CN116713898A - 用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，包括夹持机构、深度相机、角度调整机构、三自由度导轨机构，深度相机安装在夹持机构的前端，夹持机构固定在角度调整机构的托板上，角度调整机构安装在由三自由度导轨机构组成的工作台上，夹持机构包含气动三爪卡盘机构、橡胶垫、薄片压力传感器、电磁铁装置、定位夹，薄片压力传感器粘贴在橡胶垫与卡盘爪齿接触的表面上，橡胶垫固定在三爪卡盘的卡爪上，电磁铁装置安装在定位夹中心圆孔处，定位夹安装在三爪卡盘上。该智能夹持装置在深度相机、薄片压力传感器以及角度传感器辅助下可以实现抛光工件的智能且高精度的夹持，有效提高工件的夹持精度，降低装夹误差。
Description
技术领域
本发明涉及一种工件智能夹持装置，尤其是涉及一种用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置。
背景技术
卧式气囊抛光机床作为抛光机床的一种，是针对圆柱形工件内外圆回转面设计的专用抛光机床，在抛光过程中，卧式气囊抛光机床的抛光头与工件接触并跟随主轴进行高速旋转运动，在抛光液的作用下达到抛光工件表面的目的。
随着机械工业的快速发展以及机械制造技术的日渐成熟，对材料的加工精度要求越来越高，而较高的加工精度就需要保证工件在加工过程中的夹持稳定性以及夹持精度。夹持装置已经被广泛运用于各类机械加工设备，在保证夹持精度的同时，不仅可以提高夹持的稳定性，而且能有效降低装夹误差。目前，针对卧式气囊抛光机床工件的夹持装置依旧采用的是手动且固定的夹持装置，这不仅影响抛光效率，也难以避免在换刀过程中引入装夹误差，从而降低加工结果的一致性。针对当前技术问题，设计一种能够实现卧式气囊抛光机床的多自由度智能夹持装置具有较大的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于实现卧式气囊抛光机床的多自由度智能夹持，提供一种用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，包括夹持机构、深度相机、角度调整机构、三自由度导轨机构，所述的深度相机安装在夹持机构的前端，所述的夹持机构固定在角度调整机构的托板上，所述的角度调整机构安装在由三自由度导轨机构组成的工作台上，所述的夹持机构包含气动三爪卡盘机构、橡胶垫、薄片压力传感器、电磁铁装置、定位夹，所述的薄片压力传感器粘贴在橡胶垫与卡盘爪齿接触的表面上，所述的橡胶垫固定在三爪卡盘的卡爪上，所述的电磁铁装置安装在定位夹中心圆孔处，所述的定位夹安装在三爪卡盘上。
进一步，所述的角度调整机构包含丝杠导轨机构、连杆、旋转托板、角度传感器，所述的丝杠导轨机构固定在三自由度导轨机构上，通过丝杠导轨机构上滑块的移动，为角度的调整提供动力，所述连杆用于连接丝杠导轨机构的滑块与旋转托板，所述旋转托板通过旋转轴连接于丝杠导轨机构，所述的角度传感器安装在旋转轴上，精准监测角度的变化。
进一步，所述的角度传感器实时监测角度的变化，并向外部控制系统实时反馈，外部控制系统根据反馈信息进行调整旋转托板倾斜角度，实现高精度的角度调整。
进一步，所述的深度相机用于精准识别待夹持工件的形状特征以及空间三维坐标，并向外部控制系统传输信号，进行夹持机构位置的调整，控制夹持机构智能且高精度的夹持工件。
进一步，所述的薄片压力传感器实时监测工件所受夹持力的大小，并向外部控制系统实时反馈。
进一步，所述的电磁铁装置能将工件吸附在三爪卡盘上的定位夹上，便于三爪机构夹持工件，有效降低装夹误差。
进一步，所述的定位夹能使工件与卡盘面保持平行位置关系，有效降低装夹误差，并且所述的定位夹能根据工件与三爪卡盘的距离的需要，进行调整定位夹伸出的长度，便于圆柱形气囊抛光头对工件内孔表面全面抛光。
进一步，所述的五自由度工件智能夹持装置具有5个自由度，能根据不同工件的抛光要求以及不同气囊抛光头的需要，调整夹持装置的位置以及工件抛光面与气囊抛光轴之间的夹角，使该夹持装置更具有灵活性，并且能扩大该夹持装置的适用范围。
一种采用用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置的抛光方法，首先，由深度相机对待夹持工件进行特征识别与空间位置识别，并将识别信息传输到外部控制系统，外部控制系统根据识别的信息进行三爪卡盘的三爪位置的调整，并控制该夹持机构向工件靠近，同时，深度相机将实时识别工件的空间坐标，及时的修正工作台运动路径，实现高精度的夹取，当深度相机识别到与待夹持工件位置较近时，将放慢工作台的运动速度，在即将接触时，电磁铁装置开始工作，吸附工件在卡盘上的定位夹上，定位夹使工件与卡盘面保持平行位置关系，并且根据工件与三爪卡盘的距离的需要，进行调整定位夹伸出的长度，之后，气动三爪卡盘开始工作，夹持工件，橡胶垫将为工件夹持提供缓冲区间，避免工件受力变形或破损，粘贴在橡胶垫下面的薄片压力传感器将实时向外部控制系统反馈夹持力大小，实时调整气动夹具施加的压力，有效避免工件变形等问题，工件被夹持后，深度相机将进一步识别气囊抛光头所在的位置，外部控制系统将根据空间三维坐标控制夹持装置向抛光头靠近，此时，角度调整机构根据提前设置的抛光角度，进行调整夹持机构的倾斜角度，角度传感器将实时向外部控制系统反馈角度变化，实现高精度角度调整，之后，抛光头与工件接触，开始加工。
与现有技术比较，本发明具有如下有益效果：
本发明采用深度相机，可实现精确识别待夹持工件的形状特征以及空间三维坐标，并向外部控制系统传输信号，进行三爪卡盘的三爪位置的调整，控制夹持机构智能夹持工件。本发明在三爪卡盘的三个卡爪上安装橡胶垫，该橡胶垫将为工件夹持提供缓冲区间，避免脆性或薄壁工件受挤压而变形，并且可有效的增大工件与夹持机构之间的摩擦力。本发明在橡胶垫与卡爪接触的面上粘贴薄片压力传感器，实时监测工件所受夹持力的大小，并向外部控制系统实时反馈。本发明在角度调整机构的旋转轴位置安装有角度传感器，实时监测角度的变化，并向外部控制系统实时反馈，外部控制系统根据反馈信息进行调整旋转托板倾斜角度，实现高精度的角度调整。本发明在定位夹的中心圆孔处安装有电磁铁装置，该电磁铁装置能将工件吸附在三爪卡盘上的定位夹上面，方便三爪机构夹持工件，有效降低装夹误差。本发明在三爪卡盘的表面安装定位夹，所述的定位夹能使工件与卡盘面保持平行位置关系，有效降低装夹误差，并且所述的定位夹根据工件与三爪卡盘的距离的需要，进行调整定位夹的高度，控制好工件与三爪卡盘的距离，便于圆柱形气囊抛光头对工件内孔表面全面抛光。本发明夹持装置具有5个自由度，能够根据不同工件的抛光要求以及不同气囊抛光头的需要，调整夹持装置位置以及工件抛光面与气囊抛光轴之间的夹角，使该夹持装置更具有灵活性，并且扩大该夹持装置的适用范围。
附图说明
图1为本发明实施例的整体的结构示意图；
图2为本发明实施例的夹持机构和角度调整机构的结构示意图；
图3为本发明实施例的夹持机构结构示意图；
图中：1-三自由度导轨机构；2-深度相机；3-夹持机构，3-1-气动三爪卡盘，3-2-薄片压力传感器，3-3-橡胶垫，3-4-电磁铁装置，3-5-定位夹；4-角度调整机构，4-1-角度传感器，4-2-丝杠导轨机构，4-3-连杆，4-4-旋转托板。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
如图1至图3所示，实施例，本发明的用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，主要由三自由度导轨机构1、深度相机2、夹持机构3、角度调整机构4组成。深度相机2固定在夹持机构3的前部位置，角度调整机构4固定在三自由度导轨机构1上，夹持机构3固定在角度调整机构4的旋转托板4-4上，三自由度导轨机构1、深度相机2、夹持机构3与角度调整机构4构成了用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置。
图2为夹持机构和角度调整机构的结构示意图。夹角调整机构4包含角度传感器4-1、丝杠导轨机构4-2、连杆4-3、旋转托板4-4。角度调整机构4通过丝杠导轨机构4-1的底板固定在三自由度导轨机构1上，连杆4-3连接丝杠导轨机构4的滑块与旋转托板4-4，旋转托板4-4的另一端通过旋转轴连接于丝杠导轨机构4-2上，构成了四杆机构，角度传感器4-1连接于旋转轴上，实时监测角度变化。通过丝杠导轨机构4-2上的滑块的移动可实现旋转托板倾斜角度的调整，从而实现夹持机构的角度的调整。
图3为本发明实施例的夹持机构结构示意图。夹持机构3由气动三爪卡盘机构3-1、薄片压力传感器3-2、橡胶垫3-3、电磁铁装置3-4、定位夹3-5组成。气动三爪卡盘机构3-1固定在角度调整机构4的旋转托板4-4上，薄片压力传感器3-2粘贴在启动三爪卡盘机构3-1的爪齿上，橡胶垫3-3固定在启动三爪卡盘机构3-1的爪齿上，定位夹3-5安装在三爪卡盘上，可通过卡盘中间气动装置实现伸缩功能，该定位夹3-5可提高工件的装夹精度，在定位夹3-5中心圆孔部位安装一个圆柱形电磁铁装置3-4，该电磁铁装置3-4能够实现固定工件在定位夹3-5上。该电磁铁装置3-4将工件固定在定位夹3-5上，气动三爪卡盘将进一步夹持工件。
在夹持机构3前端安装深度相机2，可实现精确识别待夹持工件的形状特征以及空间三维坐标，并向外部控制系统传输信号，进行三爪卡盘的三爪位置的调整，控制夹持机构智能夹持工件；在三爪卡盘的三个卡爪上安装橡胶垫3-3，该橡胶垫3-3将为工件夹持提供缓冲区间，避免脆性或薄壁工件受挤压而变形，并且能有效的增大工件与夹持机构之间的摩擦力；在橡胶垫3-3与卡爪接触的面上粘贴薄片压力传感器3-2，实时监测工件所受夹持力的大小，并向外部控制系统实时反馈；在角度调整机构4的旋转轴位置安装有角度传感器4-1，实时监测角度的变化，并向外部控制系统实时反馈，外部控制系统根据反馈信息进行调整旋转托板4-4倾斜角度，实现角度的高精度调整；在定位夹3-5的中心圆孔安装有电磁铁装置3-4，该电磁铁装置3-4能将工件吸附在三爪卡盘上的定位夹3-5上面，方便三爪机构夹持工件，有效降低装夹误差；在三爪卡盘上安装定位夹3-5，该定位夹3-5能使工件与卡盘面保持平行位置关系，有效降低装夹误差，并且该定位夹3-5根据工件与三爪卡盘的距离的需要，进行调整定位夹3-5的高度，控制好工件与三爪卡盘的距离，便于圆柱形气囊抛光头对工件内孔表面全面抛光；该装置具有5个自由度，能够根据不同工件的抛光要求以及不同气囊抛光头的需要，调整夹持装置位置以及工件抛光面与气囊抛光轴之间的夹角，使该夹持装置更具有灵活性，并且扩大该夹持装置的适用范围。
该装置工作时，首先，由深度相机2对待夹持工件进行特征识别与空间位置识别，并将识别信息传输到外部控制系统，外部控制系统根据识别的信号进行气动三爪卡盘3-1的三爪位置的调整，并控制该夹持机构3向工件靠近，同时，深度相机2将实时地识别工件的空间坐标，及时的修正工作台运动路径，实现高精度的夹取，当深度相机2识别到与待夹持工件位置较近时，将放慢工作台的运动速度，在即将接触时，电磁铁装置3-4开始工作，吸附工件固定在卡盘上的定位夹3-5上，定位夹3-5使工件与卡盘面保持平行位置关系，并且根据工件与三爪卡盘的距离的需要，进行调整定位夹3-5的高度，控制好工件与三爪卡盘的距离，之后，气动三爪卡盘3-1开始工作，夹持工件，橡胶垫3-3将为工件夹持提供缓冲区间，避免工件受力变形或破损，粘贴在橡胶垫下面的薄片压力传感器3-2将实时向外部控制系统反馈夹持力大小，实时调整气动夹具施加的压力，有效避免工件变形等问题，夹持工件之后，深度相机2将进一步识别气囊抛光头所在的位置，外部控制系统将根据空间三维坐标使工件向抛光头靠近，此时，角度调整机构4根据提前设置的抛光角度，进行调整夹持机构3的倾斜角度，角度传感器4-1将实时向外部控制系统反馈角度变化，精确调整角度，抛光头与工件接触，开始加工。
Claims (9)
1.一种用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，其特征在于：包括夹持机构、深度相机、角度调整机构、三自由度导轨机构，所述的深度相机安装在夹持机构的前端，所述的夹持机构固定在角度调整机构的托板上，所述的角度调整机构安装在由三自由度导轨机构组成的工作台上，所述的夹持机构包含气动三爪卡盘机构、橡胶垫、薄片压力传感器、电磁铁装置、定位夹，所述的薄片压力传感器粘贴在橡胶垫与卡盘爪齿接触的表面上，所述的橡胶垫固定在三爪卡盘的卡爪上，所述的电磁铁装置安装在定位夹中心圆孔处，所述的定位夹安装在三爪卡盘上。
2.根据权利要求1所述的用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，其特征在于：所述的角度调整机构包含丝杠导轨机构、连杆、旋转托板、角度传感器，所述的丝杠导轨机构固定在三自由度导轨机构上，通过丝杠导轨机构上滑块的移动，为角度的调整提供动力，所述连杆用于连接丝杠导轨机构的滑块与旋转托板，所述旋转托板通过旋转轴连接于丝杠导轨机构，所述的角度传感器安装在旋转轴上，精准监测角度的变化。
3.根据权利要求2所述的用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，其特征在于：所述的角度传感器实时监测角度的变化，并向外部控制系统实时反馈，外部控制系统根据反馈信息进行调整旋转托板倾斜角度，实现高精度的角度调整。
4.根据权利要求1所述的用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，其特征在于：所述的深度相机用于精准识别待夹持工件的形状特征以及空间三维坐标，并向外部控制系统传输信号，进行夹持机构位置的调整，控制夹持机构智能且高精度的夹持工件。
5.根据权利要求1所述的用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，其特征在于：所述的薄片压力传感器实时监测工件所受夹持力的大小，并向外部控制系统实时反馈。
6.根据权利要求1所述的用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，其特征在于：所述的电磁铁装置能将工件吸附在三爪卡盘上的定位夹上，便于三爪机构夹持工件，有效降低装夹误差。
7.根据权利要求1所述的用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，其特征在于：所述的定位夹能使工件与卡盘面保持平行位置关系，有效降低装夹误差，并且所述的定位夹能根据工件与三爪卡盘的距离的需要，进行调整定位夹伸出的长度，便于圆柱形气囊抛光头对工件内孔表面全面抛光。
8.根据权利要求1所述的用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置，其特征在于：所述的五自由度工件智能夹持装置具有5个自由度，能根据不同工件的抛光要求以及不同气囊抛光头的需要，调整夹持装置的位置以及工件抛光面与气囊抛光轴之间的夹角，使该夹持装置更具有灵活性，并且能扩大该夹持装置的适用范围。
9.一种采用权利要求1-8任一所述的用于卧式气囊抛光机床的五自由度工件智能夹持装置的抛光方法，其特征在于：首先，由深度相机对待夹持工件进行特征识别与空间位置识别，并将识别信息传输到外部控制系统，外部控制系统根据识别的信息进行三爪卡盘的三爪位置的调整，并控制该夹持机构向工件靠近，同时，深度相机将实时识别工件的空间坐标，及时的修正工作台运动路径，实现高精度的夹取，当深度相机识别到与待夹持工件位置较近时，将放慢工作台的运动速度，在即将接触时，电磁铁装置开始工作，吸附工件在卡盘上的定位夹上，定位夹使工件与卡盘面保持平行位置关系，并且根据工件与三爪卡盘的距离的需要，进行调整定位夹伸出的长度，之后，气动三爪卡盘开始工作，夹持工件，橡胶垫将为工件夹持提供缓冲区间，避免工件受力变形或破损，粘贴在橡胶垫下面的薄片压力传感器将实时向外部控制系统反馈夹持力大小，实时调整气动夹具施加的压力，有效避免工件变形等问题，工件被夹持后，深度相机将进一步识别气囊抛光头所在的位置，外部控制系统将根据空间三维坐标控制夹持装置向抛光头靠近，此时，角度调整机构根据提前设置的抛光角度，进行调整夹持机构的倾斜角度，角度传感器将实时向外部控制系统反馈角度变化，实现高精度角度调整，之后，抛光头与工件接触，开始加工。
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