一种基于力控及视觉技术的智能打磨装置的制作方法

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系统和打磨抛光头组成，进给系统如关节机器人、直角机器人、并联机构及机床的伺服进给系统等，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，缺乏可靠的控制系统和传感系统，无法实现恒力磨削，与进给系统缺乏相互作用、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。

技术实现要素：

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，通过力控与视觉系统对打磨情况进行感知，反馈给进给系统做出实时调整；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系统(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，通过力控与视觉系统对打磨情况进行感知，反馈给进给系统做出实时调整，保证进给系统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系统(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系统(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系统，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。