CN111390722B - 一种基于力控及视觉技术的智能打磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于力控及视觉技术的智能打磨装置，属于自动化打磨抛光设备技术领域。该打磨装置包括六维力传感器、工业视觉组件、恒力执行器、被动调整装置、连接件及打磨组件；六维力传感器固定于连接件上；连接件上开设三个通孔，均匀分布于以六维力传感器为中心的圆周上；三个通孔分别固定所述打磨组件；所述打磨组件包括打磨头、被动调整装置和恒力执行器，每个打磨头通过被动调整装置与恒力执行器相连接；所述工业视觉组件用于实时检测打磨前进方向是否有打磨障碍，起到避障作用。本发明为自动化打磨抛光提供了高效、安全、打磨效果好的一种基于力控及视觉技术的高效智能打磨装置，提升打磨抛光过程中的自动化、智能化水平。

Description

一种基于力控及视觉技术的智能打磨装置
技术领域
本发明涉及自动化打磨抛光设备技术领域，具体涉及一种基于力控及视觉技术的智能打磨装置。
背景技术
目前我国的打磨抛光方法仍然以手工打磨、手工抛光为主，不仅劳动强度大，加工效率低，对工人技术熟练程度要求高，而且是工人职业病高发领域。因此，自动化打磨抛光设备的大量应用是实现“机械换人”，推动传统制造业实现技术转型升级的重要途径。
自动化打磨抛光设备主要由进给***和打磨抛光头组成，进给***如关节机器人、直角机器人、并联机构及机床的伺服进给***等，目前较为成熟和可靠。目前打磨抛光头相对较为粗糙，一般只有打磨抛光的执行机构，缺乏可靠的控制***和传感***，无法实现恒力磨削，与进给***缺乏相互作用、反馈的交互性，无法实时调整，致使现在的自动化打磨抛光设备适应面较窄，无法应对打磨抛光时遇到的各种复杂情况。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的是提供一种基于力控及视觉技术的智能打磨装置，该装置应用恒力执行器完成恒力浮动磨削，通过力控与视觉***对打磨情况进行感知，反馈给进给***做出实时调整；采用三个可自由伸缩的打磨头、被动调整装置、海绵垫等增加打磨效率的同时单、双、三打磨头作业的自由切换可适应有不同需求的场合。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于力控及视觉技术的智能打磨装置，包括六维力传感器、工业视觉组件、恒力执行器、被动调整装置、连接件及打磨组件；其中：所述连接件为板状结构，六维力传感器固定于连接件上，六维力传感器用于检测空间全方向力值，即FX、FY、FZ、TX、TY、TZ；所述连接件上开设三个通孔，均匀分布于以六维力传感器为中心的圆周上；三个通孔分别固定所述打磨组件；所述打磨组件包括打磨头、被动调整装置和恒力执行器，每个打磨头通过被动调整装置与恒力执行器相连接；所述工业视觉组件为激光二维扫描传感器，固定在所述连接件上；打磨过程中，工业视觉组件用于实时检测打磨前进方向是否有打磨障碍，起到避障作用。
所述打磨头中，相邻两个打磨头之间具有重叠率，保证搭接位置打磨完好。
所述恒力执行器的末端固定在所述连接件上的通孔位置，恒力执行器通过气压控制提供一个恒定的打磨正压力(z向)，保证打磨的一致性，同时在z向提供一个可伸缩的被动柔性，实现三打磨头同时恒力浮动打磨，同时恒力执行器能够实现在线伸缩，在处理不同打磨表面时，能够实现单、双或三打磨头作业的自由切换。
所述被动调整装置包括上端连接件、双转轴件和下端连接件，上端连接件与执行器前端相连接，下端连接件连接打磨头；双转轴件与上、下端连接件均采用塞打螺丝连接，形成转动轴；被动调整装置提供两转轴(a轴、b轴)的被动柔性，在两转轴上添加适当阻尼，被动柔性适应角度在±6°之间，保证打磨大曲率曲面时，三打磨头能同时贴合。
所述打磨头的前端带有海绵垫，能够为打磨头提供一定的柔性，使其贴合打磨物体表面。
所述工业视觉组件包括工业相机及半导体激光器(线结构光)，半导体激光器发出的光，经过透镜形成平面光幕，并在打磨物体上形成一条轮廓线，这条线三角反射回来的光被工业相机收集；这样形成的目标物体剖面图形被信号处理器分析处理，轮廓线的长度用X轴计量，轮廓线的高低用Z轴计量。
在打磨过程中，排除掉重力等因素的干扰，各个方向力应保持均匀，六维力传感器指导进给***(如关节机器人，数控机床等)，实时调整打磨姿态，保证三打磨头同时贴合；如果打磨力超过安全阈值，六维力传感器可以判断打磨故障，使设备停机。
本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明所述的基于力控及视觉技术的智能打磨装置，通过力控与视觉***对打磨情况进行感知，反馈给进给***做出实时调整，保证进给***和打磨抛光头之间的协调性，提高打磨表面效果，适应更多复杂情况。
(2)本发明所述的基于力控及视觉技术的智能打磨装置，三打磨头以力传感器为中心，按等边三角形排布。以力传感器为中心，质量分布较为均匀，受力合理；以力传感器为中心，几何分布较为均匀，在需要转动时较为容易实现控制。两打磨头之间保证一定的重叠率，保证搭接位置打磨完好，提升整体打磨效率。
(3)本发明所述的基于力控及视觉技术的智能打磨装置，应用恒力执行器装置完成恒力浮动磨削的同时，实现三个打磨头的自由伸缩，可以根据不同场合完成单、双、三打磨头作业的自由切换，适应面更广。
(4)本发明所述的基于力控及视觉技术的智能打磨装置，采用了被动调整装置、海绵垫等提供一定的被动柔性，保证打磨大曲率曲面时，三打磨头能同时贴合，提高三打磨头的适应范围。
附图说明
图1为本发明总体结构图。
图2为三打磨头分布及重叠区域示意图。
图3为三打磨头通用组成图。
图4为被动调整装置结构图。
图5为工业视觉组件结构图。
图中：1-六维力传感器，2-连接件，3-工业视觉组件，301-视觉通用连接件，302-工业相机，303-半导体激光器，4-恒力执行器，5-被动调整装置，501-上端连接件，502-双转轴件，503-下端连接件，6-带海绵垫的打磨头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明为基于力控及视觉技术的智能打磨装置，其结构如图1-5所示。该打磨装置包括：六维力传感器1、工业视觉组件3、恒力执行器4、被动调整装置5、连接件2及带海绵垫的打磨头6。六维力传感器固定于连接件上，六维力传感器可以检测空间全方向力值，即FX、FY、FZ、TX、TY、TZ，打磨过程中，排除掉重力等因素的干扰，各个方向力应保持均匀，六维力传感器指导进给***(如关节机器人，数控机床等)，实时调整打磨姿态，保证三打磨头同时贴合，另外，如果打磨力超过安全阈值，力传感器可以判断打磨故障，设备停机；恒力执行器装置，通过气压控制提供一个恒定的打磨正压力(z向)，保证打磨的一致性，同时在z向提供一个可伸缩的被动柔性，实现三打磨头同时恒力浮动打磨；被动调整装置提供两转轴(a轴、b轴)的被动柔性，保证打磨大曲率曲面时，三打磨头能同时贴合；打磨头前端的海绵垫同样能够提供一定的柔性，保证贴合；工业视觉组件主要包括工业相机302及半导体激光器(线结构光)303，工业相机302与半导体激光器303通过视觉通用连接件301相连接；半导体激光器发出的光，经过透镜形成平面光幕，并在物体上形成一条轮廓线，这条线三角反射回来的光被工业相机收集。打磨过程中，工业视觉组件实时检测打磨前进方向是否有打磨障碍，起到避障的作用；恒力执行器可以实现在线伸缩，在处理不同表面时，实现单、双、三打磨头作业的自由切换。
如图2所示，三个打磨头以力传感器为中心，按等边三角形排布，每两打磨头之间保证一定的重叠率，保证搭接位置打磨完好。以力传感器为中心，质量分布较为均匀，受力合理；以力传感器为中心，几何分布较为均匀，在需要转动时较为容易实现控制。两打磨头之间保证一定的重叠率，保证搭接位置打磨完好，提升整体打磨效率。
如图3所示，三打磨头分布均，每个打磨头的通用结构包括恒力执行器4、被动调整装置5及带海绵垫的打磨头6。
如图4所示，被动调整装置包括上端连接件501、双转轴件502和下端连接件503，上端连接件与执行器前端相连接，下端连接件连接打磨头；双转轴件与上、下端连接件均采用塞打螺丝连接，形成转动轴；被动调整装置提供两转轴(a轴、b轴)的被动柔性，在两转轴上添加适当阻尼，被动柔性适应角度在±6°之间，保证打磨大曲率曲面时，三打磨头能同时贴合，打磨头前端的海绵垫同样能够提供一定的柔性，保证贴合。
如图5所示，工业视觉组件主要包括视觉通用连接件301、工业相机302及半导体激光器(线结构光)303，半导体激光器发出的光，经过透镜形成平面光幕，并在物体上形成一条轮廓线，这条线三角反射回来的光被工业相机收集。这样形成的目标物体剖面图形被信号处理器分析处理，轮廓线的长度用X轴计量，轮廓线的高低用Z轴计量，打磨过程中，工业视觉组件实时检测打磨前进方向是否有打磨障碍，起到避障的作用。
本发明工作原理为：
本发明所述的基于力控及视觉技术的高效智能打磨装置安装在进给***(如关节机器人，数控机床等)末端，六维力传感器可以检测空间全方向力值，即FX、FY、FZ、TX、TY、TZ，打磨过程中，排除掉重力等因素的干扰，各个方向力应保持均匀，六维力传感器指导进给***，实时调整打磨姿态，保证三打磨头同时贴合，另外，如果打磨力超过安全阈值，力传感器可以判断打磨故障，设备停机。
恒力执行器装置，通过气压控制提供一个恒定的打磨正压力(z向)，保证打磨的一致性，同时在z向提供一个可伸缩的被动柔性，实现三打磨头同时恒力浮动打磨，恒力执行器可以实现在线伸缩，在处理不同表面时，实现单、双、三打磨头作业的自由切换。
被动调整装置提供两转轴(a轴、b轴)的被动柔性，在两转轴上添加适当阻尼，被动柔性适应角度在±6°之间，保证打磨大曲率曲面时，三打磨头能同时贴合，打磨头前端的海绵垫同样能够提供一定的柔性，保证贴合。
工业视觉组件的半导体激光器发出的光，经过透镜形成平面光幕，并在物体上形成一条轮廓线，这条线三角反射回来的光被工业相机收集。这样形成的目标物体剖面图形被信号处理器分析处理，轮廓线的长度用X轴计量，轮廓线的高低用Z轴计量，打磨过程中，工业视觉组件实时检测打磨前进方向是否有打磨障碍，起到避障的作用。

Claims (5)

1.一种基于力控及视觉技术的智能打磨装置，其特征在于：该打磨装置包括六维力传感器、工业视觉组件、连接件及打磨组件；其中：所述连接件为板状结构，六维力传感器固定于连接件上，六维力传感器用于检测空间全方向力值；
所述连接件上开设三个通孔，均匀分布于以六维力传感器为中心的圆周上；三个通孔分别固定所述打磨组件；
所述打磨组件包括打磨头、被动调整装置和恒力执行器，每个打磨头通过被动调整装置与恒力执行器相连接；所述被动调整装置包括上端连接件、双转轴件和下端连接件，上端连接件与恒力执行器前端相连接，下端连接件连接打磨头；双转轴件与上端连接件、下端连接件均采用塞打螺丝连接，形成转动轴；被动调整装置提供两转轴的被动柔性，在两转轴上添加适当阻尼，被动柔性适应角度在±6°之间，保证打磨大曲率曲面时，三打磨头能同时贴合；
所述工业视觉组件为激光二维扫描传感器，固定在所述连接件上；打磨过程中，工业视觉组件用于实时检测打磨前进方向是否有打磨障碍，起到避障作用；
所述工业视觉组件包括工业相机及半导体激光器，半导体激光器发出的光，经过透镜形成平面光幕，并在打磨物体上形成一条轮廓线，这条线三角反射回来的光被工业相机收集；这样形成的目标物体剖面图形被信号处理器分析处理，轮廓线的长度用X轴计量，轮廓线的高低用Z轴计量。
2.根据权利要求1所述的基于力控及视觉技术的智能打磨装置，其特征在于：所述打磨头中，相邻两个打磨头之间具有重叠率，保证搭接位置打磨完好。
3.根据权利要求1所述的基于力控及视觉技术的智能打磨装置，其特征在于：所述恒力执行器的末端固定在所述连接件上的通孔位置，恒力执行器通过气压控制提供一个恒定的z向打磨正压力，保证打磨的一致性，同时在z向提供一个可伸缩的被动柔性，实现三打磨头同时恒力浮动打磨，同时恒力执行器能够实现在线伸缩，在处理不同打磨表面时，能够实现单、双或三打磨头作业的自由切换。
4.根据权利要求1所述的基于力控及视觉技术的智能打磨装置，其特征在于：所述打磨头的前端带有海绵垫，能够为打磨头提供柔性，使其贴合打磨物体表面。
5.根据权利要求1所述的基于力控及视觉技术的智能打磨装置，其特征在于：在打磨过程中，排除掉重力因素的干扰，各个方向力应保持均匀，六维力传感器指导进给***，实时调整打磨姿态，保证三打磨头同时贴合；如果打磨力超过安全阈值，六维力传感器判断打磨故障，使设备停机。
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