偿管片抹面生产工艺，采用上述的自动混凝土补偿管片抹面机器人，包括以下步骤：

步骤一、管片完成初次抹面后，经管片移动流水线6输送至自动混凝土补偿管片抹面机器人的下方。

步骤二、横向移动装置2移动，混凝土缺陷识别装置4对管片表面进行拍照扫描，并回传至处理器进行图像处理分析，对缺陷进行采集及记录。具体为：混凝土缺陷识别装置4中高精度摄像头22拍照扫描管片表面，图片传送至处理器，处理器对图片进行灰度转换处理，中值滤波对灰度图像进行处理，计算缺陷区域的灰度特征并进行特征识别，判断空洞类型并标记缺陷处位置。

步骤三、混凝土补偿装置5运动至凹陷位置，向凹陷位置填充混凝土。

步骤四、将填充混凝土的位置输送至混凝土抹平装置3的正下方。

步骤五、横向移动装置2移动，对填充混凝土进行抹平，抹平完成后，抹平位置输送至混凝土缺陷识别装置4的下方。

步骤六、重复步骤二至步骤五，直至混凝土缺陷识别装置4识别到管片表面无缺陷。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (8)

1.一种自动混凝土补偿管片抹面机器人，其特征在于，包括支架、横向移动装置、混凝土抹平装置、混凝土缺陷识别装置、混凝土补偿装置，所述支架设置于管片移动流水线的两侧，所述横向移动装置设置于所述支架之间位于所述管片移动流水线的上方，所述混凝土抹平装置、所述混凝土缺陷识别装置、所述混凝土补偿装置安装于所述横向移动装置上，所述混凝土抹平装置、所述混凝土缺陷识别装置、所述混凝土补偿装置在所述横向移动装置的驱动下在所述横向移动装置两侧的所述支架之间往返运动，所述混凝土抹平装置位于所述横向移动装置的一侧，所述混凝土缺陷识别装置、所述混凝土补偿装置位于所述横向移动装置的另一侧，所述混凝土抹平装置与所述混凝土补偿装置相对设置；

所述横向移动装置包括横向移动电机、横向传动螺杆、横向传动螺母、第一横向移动底座、第二横向移动底座，所述横向移动电机安装于所述支架上，所述横向传动螺杆设置于所述支架之间，所述横向传动螺杆连接所述横向移动电机的输出端，所述横向传动螺母与所述横向传动螺杆螺纹连接，所述第一横向移动底座安装于所述横向传动螺母的一侧，所述第二横向移动底座安装于所述横向传动螺母的另一侧，所述混凝土抹平装置安装于所述第一横向移动底座上，所述混凝土缺陷识别装置、所述混凝土补偿装置安装于所述第二横向移动底座上。

2.如权利要求1所述的一种自动混凝土补偿管片抹面机器人，其特征在于，所述混凝土抹平装置包括纵向移动电机、纵向传动螺杆、纵向传动螺母、纵向移动底座、抹平机构，所述纵向移动电机的底座安装于所述第一横向移动底座远离所述第二横向移动底座的一侧，所述纵向传动螺杆连接所述纵向移动电机的输出端，所述纵向传动螺母与所述纵向传动螺杆螺纹连接，所述纵向移动底座固定安装于所述纵向传动螺母上，所述抹平机构安装于所述纵向移动底座上。

3.如权利要求2所述的一种自动混凝土补偿管片抹面机器人，其特征在于，所述抹平机构包括旋转支撑架、驱动电机、传动齿轮、旋转轴及抹面头，所述旋转支撑架安装于所述移动底座上，所述传动齿轮安装于旋转支撑架上，所述驱动电机的输出端连接所述传动齿轮，所述旋转轴连接所述传动齿轮，所述抹面头固定连接所述旋转轴，所述旋转轴调节所述抹面头使得所述抹面头所在的平面与其接触位置处的管片的切线所在的平面重合。

4.如权利要求3所述的一种自动混凝土补偿管片抹面机器人，其特征在于，所述混凝土缺陷识别装置包括相机定位架、高精度摄像头及处理器，所述相机定位架的一端安装于所述第二横向移动底座上，所述高精度摄像头安装于所述相机定位架的另一端，所述高精度摄像头连接所述处理器，所述处理器连接所述横向移动电机、所述纵向移动电机及所述驱动电机。

5.如权利要求1所述的一种自动混凝土补偿管片抹面机器人，其特征在于，所述混凝土补偿装置包括补偿支撑架、混凝土料仓、混凝土挤出电机，所述补偿支撑架安装于第二横向移动底座上，所述混凝土料仓安装于所述补偿支撑架上，所述混凝土挤出电机的输出端设置于所述混凝土料仓内，所述混凝土料仓上设置有混凝土进料口，所述混凝土料仓的底部设置有混凝土挤出头。

6.如权利要求5所述的一种自动混凝土补偿管片抹面机器人，其特征在于，所述混凝土挤出电机的输出端连接螺旋下料杆，所述螺旋下料杆的端部位于所述混凝土挤出头的上部。

7.一种自动混凝土补偿管片抹面生产工艺，采用权利要求1-6任一项所述的自动混凝土补偿管片抹面机器人，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、管片完成初次抹面后，经管片移动流水线输送至自动混凝土补偿管片抹面机器人的下方；

步骤二、横向移动装置移动，混凝土缺陷识别装置对管片表面的缺陷进行采集及记录；

步骤三、混凝土补偿装置运动至凹陷位置，向凹陷位置填充混凝土；

步骤四、将填充混凝土的位置输送至混凝土抹平装置的正下方；

步骤五、横向移动装置移动，对填充混凝土进行抹平，抹平完成后，抹平位置输送至混凝土缺陷识别装置的下方；

步骤六、重复步骤二至步骤五，直至混凝土缺陷识别装置识别到管片表面无缺陷。

8.如权利要求7所述的一种自动混凝土补偿管片抹面生产工艺，其特征在于，所述步骤二中，混凝土缺陷识别装置中高精度摄像头拍照扫描管片表面，图片传送至处理器，处理器对图片进行灰度转换处理，中值滤波对灰度图像进行处理，计算缺陷区域的灰度特征并进行特征识别，判断空洞类型并标记缺陷处位置。