CN115351704A - 轮廓识别器、打磨机械手及打磨*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮廓识别器，用于打磨机械手，包括基座和设于所述基座上的应变电阻组合。所述基座包括柱状的第一本体部、围设于所述第一本体部外的第二本体部、设于所述第一本体部和第二本体部之间的环状镂空部、以及四个连接于所述第一本体部和第二本体部之间的应变梁；所述应变梁均匀分布在镂空部的圆周上。所述应变电阻组合包括四个应变电阻，所述四个应变电阻按照惠斯通电桥原理进行连接；每一个所述应变电阻固定贴合于对应的一个应变梁上。还提供一种包括上述的轮廓识别器的打磨机械手，以及一种包括上述打磨机械手的打磨***。本发明提供的轮廓识别器、打磨机械手及打磨***能够提高打磨生产效率及产品良率，其调机速度快、调机精准度高。

Description

轮廓识别器、打磨机械手及打磨***

技术领域

本发明涉及打磨设备技术领域，特别是涉及一种轮廓识别器、打磨机械手及打磨***。

背景技术

发明人发现，当机械手在打磨产品的挡墙***、侧边、3D、以及大面等位置时，由于每件产品的表面情况不会完全相同，而在调机时只能针对正常预估情况的产品进行设备调试，因此，经常会出现产品打磨不透、塌边、磨痕等不良现象，而此问题也一直无法有效解决。现有技术在对设备进行调试时，调机压力往往没有有效数据支撑，仅靠员工肉眼进行识别，不仅造成调机速度慢、调机过程频繁、烦琐，且还使得打磨生产的工作效率低、产品良率低，人工成本高，调机效果不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，并提供一种轮廓识别器、打磨机械手及打磨***，以解决现有技术中的打磨生产效率低、产品良率低、调机速度慢、调机精准度不高等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种轮廓识别器，用于打磨机械手，包括：基座和设于所述基座上的应变电阻组合；

所述基座包括柱状的第一本体部、围设于所述第一本体部外的第二本体部、设于所述第一本体部和第二本体部之间的环状镂空部、以及四个连接于所述第一本体部和第二本体部之间的应变梁；所述应变梁均匀分布在镂空部的圆周上；

所述应变电阻组合包括四个应变电阻，所述四个应变电阻按照惠斯通电桥原理进行连接；每一个所述应变电阻固定贴合于对应的一个应变梁上。

对上述技术方案的进一步改进是：

所述第一本体部和第二本体部均包括相对设置的支承面和受力面，所述支承面用于与打磨设备固定连接，所述受力面用于检测所受压力。

所述应变梁设置在所述第一本体部和第二本体部厚度方向的中部；所述应变电阻设置在所述应变梁靠近所述受力面的一侧表面。

所述基座还包括两个盖环，所述盖环分别盖设于所述镂空部形成的圆环处，并分别与第一本体部和第二本体部固定连接。

本发明还提供了一种打磨机械手，包括机械手和设于所述机械手输出端的打磨头组件，所述打磨头组件包括上述的轮廓识别器。

进一步地，所述打磨头组件包括安装座、分别设于所述安装座不同表面上的打磨头、以及设于所述打磨头和所述安装座之间的所述轮廓识别器；每个所述打磨头的打磨精度不同。

进一步地，还包括机械手控制***，所述机械手控制***和所述应变电阻组合电连接；所述机械手控制***包括接收模块、计算模块、补偿模块、以及控制模块；

所述接收模块用于接收所述应变电阻组合的阻值测量数据；

所述计算模块用于根据所述阻值测量数据计算受力值；

所述补偿模块用于将所述受力值与预设值进行比较得到补偿值，并将所述补偿值传输给所述控制模块；

所述控制模块根据所述补偿值对所述机械手的打磨压力进行调节，使其达到所述预设值的范围。

进一步地，所述预设值包括用于打磨第一区域的第一预设值、用于打磨第二区域的第二预设值、以及用于打磨第三区域的第三预设值。

所述第一预设值的范围为45-55N，所述第二预设值的范围为20-30N，所述第三预设值的范围为25-35N。

还提供一种打磨***，包括：工作台、设于所述工作台上的打磨机械手和打磨工位；所述打磨机械手为上所述的打磨机械手；所述打磨工位包括打磨围挡和设于所述打磨围挡内的装夹治具，所述装夹治具用于装夹待打磨的工件。

根据本发明的技术方案可知，本发明的轮廓识别器，在基座上均匀设置了四个应变梁，在每个应变梁上均设置了一个应变电阻，四个应变电阻按照惠斯通电桥原理进行连接。当轮廓识别器表面加载载荷时，应变梁受力形变，由于应变电阻贴合在应变梁的表面上，应变电阻的阻值随应变梁的形变而发生改变。根据惠斯通电桥原理计算电桥压差，并根据压差计算具体的表面加载压力，由于轮廓识别器是安装于打磨机械手的，因此能够准确获知机械手的打磨压力，为后续的压力调节提供支撑数据。本发明的打磨机械手通过获取轮廓识别器的应变电阻的阻值，计算压差得到打磨机械手的打磨压力，再根据实际需要的打磨压力大小对其压力进行调节，使打磨压力稳定在预定的范围内，从而保证产品每个点、面的打磨力度，使产品的表面质量得到提高，避免打磨不透、塌边、磨痕等现象的发生。本发明的打磨***包括打磨机械手及设置在打磨机械手上的轮廓识别器，配合设置在工作台上的装夹治具，能够进一步提高打磨精度及打磨效率。

附图说明

图1为本发明实施例1的轮廓识别器的整体结构示意图。

图2为本发明实施例1的轮廓识别器的主视结构示意图。

图3为图2的A-A向剖视结构示意图。

图4为本发明实施例3的打磨***的结构示意图。

图5为图4的B处局部放大示意图。

图6为本发明实施例1的应变电阻组件的电路结构示意图。

附图中各标号的含义为：

10-轮廓识别器；20-打磨机械手；30-打磨头组件；40-工作台；50-打磨工位；100-打磨***；

11-第二本体部；12-盖环；13-第一本体部；14-应变梁；15-镂空部；16-应变电阻；17-受力面；18-支承面；21-底座；22-手臂；23-输出端；31-连接杆；32-打磨头；33-安装面；51-打磨围挡；52-装夹治具。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1：如图1至图3所示，本实施例的轮廓识别器10，用于打磨机械手20，包括基座和设于所述基座上的应变电阻组合。

所述基座为方块状，其大平面为正方形，包括呈柱状的第一本体部13、围设于所述第一本体部13外的第二本体部11、设于所述第一本体部13和第二本体部11之间的环状镂空部15、四个连接于所述第一本体部13和第二本体部11之间的应变梁14、以及分别盖设于所述镂空部15形成的圆环片的两个盖环12。

所述第一本体部13和第二本体部11均包括相对设置的支承面18和受力面17，所述支承面18用于与打磨设备固定连接，所述受力面17用于检测所受压力。

所述应变梁14均匀分布在镂空部15的圆周上。所述应变梁14设置在所述第一本体部13和第二本体部11厚度方向的中部，也就是说所述应变梁14的厚度小于第一本体部13和第二本体部11的厚度，同时，应变梁14的上、下表面均低于第一本体部13和第二本体部11的表面高度。应变梁14的厚度小于第一本体部13和第二本体部11的厚度，能够在轮廓识别器10受到外部载荷压力的作用时更易发生形变，提高检测的灵敏性。

所述应变电阻组合包括四个应变电阻16，所述四个应变电阻16按照惠斯通电桥原理进行连接(具体连接方式如图6所示)；每一个所述应变电阻16固定贴合于对应的一个应变梁14上，且所述应变电阻16设置在所述应变梁14靠近所述受力面17的一侧表面。应变电阻16与应变梁14贴合设计，使得当应变梁14发生形变时，应变电阻16与之发生同样的形变，由此发生电阻阻值的改变，后序可以根据阻值的改变计算电桥压差及计算具体的打磨压力。

两个盖环12分别盖设于镂空部15，并与第一本体部13和第二本体部11固定连接，目的是为了使轮廓识别器10具有一定的防水功能，防止轮廓识别器10内部进水损坏应变电阻组件，提高轮廓识别器10的稳定性，延长使用寿命。

本实施例的轮廓识别器10，其应变电阻组件能够通过电阻阻值的改变，进一步计算得出打磨压力值。由于其是用于打磨装置的测量工具，因此其仅需在一个维度方向上实现压力测量即可满足需求，其不具有非常高的测量精度，但能够满足打磨的精度要求。其测量功能也较为单一，仅在一个测量方向上实现压力测量，但打磨时仅存在一个方向的力度，因此，其完全可以满足打磨装置的测量需求，同时节省了制造的投入成本，结构简单，维修成本低。

本实施例的应变电阻组件的测量工作原理如下：

1、力学原理：虎克定律

或

σ＝Eε。

其中，E为材料的弹性模量，代表在外力作用下材料对弹性变形的抵抗能力。虎克定律的适用条件：应力不超过材料的比例极限；计算△L时，P、E、A均应为常数。

2、物理学原理：即应变电阻转换原理。它是基于金属导线的应变电阻效应由

可导出

式中K为电阻应变敏感材料的灵敏系数，其物理意义为单位应变的电阻变化率。在外力作用下，K受两个因素的影响：其一敏感材料几何形状变化引起的(1+2μ)项；其二敏感材料电阻率变化引起的

项。ρ的变化是由于材料产生应变时，自由电子的活动能力和数量发生变化而引起的，至今对其变化规律还没有深入研究，所以K值只能从实验求得。

3、电学原理：惠斯通电桥电路。如图6所示，由四个电阻R₁、R₂、R₃、R₄连成四边形组成的电路称为惠斯通电桥电路，AC对角线连接直流电源，称为供桥端，U_i称为供桥电压；BD对角线连接测量仪表，称为输出端，U₀称为输出电压。惠斯通电桥的作用是将桥臂的电阻变化转换成电压输出。测得此电压输出即可完成称重计量任务。

在供桥端AC施加供桥电压U_i后，便在输出端BD有一个初始电压U₀，若桥臂的电阻发生变化，则输出电压也相应变化为U₀+△U₀。惠斯通电桥用于应变式称重传感器时有如下特点：

起始状态(桥臂电阻未发生变化)时，输出电压U₀可以为零。工作时，以输出电压从零开始的变化量△U₀反映电阻的变化量，可以达到较高的分辨率，对放大、显示、记录十分有利。

温度变化等影响通过全桥连接可以相互抵消。

如果电阻应变计粘贴位置、方向和组桥合理，可以消除或减少偏心载荷、侧向载荷的影响。

容易进行各项电路补偿与调整。

利用欧姆定律和克希霍夫定律，得U₀＝I₁R₁-I₂R₄。因为

所以

下面讲解应变式称重传感器常用的全桥式等臂电桥。

设各桥臂的初始电阻为R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R，因此满足平衡条件，电桥初始处于平衡状态。

当四个桥臂电阻分别变化为R+△R₁、R+△R₂、R+△R₃、R+△R₄时，代入上式可得

或改写为

因为称重传感器是采用相同型号和规格的电阻应变计，其电阻变化率与各应变之间的关系如下：

代入(1)式可得

由于

比1小得多，可忽略不计，则(1)和(2)式可简化为：

(2)式说明：在一般情况下，恒压电桥的输出电压与弹性元件上应变之间是非线性关系，这样，载荷与输出电压之间也呈非线性关系。只有使弹性元件上电阻应变计的安装定位和电桥接线满足下列要求，即

ε₁＝ε₃＝ε；ε₂＝ε₄＝-ε (5)

(2)式中的

此时(2)式就成为U₀＝U_iKε (6)

(6)式说明，只要弹性元件上安装的电阻应变计所感受的应变值，满足(5)式的要求时，电桥的输出电压与弹性元件的应变呈线性关系。

为了得到较大的输出电压U₀，可采取如下措施：

增大电桥电压U_i。但应变计的工作电流也大，将使称重传感器产生蠕变和零漂，因此不要超过电阻应变计的最大工作电流。对于全等臂电桥，其最大桥压为

U_i(max)＝2RI_max (7)

式中R－电桥的单臂电阻，即电阻应变计电阻；I_max－电阻应变计的最大工作电流。

例如I_max＝20mA，则U_i(max)＝2×350×0.02＝14V

增大桥臂电阻或减小通过应变计的电流。

增大应变计的灵敏系数K值。

在弹性元件上粘贴应变计及组焊电桥时，应使应变ε₁、ε₃和ε₂、ε₄的符号相反，这样式(2)中分子值就大。

电桥的输出电压与被测应变在电桥一个桥臂上引起的电阻变化率之间的比值，称为电桥的灵敏度S_u。

令

则

式中n为电桥的工作臂系数。

单臂工作电桥：只有R₁为工作桥臂，电阻变化为R+△R，其余各臂为固定电阻R，且△R₂＝△R₃＝△R₄＝0，则(3)式变为

双臂(相邻臂或相对臂)工作电桥：以相邻臂为例，电桥的R₁、R₂为工作桥臂，且有电阻增量△R₁＝△R、△R₂＝－△R，R₃、R₄桥臂为固定电阻R，其增量△R₃＝△R₄＝0，则(3)式变为

四臂工作电桥：为全桥差动电路。R₁、R₂、R₃、R₄皆为工作臂，其电阻增量△R₁＝△R₃＝△R，△R₂＝△R₄＝－△R，则(3)式变为

由上述推导，可以得出四臂工作电桥的灵敏度是双臂工作电桥的2倍，是单臂工作电桥的4倍。应变式称重传感器多采用全桥式等臂电桥，其原因是电桥的工作臂系数n＝4，电桥的灵敏度最高。等臂电桥的各桥臂参数一致，各种干扰造成的影响容易相互抵消。

实施例2：如图4和图5所示，本实施例的打磨机械手20，包括机械手和设于所述机械手输出端23的打磨头组件30，所述打磨头组件30包括实施例1所述的轮廓识别器10。

所述机械手包括底座21、设于底座21上的手臂22、设于手臂22末端的输出端23、以及机械手控制***(未示出)。

所述机械手控制***和所述应变电阻组合电连接，所述机械手控制***包括接收模块、计算模块、补偿模块、以及控制模块。

所述接收模块用于接收所述应变电阻组合的阻值测量数据。

所述计算模块用于根据所述阻值测量数据计算受力值。

所述补偿模块用于将所述受力值与预设值进行比较得到补偿值，并将所述补偿值传输给所述控制模块。

所述控制模块根据所述补偿值对所述机械手的打磨压力进行调节，使其达到所述预设值的范围。

所述打磨头组件30包括安装座、分别设于所述安装座不同表面上的打磨头32、以及设于所述打磨头32和所述安装座之间的所述轮廓识别器10；每个所述打磨头32的打磨精度不同。

具体地，在本实施例中，所述打磨头32的安装座为六面体状，包括六个安装面33，其中一个安装面33上设置了连接杆31，打磨头组件30通过该连接杆31与机械手的输出端23固定连接。与所述连接杆31所在安装面33垂直的三个连续相邻的安装面33上分别设有一个打磨头32，每个打磨头32与对应的安装面33之间均连接有一个所述轮廓识别器10。轮廓识别器10的受力面17朝向打磨头32设置，以接受来自外部的载荷压力。在其它实施例中，如有需要也可以在相邻的四个安装面33上分别设置一个打磨头32，或者，仅在其中的一个或两个安装面33上设置打磨头32。多个打磨头32可以设置成多个不同的打磨精度或者相同的打磨精度，具体根据实际打磨需求设置。打磨头32的打磨端设置有打磨砂纸，打磨砂纸越细打磨精度越高，打磨砂纸越粗打磨精度越低。

由于在对产品进行打磨时，打磨的部位不同，打磨的精度要求也不同，同时，由于打磨部位的形状及打磨的难易程度不同，对打磨的力度要求也不相同。因此，发明人研究发现，在打磨笔记本外壳产品时，将整个产品分为三个区域，分别是第一区域、第二区域和第三区域，第一个区域位于外壳的中部，第二区域位于产品的四周边缘处，第三区域位于第一区域和第二区域之间。第一区域整个为平面状，第二区域和第三区域均带有一定的弧度。第一区域的打磨力度控制在45-55N范围时能够满足其精度要求，第二区域的打磨力度控制在20-30N范围时能够满足其精度要求，第三区域的打磨力度控制在25-35N范围时能够满足其精度要求。

因此，在本实施例中，机械手控制***的所述预设值包括用于打磨第一区域的第一预设值、用于打磨第二区域的第二预设值、以及用于打磨第三区域的第三预设值。

所述第一预设值的范围为45-55N，所述第二预设值的范围为20-30N，所述第三预设值的范围为25-35N。

本实施例的工作原理如下：首先，根据待打磨工件的打磨区域设置不同的打磨预设值。

比如，首先对产品的第一区域进行打磨，打磨头32与第一区域表面接触后，通过轮廓识别器10实时测量打磨接触面的打磨压力，机械手控制***将轮廓识别器10传输的打磨压力值与第一预设值进行比较，对打磨压力进行实时调节，使打磨机械手20每打磨一处的打磨压力值均保持在预设范围内。打磨其它区域时，方法类似，只是将打磨压力值与该区域的预设值进行比较即可。

本实施例的打磨机械手20能够对打磨压力进行实时调节，从而保证了打磨的精准度，提高了产品的表面质量。比如，打磨头32接触点高于周边位置，检测的打磨压力值大于预设值，此时，机械手控制***将打磨压力减小至正常范围；打磨头32打磨到低洼处时，检测到的打磨压力值小于预设值，此时，机械手控制***将打磨压力增大至正常范围。这样就可以避免传统打磨方法中存在的低洼处过打磨，凸起处打磨不到位的现象。

实施例3：如图4所示，本实施例的打磨***100包括工作台40、设于所述工作台40上的打磨机械手20和打磨工位50。所述打磨机械手为实施例2所述的打磨机械手20.

所述打磨工位50包括打磨围挡51和设于所述打磨围挡51内的装夹治具52，所述装夹治具52用于装夹待打磨的工件。装夹治具52能够对装夹的产品进行调节，使产品的表面处于合适的位置，比如调节产品表面的水平度、侧面的平行度等，同时装夹的位置避开产品的待打磨部位，避免打磨时与治具发生干涉。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种轮廓识别器，用于打磨机械手，其特征在于，包括：基座和设于所述基座上的应变电阻组合；

所述基座包括柱状的第一本体部、围设于所述第一本体部外的第二本体部、设于所述第一本体部和第二本体部之间的环状镂空部、以及四个连接于所述第一本体部和第二本体部之间的应变梁；所述应变梁均匀分布在镂空部的圆周上；

所述应变电阻组合包括四个应变电阻，所述四个应变电阻按照惠斯通电桥原理进行连接；每一个所述应变电阻固定贴合于对应的一个应变梁上。

2.根据权利要求1所述的轮廓识别器，其特征在于：所述第一本体部和第二本体部均包括相对设置的支承面和受力面，所述支承面用于与打磨设备固定连接，所述受力面用于检测所受压力。

3.根据权利要求2所述的轮廓识别器，其特征在于：所述应变梁设置在所述第一本体部和第二本体部厚度方向的中部；所述应变电阻设置在所述应变梁靠近所述受力面的一侧表面。

4.根据权利要求1所述的轮廓识别器，其特征在于：所述基座还包括两个盖环，所述盖环分别盖设于所述镂空部形成的圆环处，并分别与第一本体部和第二本体部固定连接。

5.一种打磨机械手，其特征在于：包括机械手和设于所述机械手输出端的打磨头组件，所述打磨头组件包括权利要求1至4任意一项所述的轮廓识别器。

6.根据权利要求5所述的打磨机械手，其特征在于：所述打磨头组件包括安装座、分别设于所述安装座不同表面上的打磨头、以及设于所述打磨头和所述安装座之间的所述轮廓识别器；每个所述打磨头的打磨精度不同。

7.根据权利要求5所述的打磨机械手，其特征在于：还包括机械手控制***，所述机械手控制***和所述应变电阻组合电连接；所述机械手控制***包括接收模块、计算模块、补偿模块、以及控制模块；

所述接收模块用于接收所述应变电阻组合的阻值测量数据；

所述计算模块用于根据所述阻值测量数据计算受力值；

所述补偿模块用于将所述受力值与预设值进行比较得到补偿值，并将所述补偿值传输给所述控制模块；

所述控制模块根据所述补偿值对所述机械手的打磨压力进行调节，使其达到所述预设值的范围。

8.根据权利要求7所述的打磨机械手，其特征在于：所述预设值包括用于打磨第一区域的第一预设值、用于打磨第二区域的第二预设值、以及用于打磨第三区域的第三预设值。

9.根据权利要求8所述的打磨机械手，其特征在于：所述第一预设值的范围为45-55N，所述第二预设值的范围为20-30N，所述第三预设值的范围为25-35N。

10.一种打磨***，其特征在于，包括：工作台、设于所述工作台上的打磨机械手和打磨工位；所述打磨机械手为权利要求5至9任意一项所述的打磨机械手；所述打磨工位包括打磨围挡和设于所述打磨围挡内的装夹治具，所述装夹治具用于装夹待打磨的工件。

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