CN114310539A - 一种棒材倒棱机器人系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种棒材倒棱机器人系统及方法，采用棒材不动、磨削/切削工具旋转的方式进行倒棱，包括机器人本体、控制系统、位置传感器、固定架、驱动电机、磨削/切削头以及工业相机。首先，位置传感器获得棒材两端与基准位置的偏差值，然后，工业相机获得棒材端面与竖直平面的偏斜角，最后，控制系统处理上述数据并控制末端执行器姿态以及运动距离，实现棒材端面倒棱目的。本发明能保证对棒材两端面同步全圆周均匀倒棱，降低对来料棒材弯曲度和端面切斜度的依赖性，且同一套磨削/切削头可实现不同直径、相同角度的棒材倒棱操作，省时省力，提高了工作效率和倒棱质量。

Description

一种棒材倒棱机器人系统及方法

技术领域

本发明属于棒材加工领域，具体涉及一种棒材倒棱机器人系统及方法。

背景技术

棒材在经过轧制、锯切或剪切以后，其两端难免会出现飞边、锐棱以及剪切马蹄形等缺陷，这些飞边、锐棱可能会损坏探伤工序中设备的探头，同时，清除飞边、锐棱也有助于提高棒材的外观、质量以及使用价值，因此，必须要将棒材端部飞边、锐棱等缺陷去掉。

现有棒材倒棱方法采用的多是棒材轴向移动+棒材旋转+砂轮旋转的方式，即棒材搁在带有螺旋槽或凸起螺纹的输送辊道上，随着螺旋输送辊道的旋转，棒材做轴向移动及旋转，待棒材到达一定位置，砂轮对棒材端面棱角进行磨削。但该方式仍存在诸多不足：1）由于螺旋槽或螺纹的长度不可变，不同直径棒材在辊上旋转的圈数不同，大直径棒材旋转圈数少，倒棱量不足；小直径棒材旋转圈数多，倒棱量较多。2）棒材可能因其表面与螺旋输送辊道的摩擦力不足而不能正常旋转，导致端面圆周棱角不能被磨削。3）一次作业只能完成棒材的一端倒棱，棒材需要两端倒棱时，必须重新调整棒材的位置，将棒材另一端与倒棱机接触，操作不方便，费时费力，降低了工作效率。4）倒棱效果对来料棒材的弯曲度和端面切斜度依赖较大，来料状况好，倒棱质量好；来料状况差，则倒棱质量差。

发明内容

本发明专利的目的在于克服上述不足，提供一种棒材不动、磨削工具旋转的棒材倒棱机器人系统及方法，具有倒棱速度快、生产效率高、倒棱质量稳定等特点。

为了解决上述技术问题，本发明专利是这样实现的：

一种棒材倒棱机器人系统及方法，包括末端执行器、机器人本体、控制系统以及位置传感器，如图1所示。所述末端执行器包括固定架、驱动电机、磨削头和工业相机，所述固定架通过螺栓与机器人本体末端联接，所述驱动电机通过螺栓与固定架联接，所述工业相机通过专用夹具与固定架联接，所述机器人本体为六自由度机器人。

更进一步的，所述棒材位置传感器设置在棒材左右两端正下方，与倒棱支架固连在一起，用来检测每根待倒棱棒材左右端面的位置，检测范围为距离基准位置±100mm，其精度要求为0.1mm ~0.3mm，如图2所示。

更进一步的，所述磨削头呈喇叭口形状，包括支撑架、砂块，如图3所示；所述砂块通过螺钉紧固在支撑架上，砂块可以被带有切削刃口的耐磨刀具替代；所述磨削头通过法兰与驱动电机联接，倒棱方式为磨削倒棱或切削倒棱；所述支撑架的倾斜角度α由倒棱要求确定，一般为45°。

一种棒材倒棱机器人系统及方法，包括下列步骤：

S1、通过控制系统界面输入来料棒材的直径，使得来料棒材直径发生变动后，工业相机的姿态能自动调整到位，以保证工业相机镜头中心与棒材圆心在一条直线上，如图4所示，工业相机姿态调整量由以下公式确定：

式中，o _i 为第i批次棒材的截面圆心，r _i 为第i批次棒材的半径；o _j 为第j批次棒材的截面圆心，r _j 为第j批次棒材的半径。

S2、输送辊道（未画出）将待倒棱棒材送至倒棱工位，拨料机构（未画出）与送料机构（未画出）将棒材送至倒棱支架上，位置传感器获得棒材左右两端与基准位置的偏差值D _L、D _R，如图2所示。

S3、固定于末端执行器上的工业相机对待倒棱棒材端面进行视觉识别，根据特定的数据处理模块，获取待倒棱棒材左右两端面与竖直平面（o-yz面）的偏斜角度θ _L、θ _R；如图5所示，倾斜角度θ由以下公式确定：

式中，cd为工业相机拍摄棒材截面形状（椭圆）的短轴长度；ab为工业相机拍摄棒材截面形状（椭圆）的长轴长度。

S4、机器人控制系统根据所得倾斜角度θ数据，分别调整棒材左右两端的末端执行器姿态，使其磨削头正对待倒棱棒材端面，同时启动电机。

S5、机器人控制系统根据第j批次棒材左右两端磨削头到基准位置的距离S _jL、S _jR，偏差值D _L、D _R以及倒棱深度B _j ，获得末端执行器磨削头的运动距离A _jL、A _jR，并控制其运动；此处用待倒棱棒材右端磨削头运动距离A _jR说明磨削头运动距离A _j 的计算方法，如图6所示：

式中，B _j 为第j批次棒材的倒棱深度；D _R为第j批次棒材右端与基准位置的偏差值；S _iR为第i批次棒材右端倒棱磨削头到基准位置的距离，r _i 为第i批次棒材的半径，r _j 为第j批次棒材的半径，α为磨削头支撑架的倾斜角度，由倒棱技术要求确定，一般为45°。

S6、待棒材左右两端的末端执行器都运动到指定位置后，末端执行器返回初始位置，倒棱工序结束。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明采用棒材不动、磨削工具旋转的方式倒棱，送料机构简单，能保证棒材端面全圆周均匀倒棱，可同时对棒材两端进行倒棱操作，无需重新调整棒材位置，操作方便，省时省力，提高了工作效率。本发明能够满足棒材歪斜端面的倒棱要求，降低对来料棒材弯曲度和端面切斜度的依赖性，提升了倒棱质量；此外，本发明同一套磨削头可对不同直径、相同角度的棒材进行倒棱操作。

附图说明

附图1为棒材倒棱机器人系统组成示意图。

附图2为棒材倒棱前的位置示意图。

附图3为棒材倒棱磨削头示意图。

附图4为不同直径棒材倒棱前的端面在o-yz面上位置图。

附图5为棒材歪斜端面在竖直平面（o-yz面）的投影图。

附图6为不同直径棒材倒棱时端面在o-xz面上的位置图。

附图中：10、棒材 20、末端执行器 30、机器人本体 40、控制系统 50、位置传感器60、倒棱支架 21、固定架 22、驱动电机 23、磨削头 24、工业相机25、螺栓 231、支撑架232、砂块

233、螺钉。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、特征和优点能够更清楚表达，下面结合附图对本发明专利的具体实施方式做详细说明。

如图1所示，一种棒材倒棱机器人系统及方法，包括末端执行器20、机器人本体30、控制系统40以及位置传感器50。所述末端执行器20包括固定架21、驱动电机22、磨削头23和工业相机24，所述固定架21通过螺栓25与机器人本体30末端联接，所述驱动电机22通过螺栓25与固定架21联接，所述工业相机24通过专用夹具与固定架21联接，所述机器人本体30为六自由度机器人。

如图2所示，所述棒材位置传感器50设置在棒材10左右两端正下方，与倒棱支架60固连在一起，用来检测每根待倒棱棒材10的端面位置，检测范围为距离基准位置±100mm，其精度要求为0.1mm~0.3mm。

如图3所示，所述磨削头23呈喇叭口形状，包括支撑架231、砂块232；所述砂块232通过螺钉233紧固在支撑架231上，砂块232可以为带有切削刃口的耐磨刀具；所述磨削头23通过法兰与驱动电机22联接，可实现磨削倒棱或切削倒棱；所述支撑架231的倾斜角度α由倒棱要求确定，一般为45°。

一种棒材倒棱机器人系统及方法，包括下列步骤：

S1、通过控制系统40界面输入来料棒材10的直径，使得来料棒材10直径发生变动后，工业相机24的姿态能自动调整到位，以保证工业相机24镜头中心与棒材10圆心在一条直线上，如图4所示。工业相机24姿态调整量由以下公式确定：

式中，o _i 为第i批次棒材10的截面圆心，r _i 为第i批次棒材10的半径；o _j 为第j批次棒材10的截面圆心，r _j 为第j批次棒材10的半径。

S2、输送辊道（未画出）将待倒棱棒材10送至倒棱工位，拨料机构（未画出）与送料机构（未画出）将棒材10送至倒棱支架60上，位置传感器50获得棒材10左右两端与基准位置的偏差值D _L、D _R。

S3、固定于末端执行器20上的的工业相机24对棒材10端面进行视觉识别，根据特定的数据处理模块，获取棒材10左右两端面与竖直平面（o-yz面）的偏斜角度θ _L、θ _R；如图5所示，倾斜角度θ由以下公式确定：

式中，cd为工业相机24拍摄棒材10端面形状（椭圆）的短轴长度；ab为工业相机24拍摄棒材10端面形状（椭圆）的长轴长度。

S4、机器人控制系统40根据所得倾斜角度θ数据，分别调整棒材10左右两端的末端执行器20姿态，使其磨削头23正对棒材10端面，同时启动电机；

S5、机器人控制系统40根据第j批次棒材10左右两端磨削头23到基准位置的距离S _jL、S _jR，偏差值D _L、D _R以及倒棱深度B _j ，获得末端执行器20上磨削头23的运动距离A _jL、A _jR，并控制其运动；此处用待倒棱棒材10右端磨削头23运动距离A _jR说明磨削头23运动距离A _j 的计算方法，如图6所示：

式中，B _j 为第j批次棒材10的倒棱深度；D _R为第j批次棒材10右端与基准位置的偏差值；S _iR为第i批次棒材10右端倒棱磨削头23到基准位置的距离，r _i 为第i批次棒材10的半径，r _j 为第j批次棒材10的半径，α为磨削头支撑架231的倾斜角度，由倒棱技术要求确定，一般为45°。

S6、待棒材10左右两端的末端执行器20都运动到指定位置后，末端执行器20返回初始位置，倒棱工序结束。

需要进一步说明的是，以上所述，仅是本发明的实例而已，不是对本发明作任何限制。任何熟悉本领域的技术人员，可以根据上述原理和结构，对本发明进行修改产生等效实例；因此，任何未脱离本发明所采用的原理和技术方案的结构，均属于本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种棒材倒棱机器人系统及方法，其特征在于：包括末端执行器（20）、机器人本体（30）、控制系统（40）以及位置传感器（50）；所述末端执行器（20）包括固定架（21）、驱动电机（22）、磨削头（23）和工业相机（24）；所述固定架（21）通过螺栓（25）与机器人本体（30）末端联接；所述驱动电机（22）通过螺栓与固定架（21）联接；所述磨削头（23）呈喇叭口形状，包括支撑架（231）、砂块（232），所述砂块（232）通过螺钉（233）紧固在支撑架（231）上，所述磨削头（23）通过法兰与驱动电机（22）联接，所述支撑架（231）的倾斜角度α由倒棱要求确定，一般为45°；所述工业相机（24）通过专用夹具与固定架（21）联接；所述机器人本体（30）为六自由度机器人；所述棒材位置传感器（50）设置在棒材（10）正下方，与倒棱支架（60）固连在一起，检测每根待倒棱棒材（10）的端面位置。

2.一种棒材倒棱机器人系统及方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、通过控制系统（40）界面输入来料棒材（10）的直径，使得来料棒材（10）直径发生变动后，工业相机（24）的姿态能自动调整到位，以保证工业相机（24）镜头中心与棒材（10）圆心在一条直线上，工业相机（24）姿态调整量由以下公式确定：

式中，o _i 为第i批次棒材（10）的截面圆心，r _i 为第i批次棒材（10）的半径；o _j 为第j批次棒材（10）的截面圆心，r _j 为第j批次棒材（10）的半径；

S2、输送辊道（未画出）将待倒棱棒材（10）送至倒棱工位，拨料机构（未画出）与送料机构（未画出）将棒材（10）送至倒棱支架（60）上，位置传感器（50）获得棒材（10）两端与基准位置的偏差值D _L、D _R；

S3、固定于末端执行器（20）上的工业相机（24）对棒材（10）端面进行视觉识别，根据特定的数据处理模块，获取棒材（10）左右两端面与竖直平面（o-yz面）的偏斜角度θ _L、θ _R，倾斜角度θ由以下公式确定：

式中，cd为工业相机（24）拍摄棒材（10）端面形状（椭圆）的短轴长度；ab为工业相机（24）拍摄棒材（10）端面形状（椭圆）的长轴长度；

S4、机器人控制系统（40）根据所得倾斜角度θ数据，分别调整棒材（10）左右两端的末端执行器（20）姿态，使其磨削头（23）正对棒材（10）端面，同时启动电机；

S5、机器人控制系统（40）根据第j批次棒材（10）左右两端磨削头（23）到基准位置的距离S _jL、S _jR，偏差值D _L、D _R以及倒棱深度B _j ，获得末端执行器（20）上磨削头（23）的运动距离A _jL、A _jR，并控制其运动，磨削头（23）运动距离A _j 由以下公式确定（用待倒棱棒材（10）右端磨削头（23）的运动距离A _jR来说明）：

式中，B _j 为第j批次棒材（10）的倒棱深度；D _R为第j批次棒材（10）右端与基准位置的偏差值；S _iR为第i批次棒材（10）右端倒棱磨削头（23）到基准位置的距离，r _i 为第i批次棒材（10）的半径，r _j 为第j批次棒材（10）的半径，α为磨削头支撑架（231）的倾斜角度，由倒棱技术要求确定，一般为45°；

S6、待棒材（10）左右两端的末端执行器（20）都运动到指定位置后，末端执行器（20）返回初始位置，倒棱工序结束。

3.根据权利要求1所述的一种棒材倒棱机器人系统及方法，其特征在于：所述砂块（232）可以被带有切削刃口的耐磨刀具所替代，倒棱方式由磨削倒棱切换为切削倒棱。

4.根据权利要求1所述的一种棒材倒棱机器人系统及方法，其特征在于：所述位置传感器（50）的检测范围为距离基准位置±100mm，精度要求为0.1mm~0.3mm。

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