CN116810537A - 一种夹持式风电叶片飞边打磨系统和打磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种夹持式风电叶片飞边打磨系统和打磨方法，打磨系统包括升降装置和控制装置；升降装置上设有检测装置和吸附装置；检测装置用于确定风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息；吸附装置用于水平吸附于风电叶片；控制装置用于根据风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息控制打磨装置进行飞边打磨。通过检测装置确定风电叶片飞边位置信息并发送到控制装置，然后通过吸附装置水平吸附于风电叶片，为打磨系统的水平方向提供固定基础。控制装置根据风电叶片飞边位置信息，将打磨装置移动至飞边一侧进行飞边打磨。在打磨工作过程中始终保持稳定，无需设置大型剪叉式液压升降平台作为系统基座，缩小了系统整体体积。

Description

一种夹持式风电叶片飞边打磨系统和打磨方法
技术领域
本发明属于风电技术领域，具体涉及一种夹持式风电叶片飞边打磨系统和打磨方法。
背景技术
风力是一种重要的清洁能源，风电叶片作为风力发电机的关键零部位，其性能对于风力发电的寿命有着显著的影响。
大型风电叶片的生产必须包括合模过程，在合模过程会在叶片中部产生飞边，其主要成分是玻纤布(玻璃纤维)和结构胶(环氧树脂)。在叶片脱模之后，在对飞边进行切割之后需要打磨，以满足后续上漆要求。由于树脂和玻纤(碳纤)之间的层间粘合力较弱，当叶片打磨效果较差的时候，会影响后续包边、上腻子、上漆等生产工艺质量，从导致叶片结构强度低、易受腐蚀，所以风电叶片的打磨是一道十分重要的工序。
现有技术公开了一种风电叶片飞边自动切割打磨一体化机器人，机器人本体设有用于确定风电叶片飞边轮廓的检测装置和用于飞边打磨的角磨机，根据检测到的风电叶片飞边轮廓，通过大型剪叉式液压升降平台将角磨机移动到风电叶片飞边一侧进行打磨动作。
其存在以下技术问题：
由于需要具有较高的刚度以维持打磨工作的稳定性，上述机器人采用了大型剪叉式液压升降平台作为机器人基座，导致机器人的整体体积庞大，成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，能够在打磨工作过程中始终保持稳定，有利于提升打磨效果，缩小了系统整体体积，减少了成本。
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之二是：提供一种夹持式风电叶片飞边打磨方法，能够在打磨工作过程中始终保持稳定。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，包括升降装置、打磨装置和控制装置；
升降装置上设有检测装置和吸附装置；
检测装置用于确定风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息并发送到控制装置；
吸附装置用于水平吸附于风电叶片；
控制装置分别连接于检测装置和打磨装置，用于根据风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息生成打磨方案，并根据打磨方案相应控制打磨装置进行飞边打磨。
进一步，升降装置上设有横向移动装置，横向移动装置上设有纵向移动装置，检测装置和打磨装置分别设于纵向移动装置。
进一步，打磨装置包括打磨机连接板、砂带和打磨电机，打磨机连接板连接于纵向移动装置，打磨电机连接于打磨机连接板且驱动连接于砂带。
进一步，纵向移动装置连接有可上下摆动的回转平台，回转平台连接于打磨机连接板，用于调整砂带倾角。
进一步，吸附装置包括夹臂座、分别位于风电叶片飞边上下两侧的两个夹臂和夹臂电机，夹臂座固接于纵向移动装置，夹臂座设有啮合传动的两个夹臂齿轮，两个夹臂齿轮分别与两个夹臂一一对应连接，每个夹臂上均设有真空吸盘，夹臂电机用于驱动两个夹臂齿轮转动，以调整两个夹臂之间夹角。
进一步，检测装置包括固接于纵向移动装置的激光连接板、竖向安装于激光连接板的齿条、与齿条啮合传动的检测齿轮和用于驱使检测齿轮转动的舵机，激光位移传感器安装于齿条，用于分别检测激光位移传感器与风电叶片之间以及激光位移传感器与风电叶片飞边之间距离。
一种夹持式风电叶片飞边打磨方法，采用一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，包括以下步骤，
通过吸附装置水平吸附于风电叶片，使升降装置与风电叶片之间距离固定；
获取风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息，根据风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息生成打磨方案，根据打磨方案相应控制打磨装置移动至飞边一侧，以使打磨装置进行飞边打磨。
进一步，吸附装置水平吸附于风电叶片的实现方式为，调节两个夹臂至分别位于风电叶片飞边上下两侧；通过夹臂电机驱动两个夹臂齿轮转动，调整两个夹臂之间夹角至两个夹臂分别贴合于风电叶片表面，利用两个夹臂上的真空吸盘吸附于风电叶片。
进一步，风电叶片飞边的宽度信息的获取方式为，
将激光位移传感器移动至风电叶片飞边上方，然后由上至下移动激光位移传感器，同步检测激光位移传感器与风电叶片之间距离；
当检测距离值第一次连续均匀变化时，判定当前检测对象为位于风电叶片飞边上方的风电叶片；
当检测距离值在第一次连续均匀变化后产生跳跃减小时，判定当前检测对象为风电叶片飞边的上端；
跳跃减小的检测距离值与跳跃减小前的检测距离值之间的差值即为风电叶片飞边的宽度。
进一步，风电叶片飞边的厚度为飞边上端与下端之间的高度差，通过激光位移传感器由上至下移动过程中检测距离值两次产生突变之间，舵机的转动角度以及齿条和检测齿轮的传动比计算得到。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
工作时，首先通过吸附装置水平吸附于风电叶片，使升降装置与风电叶片之间距离固定，为打磨系统的水平方向提供固定基础。然后通过检测装置确定风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息并发送到控制装置，控制装置根据风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息生成打磨方案，并控制打磨装置移动至飞边一侧，以使打磨装置进行飞边打磨。通过吸附装置在水平方向以及升降装置在竖直方向的固定，夹持式风电叶片飞边打磨系统能够在打磨工作过程中始终保持稳定，有利于提升打磨效果，无需设置大型剪叉式液压升降平台作为系统基座，大大缩小了系统整体体积，减少了成本。
附图说明
图1是本发明实施例的立体结构示意图。
图2是本发明实施例另一视角的立体结构示意图。
图3是本发明实施例的打磨工作台的立体结构示意图。
图4是本发明实施例的打磨装置的立体结构示意图。
图5是打磨装置打磨飞边的立体结构示意图。
图6是本发明实施例的检测装置的立体结构示意图。
图7是检测装置由上至下检测飞边位置的过程示意图。
图8是本发明实施例的吸附装置的立体结构示意图。
图9是本发明实施例进行飞边打磨的整体立体结构示意图。
图10是本发明实施例进行飞边打磨的工作流程图。
图11是获取飞边位置信息的流程图。
图中：
1-工控机，2-辅助支撑架；
3-吸附装置，31-真空吸盘，32-夹臂，33-夹臂电机，34-联轴器，35-电机座，36-夹臂座，37-夹臂齿轮，38-夹臂连接板；
4-打磨装置，41-砂带机轮，42-打磨电机，43-砂带，44-打磨机连接板，45-回转平台，46-竖直回转连接件，47-定位板；
5-检测装置，51-激光连接板，52-激光位移传感器，53-齿条，54-舵机，55-检测齿轮；
6-打磨工作台，61-安装台，62-圆柱形导轨，63-滑台，64-前伸臂，65-滚珠丝杆模组，66-螺纹杆，67-前后移动伺服电机，68-支撑板；
7-控制柜，8-空压机；
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细的描述。
如图1、图9所示，一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，包括升降装置、打磨装置4和控制装置；
升降装置上设有检测装置5和吸附装置3；
检测装置5用于确定风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息并发送到控制装置；
吸附装置3用于水平吸附于风电叶片；
控制装置分别连接于检测装置5和打磨装置4，用于根据风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息生成打磨方案，并根据打磨方案相应控制打磨装置4移动至飞边一侧进行飞边打磨。
通过吸附装置3在水平方向与风电叶片固定以及升降装置在竖直方向的固定，夹持式风电叶片飞边打磨系统能够在打磨工作过程中始终保持稳定，有利于提升打磨效果，无需设置大型剪叉式液压升降平台作为系统基座，大大缩小了系统整体体积，减少了成本。
具体地，升降装置上设有打磨工作台6，包括横向移动装置以及设置在横向移动装置上的纵向移动装置，检测装置5和打磨装置4分别设于纵向移动装置。
升降装置包括辅助支撑架2，辅助支撑架2上设有载物平台、链条和驱动杆，链条的一端固定在辅助支撑架2上的载物平台上，另一端固定在驱动杆上，通过驱动杆带动载物平台反向运动实现升降。检测装置5和打磨装置4设置在载物平台上，在需要工作的时候可升起，在不需要使用的时候可降下便于保存。
如图3所示，横向移动装置包括安装台61，安装台61连接于辅助支撑架2上的载物平台。
安装台61上设有水平延伸的滚珠丝杆模组65、圆柱形导轨62和滑台63，滚珠丝杆模组65用于驱使滑台63在安装台61上横向移动。圆柱形导轨62穿设于滑台63且平行于滚珠丝杆模组65，有利于滑台63的平稳移动。
滑台63通过支撑板68安装有前后移动伺服电机67，滑台63上设有前伸臂64作为纵向移动装置，前后移动伺服电机67通过螺纹杆66连接于前伸臂64，由前后移动伺服电机67驱动前伸臂64在滑台63上纵向移动。
如图6所示，检测装置5包括固接于前伸臂64的激光连接板51、竖向安装于激光连接板51的齿条53、与齿条53啮合传动的检测齿轮55、用于驱使检测齿轮55转动的舵机54，激光位移传感器52安装于齿条53，在舵机54驱动下沿齿条53做升降运动，用于分别检测激光位移传感器52与风电叶片之间以及激光位移传感器52与风电叶片飞边之间距离。
如图7、图11所示，将激光位移传感器52移动至风电叶片飞边上方，然后利用舵机54由上至下移动激光位移传感器52，同步检测激光位移传感器52与风电叶片之间距离。
由于风电叶片的立面为平面或连续均匀变化的曲面，当激光位移传感器52由上至下移动时，其与风电叶片表面之间距离是连续均匀变化的。因此，当检测距离值第一次连续均匀变化时，判定当前检测对象为位于风电叶片飞边上方的风电叶片。
由于风电叶片飞边突出于风电叶片，其纵截面大致呈矩形，当检测距离值在第一次连续均匀变化后突然产生突变，比如跳跃减小时，判定当前检测对象为飞边的上端。
由于风电叶片飞边的立面通常为平面或曲面，当激光位移传感器52从飞边的上端位置继续向下移动时，检测距离值会产生第二次连续均匀变化，此时为激光位移传感器52检测在风电叶片飞边的立面上。
当检测位置从风电叶片飞边的立面下移到飞边的下端时，检测距离值会产生突变，比如跳跃增加，判定当前检测对象为飞边的下端。
通过计算可以获得飞边的相关信息，包括厚度、宽度和空间位置信息。
风电叶片飞边的厚度为飞边上端与下端之间的高度差，可通过检测距离值两次产生突变之间舵机54的转动角度，以及齿条53和检测齿轮55的传动比计算得到。
风电叶片飞边的宽度为，第一次连续均匀变化的检测距离值与跳跃减小的检测距离值之间的差值。
利用激光位移传感器52在各个位置所测得的数据，通过工控机1处理，可以计算得到该处飞边相对于打磨装置4的位置，通过拟合各处位置，可以得到整段飞边的空间位置信息。
获取风电叶片飞边的厚度、宽度和空间位置信息后，便可生成相应的打磨方案，并根据打磨方案控制打磨装置4进行飞边打磨。相较于传统的使用机器视觉方案对风电叶片飞边进行识别，本系统采用激光位移传感器52来识别飞边具有独创性，具有计算量小，速度快等优点，加快了打磨速率，价格更低，能够减少成本和能耗。
打磨过程中，激光位移传感器52持续进行检测，当检测距离值仍存在突变时，判定为飞边尚未完成打磨；当检测距离值为连续均匀变化时，判定为该段飞边已完成打磨，可移动至下一段飞边继续打磨。
如图4所示，打磨装置4安装于前伸臂64上，可在前伸臂64的带动之下实现对风电叶片飞边的打磨工作。打磨装置4包括打磨机连接板44、定位板47、砂带机轮41、砂带43和打磨电机42，定位板47安装于打磨机连接板44上，定位板47与砂带机轮41对应连接来定位。打磨电机42带动砂带机轮41转动，砂带机轮41带动砂带43对飞边进行打磨工作。
前伸臂64上设有回转平台45，回转平台45的工作面能够自由转动，回转平台45的工作面通过竖直回转连接件46连接到打磨机连接板44上，能够使打磨装置4上下摆动，使打磨装置4根据风电叶片的曲率以及风电叶片飞边的位置进行上下的调整，让砂带43能够根据叶片的形状实现倾斜，从而能够完整地打磨整个风电叶片飞边，使得整个打磨装置4更加具有容错率。
如图5所示，当风电叶片的曲率较大时，如果砂带43采用不变的竖直方向打磨，风电叶片飞边的后端上下两侧将难以实现打磨。通过回转平台45带动砂带43进行倾斜打磨，则可实现对风电叶片飞边后端的上下两侧分别打磨，达到完整的、光滑的打磨目的，同时，本打磨系统使用砂带43打磨，可以允许实际打磨位置的上下高度变化。
具体地，通过检测飞边上下两端处的检测距离值，以及激光位移传感器52的上下移动高度，以激光位移传感器52的上下移动高度为自变量、飞边上下两端处的检测距离值为因变量形成多个点，拟合成检测距离值随激光位移传感器52高度变化的曲线，求曲线在飞边处的一阶倒数y′和二阶倒数y″，利用以下公式，即可求出风电叶片在飞边处的曲率K。根据求出的曲率K，通过回转平台45相应调整砂带43的倾斜度，便能够根据风电叶片飞边形状实现转动，从而可以达到光滑的打磨效果。
本实施例中，回转平台45优选采用锐昇智能科技有限公司销售的中空旋转平台。
由于风电叶片飞边为大致水平延伸的长条形结构，为了获得更精确的飞边数据以精准打磨飞边，除了在安装台61中部设置检测装置5以外，本打磨系统在安装台61的两侧还分别设有检测装置5，用于获取安装台61左右两侧位置的飞边信息，连同中间的检测装置5获得的检测数据一起分析，能够更准确地获得飞边的各项数据。
如图8所示，吸附装置3包括夹臂座36、电机座35、分别位于风电叶片飞边上下两侧的两个夹臂32、夹臂连接板38和夹臂电机33。
夹臂座36固接于前伸臂64，夹臂座36一侧安装有啮合传动的两个夹臂齿轮37；两个夹臂齿轮37均固接有夹臂连接板38，每个夹臂连接板38均设有真空吸盘31，真空吸盘31通过空压机8提供真空吸力。电机座35固接于夹臂座36，电机安装于电机座35，通过联轴器34驱动夹臂齿轮37转动。
工作时，启动夹臂电机33，驱动啮合传动的两个夹臂齿轮37转动，通过夹臂连接板38带动两个夹臂32转动而逐渐缩小两者之间的夹角，当两个夹臂32贴近并夹持风电叶片时，再通过真空吸盘31对风电叶片进行吸附，从而达到与风电叶片固定连接的目的。
本实施例设有两组吸附装置3，分别位于安装台61的左右两侧。
控制装置为工控机1，用于接收和处理激光位移传感器52等发送来的信息，能够控制整个装置。满足电气接线要求的开关设备、测量仪表、保护电器和辅助设备则组装在控制柜7中。
一种夹持式风电叶片飞边打磨方法，采用一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，包括以下步骤，
将升降装置移动到待打磨的风电叶片飞边处并适当调整安装台61高度，将安装台61两侧的检测装置5分别对准风电叶片飞边；
通过吸附装置3水平吸附于风电叶片，使升降装置与风电叶片之间距离固定，以保持打磨装置4打磨风电叶片飞边的稳定性；
将安装台61中间的检测装置5对准风电叶片飞边并由上至下移动安装台61，利用检测装置5获取风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息，控制装置根据风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息生成打磨方案，根据打磨方案控制打磨装置4移动至飞边一侧，以使打磨装置4进行飞边打磨；
安装台61两侧的检测装置5获取各自对应的风电叶片飞边数据，连同安装台61中间的检测装置5获取的数据一起，通过控制装置分析获得更精确的风电叶片飞边数据，以实现更精准的打磨；
回转平台45根据打磨方案相应调整打磨装置4的倾角，实现对飞边完整的打磨；
打磨过程中，安装台61中间的检测装置5持续检测，当判定该段飞边已完成打磨时，可移动至下一段飞边继续打磨。
本实施例的打磨方法通过吸附装置3固定连接于风电叶片，相较于设置大型剪叉式液压升降平台作为系统基座，大大缩小了系统整体体积，减少了成本。
进一步地，吸附装置3水平吸附于风电叶片的实现方式为，调节两个夹臂32至分别位于风电叶片飞边上下两侧；通过夹臂电机33驱动两个夹臂齿轮37转动，调整两个夹臂32之间夹角至两个夹臂32分别贴合夹持于风电叶片表面，利用两个夹臂32上的真空吸盘31吸附于风电叶片。
通过两个夹臂32分别夹持固定于风电叶片飞边上下两侧，增强了打磨过程的稳定性。真空吸盘31固定过程不会对风电叶片造成损伤，减少了维护成本。
进一步地，风电叶片飞边的宽度信息的获取方式为，
将激光位移传感器52移动至风电叶片飞边上方，然后由上至下移动激光位移传感器52，同步检测激光位移传感器52与风电叶片之间距离，
当检测距离值第一次连续均匀变化时，判定当前检测对象为风电叶片；
当检测距离值在第一次连续均匀变化后产生跳跃减小时，判定当前检测对象为飞边的上端；
当检测距离值在跳跃减小后第二次连续均匀变化，并在第二次连续均匀变化后产生跳跃增加时，判定当前检测对象为飞边的下端；
跳跃减小的检测距离值与跳跃减小前的检测距离值之间的差值即为风电叶片飞边的宽度。
风电叶片飞边的厚度为飞边上端与下端之间的高度差，其获取方式为，通过激光位移传感器52由上至下移动过程中检测距离值两次产生突变之间，舵机54的转动角度以及齿条53和检测齿轮55的传动比计算得到。
利用激光位移传感器52检测获取飞边的宽度、厚度和空间位置信息，相较于使用机械视觉方案，能够大幅度地减少计算量，速度更快，运动规划简单，能够加快打磨的速率，节约成本以及减少能耗。
如图10所示，工作时，先利用夹臂32夹持风电叶片，再通过真空吸盘31水平吸附于风电叶片进行吸附加固。通过激光位移传感器52确定风电叶片飞边的的宽度、厚度和空间位置信息，生成风电叶片飞边的打磨方案；再通过控制装置控制打磨工作台6带动砂带43对风电叶片飞边进行打磨，根据风电叶片的不同曲率通过回转平台45调整砂带43倾角以实现完整光滑打磨。由于风电叶片飞边在工作距离一米之内可视为直线，打磨过程按照分段式进行，当一段风电叶片飞边完成打磨后，关闭真空吸盘31，通过移动夹持式风电叶片飞边打磨系统可实现对风电叶片的分段式打磨。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，其特征在于：包括升降装置、打磨装置和控制装置；
升降装置上设有检测装置和吸附装置；
检测装置用于确定风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息并发送到控制装置；
吸附装置用于水平吸附于风电叶片；
控制装置分别连接于检测装置和打磨装置，用于根据风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息生成打磨方案，并根据打磨方案相应控制打磨装置进行风电叶片飞边打磨。
2.按照权利要求1所述的一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，其特征在于：升降装置上设有横向移动装置，横向移动装置上设有纵向移动装置，检测装置和打磨装置分别设于纵向移动装置。
3.按照权利要求2所述的一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，其特征在于：打磨装置包括打磨机连接板、砂带和打磨电机，打磨机连接板连接于纵向移动装置，打磨电机连接于打磨机连接板且驱动连接于砂带。
4.按照权利要求3所述的一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，其特征在于：纵向移动装置连接有可上下摆动的回转平台，回转平台连接于打磨机连接板，用于调整砂带倾角。
5.按照权利要求2所述的一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，其特征在于：吸附装置包括夹臂座、分别位于风电叶片飞边上下两侧的两个夹臂和夹臂电机，夹臂座固接于纵向移动装置，夹臂座设有啮合传动的两个夹臂齿轮，两个夹臂齿轮分别与两个夹臂一一对应连接，每个夹臂上均设有真空吸盘，夹臂电机用于驱动两个夹臂齿轮转动，以调整两个夹臂之间夹角。
6.按照权利要求2所述的一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，其特征在于：检测装置包括固接于纵向移动装置的激光连接板、竖向安装于激光连接板的齿条、与齿条啮合传动的检测齿轮和用于驱使检测齿轮转动的舵机，激光位移传感器安装于齿条，用于分别检测激光位移传感器与风电叶片之间以及激光位移传感器与风电叶片飞边之间距离。
7.一种夹持式风电叶片飞边打磨方法，其特征在于：采用权利要求1-6任一项所述的一种夹持式风电叶片飞边打磨系统，包括以下步骤，
通过吸附装置水平吸附于风电叶片，使升降装置与风电叶片之间距离固定；
获取风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息，根据风电叶片飞边的宽度、厚度和空间位置信息生成打磨方案，根据打磨方案相应控制打磨装置移动至飞边一侧，以使打磨装置进行飞边打磨。
8.按照权利要求7所述的一种夹持式风电叶片飞边打磨方法，其特征在于：吸附装置水平吸附于风电叶片的实现方式为，调节两个夹臂至分别位于风电叶片飞边上下两侧；通过夹臂电机驱动两个夹臂齿轮转动，调整两个夹臂之间夹角至两个夹臂分别贴合于风电叶片表面，利用两个夹臂上的真空吸盘吸附于风电叶片。
9.按照权利要求7所述的一种夹持式风电叶片飞边打磨方法，其特征在于：风电叶片飞边的宽度信息的获取方式为，
将激光位移传感器移动至风电叶片飞边上方，然后由上至下移动激光位移传感器，同步检测激光位移传感器与风电叶片之间距离；
当检测距离值第一次连续均匀变化时，判定当前检测对象为位于风电叶片飞边上方的风电叶片；
当检测距离值在第一次连续均匀变化后产生跳跃减小时，判定当前检测对象为风电叶片飞边的上端；
跳跃减小的检测距离值与跳跃减小前的检测距离值之间的差值即为风电叶片飞边的宽度。
10.按照权利要求9所述的一种夹持式风电叶片飞边打磨方法，其特征在于：风电叶片飞边的厚度为飞边上端与下端之间的高度差，通过激光位移传感器由上至下移动过程中检测距离值两次产生突变之间，舵机的转动角度以及齿条和检测齿轮的传动比计算得到。
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