CN111872850A - 一种基于焊缝打磨的恒力控制*** - Google Patents

一种基于焊缝打磨的恒力控制*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于焊缝打磨的恒力控制***，包括安装架、磨削机构及打磨控制机构；打磨控制机构和磨削机构均设置在安装架上，且打磨控制机构与磨削机构连接；打磨控制机构包括气动装置、压力测量装置、角度测量装置、位移测量装置及控制装置；气动装置、压力测量装置、角度测量装置及位移测量装置分别与控制装置连接；其中，气动装置与磨削机构连接；本发明能够适应轴向各个打磨角度情况下的打磨，确保焊缝打磨装置在空间任意角度下输出的力处于一个恒力范围，并且能够对磨削量进行监控和过切保护，力控精度高，结果可靠性高。

Description

一种基于焊缝打磨的恒力控制***
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及自动化打磨技术领域，特别是一种基于焊缝打磨的恒力控制***。
背景技术
目前国内列车车体和构架打磨精整等大多采用手持气动，电动工具进行加工，不仅加工效率低，产品一致性难以保证，而且生产人员劳动强度大，工作环境恶劣；随着机器人的应用不断深入，一部分厂家开始使用机器人安装电动或气动工具进行自动化打磨，与手持打磨相比，机器人打磨能有效提高生产效率，降低成本，但在高精度的磨削加工中，对工件施加的打磨压力是影响表面加工质量和材料去除率的重要因素，因此保证打磨压力的恒定是确保磨削质量和效率的关键。
由于机器人打磨属于硬碰硬性质的应用，考虑到机械臂刚性，工件的尺寸偏差和定位偏差等其他因素，常规的机器人打磨难以满足每个工件的打磨量要求，导致轻则造成打磨质量下降，重则造成设备和工件的损坏；传统的打磨恒力控制实现方案为：采用将基板安装装置安装于压力测量装置上，气动装置安装于基板安装装置内，所述执行装置安装于基板安装装置上，并连接气动装置，打磨头装置安装于执行装置上；所述气动装置进行压力设定，通过执行装置实现打磨头的恒力浮动打磨，所述测量装置实时测量打磨力的数据，实现数据的采集，进而控制气动装置压力的设定；这种方案存在如下缺陷：
（1）主要是针对水平打磨；在变换角度打磨下无法计算出重力分量，不能胜任倾角打磨，兼容性不高。
（2）对于工件小范围变形而产生的余量不均，焊道高度较大时，无法对磨削量进行监控和过切保护。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于焊缝打磨的恒力控制***，能够适应轴向各个打磨角度情况下的打磨，确保焊缝打磨装置在空间任意角度下输出的力处于一个恒力范围，并且能够对磨削量进行监控和过切保护。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于焊缝打磨的恒力控制***，包括：安装架、磨削机构及打磨控制机构；所述打磨控制机构和所述磨削机构均设置在所述安装架上，且所述打磨控制机构与所述磨削机构连接，以使所述磨削机构在所述打磨控制机构的作用下，实现对焊缝的打磨；所述打磨控制机构包括气动装置、压力测量装置、角度测量装置、位移测量装置及控制装置；所述气动装置、所述压力测量装置、所述角度测量装置及所述位移测量装置分别与所述控制装置连接；其中，所述气动装置与所述磨削机构连接，用于在所述控制装置的控制下，调整所述磨削机构对所述焊缝的接触力；所述压力测量装置用于测量所述磨削机构的轴向压力；所述角度测量装置用于测量所述磨削机构轴向和径向的打磨角度及计算重力分量和控制平衡；所述位移测量装置用于测量所述磨削机构在打磨过程中的位移变化，以实现磨削量监控及过切保护。
于本发明的一实施例中，所述气动装置包括：气缸和电气比例阀；所述气缸和所述电气比例阀分别与所述控制装置连接；所述气缸还与所述磨削机构连接；在打磨过程中，通过所述电气比例阀控制所述气缸的进出口压力。
于本发明的一实施例中，所述磨削机构通过直线导轨安装在所述安装架上，且所述磨削机构在所述气动装置的作用下，沿所述直线导轨进行伸缩运动。
于本发明的一实施例中，所述压力测量装置包括压力传感器；所述压力传感器安装于所述气缸的活塞杆与所述直线导轨连接点之间，且所述压力传感器与所述控制装置连接。
于本发明的一实施例中，所述角度测量装置包括双轴角度传感器；所述双轴角度传感器与所述控制装置连接。
于本发明的一实施例中，所述位移测量装置包括位移传感器；所述位移传感器采用激光位移传感器，且所述位移传感器与所述控制装置连接。
于本发明的一实施例中，所述磨削机构包括：打磨工具、刀柄和主轴；所述打磨工具与所述刀柄的一端连接，用于对所述焊缝进行打磨；所述主轴设于所述安装架上，且所述主轴分别与所述刀柄的另一端、所述打磨控制机构连接。
于本发明的一实施例中，所述安装架包括：沿所述磨削机构轴向方向设置的第一安装板、第二安装板及沿所述磨削机构径向方向设置的第三安装板；所述第一安装板平行且对应设置在所述第二安装板的上方，且所述第一安装板的一端、所述第一安装板的一端对应的所述第二安装板的一端，分别与所述第三安装板在所述磨削机构径向方向上的两端连接。
如上所述，本发明所述的基于焊缝打磨的恒力控制***，具有以下有益效果：
与现有技术相比，能够适应轴向各个打磨角度情况下的打磨，确保焊缝打磨装置在空间任意角度下输出的力处于一个恒力范围，并且能够对磨削量进行监控和过切保护，力控精度高，结果可靠性高。
附图说明
图1显示为本发明的基于焊缝打磨的恒力控制***于一实施例中的结构示意图。
图2显示为本发明的磨削机构于一实施例中的结构示意图。
图3显示为本发明的基于焊缝打磨的恒力控制***于一实施例中的逻辑控制图。
标号说明
1 压力传感器；
2 气缸；
3 双轴角度传感器；
4 直线导轨；
5 位移传感器；
6 磨削机构；
6-1 打磨工具；
6-2 刀柄；
6-3 主轴；
7 第一安装板；
8 第二安装板；
9 第三安装板。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的基于焊缝打磨的恒力控制***，能够适应轴向各个打磨角度情况下的打磨，确保焊缝打磨装置在空间任意角度下输出的力处于一个恒力范围，并且能够对磨削量进行监控和过切保护，力控精度高，结果可靠性高。
如图1和图2所示，于一实施例中，本发明的基于焊缝打磨的恒力控制***包括安装架、磨削机构6及打磨控制机构。
于一实施例中，所述安装架包括沿所述磨削机构6轴向方向设置的第一安装板7、第二安装板8及沿所述磨削机构6径向方向设置的第三安装板9。
具体地，所述第一安装板7平行且对应设置在所述第二安装板8的上方，且所述第一安装板7的一端、所述第一安装板7的一端对应的所述第二安装板8的一端，分别与所述第三安装板9在所述磨削机构6径向方向上的两端连接。
所述打磨控制机构和所述磨削机构6均设置在所述安装架上，且所述打磨控制机构与所述磨削机构6连接，以使所述磨削机构6在所述打磨控制机构的作用下，实现对焊缝的打磨。
需要说明的是，安装架由第一安装板7、第二安装板8和第二安装板9组成了一端开口的框架结构，而磨削机构6和打磨控制机构均设置在该安装架上，且对应设置在开口处，磨削机构6在打磨控制机构的作用下，可在开口内相对安装架运动，以实现磨削机构6对焊缝的打磨。
于一实施例中，所述磨削机构6通过直线导轨4安装在所述安装架上，且所述磨削机构6在一个气动装置的作用下，沿所述直线导轨4进行伸缩运动。
具体地，直线导轨4设置在第二安装板8的上表面，磨削机构6设于直线导轨4上，在气动装置的作用下，使得磨削机构6沿着直线导轨4进行伸缩运动（即前述的磨削机构6可在开口内相对安装架运动）。
于一实施例中，所述磨削机构6包括打磨工具6-1、刀柄6-2和主轴6-3。
具体地，所述打磨工具6-1与所述刀柄6-2的一端连接，用于对所述焊缝进行打磨；所述主轴6-3设于所述安装架上，且所述主轴分别6-3与所述刀柄6-2的另一端、所述打磨控制机构连接。
所述打磨控制机构包括气动装置、压力测量装置、角度测量装置、位移测量装置及控制装置；所述气动装置、所述压力测量装置、所述角度测量装置及所述位移测量装置分别与所述控制装置连接。
具体地，压力测量装置、角度测量装置及位移测量装置将实时测量的压力信号、角度信号及位移信号发送至控制装置，控制装置根据接收的压力信号、角度信号及位移信号控制气动装置，进而使气动装置驱动磨削机构6，实现对焊缝的打磨。
优选地，控制装置选用PLC控制器。
所述气动装置与所述磨削机构6连接，用于在所述控制装置的控制下，调整所述磨削机构6对所述焊缝的接触力。
于一实施例中，所述气动装置包括气缸2和电气比例阀；所述气缸2和所述电气比例阀分别与所述控制装置连接；所述气缸2还与所述磨削机构6连接；在打磨过程中，通过所述电气比例阀控制所述气缸2的进出口压力。
优选地，该气缸6选用低阻力气缸。
所述压力测量装置用于测量所述磨削机构的轴向压力。
于一实施例中，所述压力测量装置包括压力传感器1；所述压力传感器1安装于所述气缸2的活塞杆与所述直线导轨4连接点之间，且所述压力传感器1与所述控制装置连接。
所述角度测量装置用于测量所述磨削机构6轴向和径向的打磨角度及计算重力分量和控制平衡。
需要说明的是，通过角度测量装置实时测量磨削机构6轴向和径向的打磨角度，用于重力分量的计算和平衡控制，从而使得该基于焊缝打磨的恒力控制***能够胜任倾角打磨，提高了其兼容性。
于一实施例中，所述角度测量装置包括双轴角度传感器3；所述双轴角度传感器3与所述控制装置连接。
所述位移测量装置用于测量所述磨削机构6在打磨过程中的位移变化，以实现磨削量监控及过切保护。
需要说明的是，通过位移测量装置实时测量磨削机构6在打磨过程中的位移变化，使得该基于焊缝打磨的恒力控制***在面临待打磨工件小范围变形而产生的余量不均，焊道高度较大时，能够对磨削量进行监控和过切保护。
于一实施例中，所述位移测量装置包括位移传感器5，所述位移传感器5与所述控制装置连接。
需要说明的是，位移传感器5与电气比例阀协调工作，通过电气***控制磨削机构6伸出的距离。
优选地，所述位移传感器5采用激光位移传感器。
该基于焊缝打磨的恒力控制***的工作原理如下：
首先设定磨削机构6的重量（Kg）为W0，对待打磨工件施加的打磨恒压力为W。
设定磨削机构6在磨削运动轨迹不同位置上气缸2轴线与水平面的夹角a。
打磨时，通过双轴角度传感器3获取气缸2轴线与水平面的实时夹角a，计算出气缸2的实时输出压力Wc＝W+Wco-dW，其中dW为重力W0在气缸2轴线方向的实时分力， dW = W0*Sin(a/180*π)；
Wco是力给定实时补偿，Wco=X*（P0+P），其中P0是实时刀具补偿，位移给定P为位移保护给定值，X为位移补偿系数。
下面对该基于焊缝打磨的恒力控制***的工作原理作进一步地说明：
如图3所示，将恒压力W转化为第一电信号，将重力W0在气缸2轴线方向的实时分力dW转化为第二电信号，将力给定补偿Wco转化为第三电信号；将第一电信号，第二电信号和第二电信号叠加形成输入信号；PLC控制器根据从压力传感器1获得的压力反馈和从位移传感器5获得的位移反馈，控制电气比例阀的输出，电气比例阀根据获得的输入信号对气缸2的供气气压进行调节，气缸2推动磨削机构6对待打磨工件施加打磨压力，使在打磨过程中待打磨工件受到的打磨压力始终为W。
需要说明的是，该基于焊缝打磨的恒力控制***计算出在打磨过程中磨削机构6重力在气缸2轴线方向的实时分力W0，并通过控制气缸2的供气气压，调节气缸2的实时输出压力,抵消掉不同角度打磨过程中，磨削机构6沿气缸2轴线分力，使待打磨工件受到的打磨压力恒定。
该基于焊缝打磨的恒力控制***还同时计算得到在打磨过程中磨削机构6在气缸2轴线方向的实时相对位移变化，进行位移系数补偿，抵消打磨刀具6-1磨损带来的磨削质量下降；在超过位移监控范围时，立即控制高精度电气比例阀响应，减小打磨压力避免损伤待打磨工件；通过恒力控制和位移控制的策略，保证了打磨的均匀性，提高了打磨质量。
综上所述，本发明的基于焊缝打磨的恒力控制***，能够适应轴向各个打磨角度情况下的打磨，确保焊缝打磨装置在空间任意角度下输出的力处于一个恒力范围，并且能够对磨削量进行监控和过切保护，力控精度高，结果可靠性高；所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种基于焊缝打磨的恒力控制***，其特征在于，包括：安装架、磨削机构及打磨控制机构；
所述打磨控制机构和所述磨削机构均设置在所述安装架上，且所述打磨控制机构与所述磨削机构连接，以使所述磨削机构在所述打磨控制机构的作用下，实现对焊缝的打磨；
所述打磨控制机构包括气动装置、压力测量装置、角度测量装置、位移测量装置及控制装置；所述气动装置、所述压力测量装置、所述角度测量装置及所述位移测量装置分别与所述控制装置连接；其中，
所述气动装置与所述磨削机构连接，用于在所述控制装置的控制下，调整所述磨削机构对所述焊缝的接触力；
所述压力测量装置用于测量所述磨削机构的轴向压力；
所述角度测量装置用于测量所述磨削机构轴向和径向的打磨角度及计算重力分量和
控制平衡；
所述位移测量装置用于测量所述磨削机构在打磨过程中的位移变化，以实现磨削量
监控及过切保护。
2.根据权利要求1所述的基于焊缝打磨的恒力控制***，其特征在于，所述气动装置包括：气缸和电气比例阀；所述气缸和所述电气比例阀分别与所述控制装置连接；所述气缸还与所述磨削机构连接；在打磨过程中，通过所述电气比例阀控制所述气缸的进出口压力。
3.根据权利要求2所述的基于焊缝打磨的恒力控制***，其特征在于，所述磨削机构通过直线导轨安装在所述安装架上，且所述磨削机构在所述气动装置的作用下，沿所述直线导轨进行伸缩运动。
4.根据权利要求3所述的基于焊缝打磨的恒力控制***，其特征在于，所述压力测量装置包括压力传感器；所述压力传感器安装于所述气缸的活塞杆与所述直线导轨连接点之间，且所述压力传感器与所述控制装置连接。
5.根据权利要求1所述的基于焊缝打磨的恒力控制***，其特征在于，所述角度测量装置包括双轴角度传感器；所述双轴角度传感器与所述控制装置连接。
6.根据权利要求1所述的基于焊缝打磨的恒力控制***，其特征在于，所述位移测量装置包括位移传感器；所述位移传感器采用激光位移传感器，且所述位移传感器与所述控制装置连接。
7.根据权利要求1所述的基于焊缝打磨的恒力控制***，其特征在于，所述磨削机构包括：打磨工具、刀柄和主轴；
所述打磨工具与所述刀柄的一端连接，用于对所述焊缝进行打磨；
所述主轴设于所述安装架上，且所述主轴分别与所述刀柄的另一端、所述打磨控制机构连接。
8.根据权利要求1所述的基于焊缝打磨的恒力控制***，其特征在于，所述安装架包括：沿所述磨削机构轴向方向设置的第一安装板、第二安装板及沿所述磨削机构径向方向设置的第三安装板；
所述第一安装板平行且对应设置在所述第二安装板的上方，且所述第一安装板的一端、所述第一安装板的一端对应的所述第二安装板的一端，分别与所述第三安装板在所述磨削机构径向方向上的两端连接。
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