一种船体钢板打磨设备及其加工工艺的制作方法

1.本发明涉及船体加工设备技术领域，具体涉及一种船体钢板打磨设备及其加工工艺。


背景技术：

2.目前，船体的装配通过钢板拼合焊接，钢板的拼接处加工形成特定的槽口，以进行钢板拼接，在船体装配前，还需要对钢板上的槽口进行打磨打工，以保证钢板的焊接拼接平整，现有技术中的钢板打磨，通常是采用人工固定的方式，将钢板通过模头压紧之后，工人手持打磨头沿槽口曲线进行打磨，工作效率低，且人工定位和打磨精度低，并且，现有技术中的打磨设备无法直接应用至具有特定外形的船体钢板中。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种船体钢板打磨设备及其加工工艺，增加船板的打磨效率和打磨工作的稳定性。
4.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种船体钢板打磨设备，包括：
5.上料工位，用于供不同尺寸的钢板堆叠码垛；
6.移载机械手，所述移载机械手转运上料工位处的钢板至打磨工位和下料工位，且所述移载机械手上设有图像采集模组，所述图像采集模组采集钢板的轮廓；
7.打磨工位，包括立架，位于立架上方的打磨机器人，以及设于立架上的工装板，
8.所述工装板上设有支承在钢板末端的限位组件，以及作用在钢板上表面和下表面的夹紧组件，所述工装板具有保持钢板在水平状态的第一位置，以及保持钢板在竖直状态的第二位置；
9.所述打磨机器人上设有激光扫描模组，所述图像采集模组发送图像信息至激光扫描模组，所述打磨机器人移动并扫描钢板以获得加工轮廓，所述打磨机器人沿加工轮廓打磨钢板；
10.下料工位，用于承接打磨后的钢板。
11.进一步，所述打磨工位的两侧均设有上料工位、移载机械手和下料工位，所述打磨机器人下方还设移动架，所述移动架的两端均设有立架，所述立架沿移动架线性可移动的设置。
12.进一步，所述打磨机器人包括打磨头和套设于打磨头外的定位架，所述打磨头具有伸出在其外轮廓处的打磨部位，以及位于其轴向端部的定位部，所述定位架具有位于打磨头外周的多个定位柱，所述定位柱与钢板弹性的定位相抵。
13.进一步，所述定位柱端部设有钢珠，所述定位柱内设有与钢珠弹性的配合接触的压力传感器。
14.进一步，所述限位组件包括滑动设置在工装板上的第一限位挡板，以及固定在工
装板末端两侧的第二限位挡板，且所述工装板和第一限位挡板上设有位置传感器，所述图像采集模组与位置传感器信号连接，所述第一限位挡板调节钢板的末端位置，以使待加工部位伸出在工装板的外部。
15.进一步，所述夹紧组件包括布置在限位组件前部的多个磁吸模组，布置在限位组件两侧的肘夹模组，以及用于驱动肘夹模组夹紧或松开的松紧气缸，多个所述磁吸模组磁力可调节的设置，多个所述磁吸模组吸附代加工钢板下表面，所述肘夹模组压紧钢板上表面。
16.进一步，所述钢板呈“凵”字型设置，位于“凵”型的上部具有第一打磨曲线，位于“凵”型的下部两端具有第二打磨曲线，所述第一打磨曲线由中部平直面以及圆弧连接在平直面两端的弧面组成，所述第二打磨曲线单个圆弧切角构成，所述移载机械手上设有多个磁吸模组，所述移载机械手与工装板上的磁吸模组与钢板的轮廓对应。
17.一种船体钢板打磨设备的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
18.s1钢板上料：移载机械手移动至上料工位上方，图像采集模组获取当前钢板尺寸，移载机械手根据钢板尺寸选择磁吸模组吸附钢板待加工部位的中部和两侧端，其余磁吸模组关闭，移载机械手转运钢板至打磨工位处；
19.s2钢板定位：工装板保持在水平的第一状态，移载机械手钢板与工装板上中部的磁吸模组对中，第一限位挡板动作并与钢板的平直面相抵限位，关闭移载机械手处磁吸模组，打开工装板处磁吸模组，肘夹模组压紧钢板在工装板上；
20.s3钢板扫描：工装板翻转至竖直的第二状态，钢板以竖立的状态将表面露置，打磨机器人移动，由激光扫描模组扫描钢板轮廓并生成打磨轨迹；
21.s4钢板打磨：所述打磨头为浮动打磨头，所述打磨头与打磨机器人之间连接有六维力控传感器，打磨机器人控制打磨头轴向与钢板法向对齐，并移动打磨头至打磨轨迹起点位置，微距调动打磨头，使定位柱与钢板表面保持弹性抵接后开始打磨，六维力控传感器实时检测打磨力，并调整打磨头在六维方向上的力矩；
22.s5钢板下料：打磨机器人和限位组件回位，关闭工装板上磁吸模组，移载机械手定位吸附成品钢板并将钢板转运至下料工位。
23.进一步，在步骤s3中，还包括局部打磨，所述激光扫描模组扫描钢板外轮廓并与预期钢板加工部位处尺寸对比，获得待打磨区域，并以待打磨区域建立坐标系，设立待打磨区域极限位置为打磨部位切面的初始位置。
24.进一步，所述定位架对应每个定位柱均设有压力传感器或位移传感器，在步骤s4中，若定位柱之间获得数据大于预设值，则反馈信号至打磨机器人或工装板，以纠正钢板法向与打磨头轴向平行。
25.与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：通过移载机械手上的磁吸模组吸附钢板进而完成钢板的上料，移载机械手上的磁吸模组应对不同尺寸的钢板选择性的开启部分电磁铁，进而保证钢板吸附的稳定性；
26.钢板通过第一限位挡板完成末端定位和找平，通过第一限位挡板的移动适应不同尺寸的钢板的定位装夹，通过工装板上的磁吸模组和第一限位挡板上的肘夹模组对钢板的上下表面施加压力，进而保证钢板在打磨过程中的位置稳定性，同时，通过工装板的位置转换，使得钢板可以以竖直或是水平状态进行打磨，通过线性可移动的立架，沿长度方向对钢
板的打磨空间进行补偿，以避免不同尺寸的钢板在打磨中的干涉，增加打磨空间的灵活性；
27.在上料过程中对钢板进行图像采集，通过打磨机器人上的激光扫描模组扫描钢板生成打磨轨迹和打磨区域，进而完成对钢板的打磨工作；
28.在打磨机器人的下方设置两个打磨工位，当一侧的移载机械手将钢板转运至打磨工位进行打磨时，另一侧的移载机械手同步进行上料动作，同时，当一侧的移载机械手将打磨后的钢板转运下料时，打磨机器人进入另一侧的打磨工位进行打磨工作，使得两个打磨工位连续进行，增加钢板的工作效率。
附图说明
29.图1为本发明的整体结构示意图；
30.图2为本发明的俯视图；
31.图3为本发明的移载机械手和钢板的示意图；
32.图4为本发明的移载机械手与钢板的配合示意图；
33.图5为本发明的打磨机器人的结构示意图；
34.图6为图5中a处的放大图
35.图7为本发明的打磨工位的结构示意图；
36.图8为本发明的工装板的结构示意图；
37.图9为本发明的工装板在竖直的第二位置的结构示意图；
38.图10为本发明的打磨头和钢板的打磨示意图；
39.图11为本发明的工装板的结构示意图；
40.图12为本发明的工装板底部铰接位置的结构示意图；
41.图13为本发明的移动架的结构示意图；
42.图中：1、上料工位；2、移载机械手；2.1、图像采集模块；2.2、第一电磁铁；3、打磨工位；3.1、立架；3.11、第三铰接座；3.2、工装板；3.21、第一铰接座；3.22、第二铰接座；3.3、电缸；3.4、防尘盖；3.5、支撑挡板；3.6、支撑气缸；4、打磨机器人；4.1、激光扫描模组；4.2、打磨头；4.21、打磨部位；4.3、定位架；4.31、定位柱；4.32、钢珠；4.33、压力传感器；5、下料工位；6、限位组件；6.1、第一限位挡板；6.2、第二限位挡板；6.3、位置传感器；7、夹紧组件；7.1、第二电磁铁；7.2、肘夹模组；7.3、松紧气缸；8、钢板；8.1、第一打磨曲线；8.2、第二打磨曲线；9、移动架；9.1、轨道；9.2、齿条；10、线性驱动装置；10.1、滑轨滑块模组；10.2、齿轮；10.3、电机；11、料盒；12、安装板；12.1、主动齿轮；12.2、驱动电机；12.3、滑动块；
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.应当理解尽管在本文中出现了术语上、中、下、顶端、一端等以描述各种元件，但这些元件不被这些术语限制。这些术语仅用于将元件彼此区分开以便于理解，而不是用于定义任何方向或顺序上的限制。
45.如图1-13所示，一种船体钢板8打磨设备，包括：
46.上料工位1，用于供不同尺寸的钢板8堆叠码垛，其中，钢板8呈“凵”型；
47.移载机械手2，所述移载机械手2转运上料工位1处的钢板8至打磨工位3和下料工位5，且所述移载机械手2上设有图像采集模组，所述图像采集模组采集钢板8的轮廓；
48.打磨机器人4，位于打磨工位3上方，所述打磨机器人4上设有激光扫描模组4.1，所述图像采集模组发送图像信息至激光扫描模组4.1，所述打磨机器人4移动并扫描钢板8以获得加工轮廓，所述打磨机器人4沿加工轮廓打磨钢板8；
49.打磨工位3，包括立架3.1，以及设于立架3.1上的工装板3.2，
50.所述工装板3.2上设有支承在钢板8末端的限位组件6，以及作用在钢板8上表面和下表面的夹紧组件7，所述工装板3.2具有保持钢板8在水平状态的第一位置，以及保持钢板8在竖直状态的第二位置，在钢板8转运时，工装板3.2保持第一位置，方便钢板8定位和转运，在打磨加工时，钢板8保持第二位置，以适应打磨机器人4位置需要，作为可选的，由于打磨机器人4可沿多轴动作，钢板8也可以水平状态进行打磨；
51.下料工位5，用于承接打磨后的钢板8。
52.在本实施例中，为了增加钢板8打磨和转运的工作效率，所述打磨工位3的数量为两个，打磨机器人4位于两个打磨工位3之间，每个打磨工位3的外侧均设有上料工位1、移载机械手2和下料工位5，所述打磨机器人4下方还设移动架9，打磨工位3上的立架3.1沿线性可移动的设置在移动架9上。
53.通过该种方式，在打磨机器人4的下方设置两个打磨工位3，当一侧的移载机械手2将钢板8转运至打磨工位3进行打磨时，另一侧的移载机械手2同步进行上料动作，同时，当一侧的移载机械手2将打磨后的钢板8转运下料时，打磨机器人4进入另一侧的打磨工位3进行打磨工作，使得两个打磨工位3连续进行，增加钢板8的工作效率。
54.通过移载机械手2上的磁吸模组吸附钢板8进而完成钢板8的上料，移载机械手2上的磁吸模组应对不同尺寸的钢板8选择性的开启部分电磁铁，进而保证钢板8吸附的稳定性；
55.同时，通过工装板3.2的位置转换，使得钢板8可以以竖直或是水平状态进行打磨，通过线性可移动的立架3.1，沿长度方向对钢板8的打磨空间进行补偿，以避免不同尺寸的钢板8在打磨中的干涉，增加打磨空间的灵活性；
56.在上料过程中对钢板8进行图像采集，通过打磨机器人4上的激光扫描模组4.1扫描钢板8生成打磨轨迹和打磨区域，进而完成对钢板8的打磨工作。
57.如图3和图4所示，所述钢板8呈“凵”字型设置，位于“凵”型的上部具有第一打磨曲线8.1，位于“凵”型的下部两端具有第二打磨曲线8.2，所述第一打磨曲线8.1由中部平直面以及圆弧连接在平直面两端的弧面组成，所述第二打磨曲线8.2单个圆弧切角构成。
58.作为移载机械手2吸附钢板8的一种实施方式，为了保证移载机械手2吸附钢板8的稳定性，并应对不同尺寸大小的钢板8。在移载机械手2上设有多个磁吸模组，所述移载机械手2与工装板3.2上的磁吸模组与钢板8的轮廓对应，其中，移载机械手2上的磁吸模组包括多个第一电磁铁2.2，第一电磁铁2.2分布在移载机械手2的两侧和中部，位于两侧的第一电磁铁2.2沿前后方向依次布置，对应钢板8的两侧，位于中部的第一电磁铁2.2左右依次布置，对应钢板8中部。
59.在上述实施例中，移载机械手2的两侧还设有接近传感器，以提示磁吸模组靠近钢板8。
60.如图5，图6和图10所示，所述打磨机器人4包括打磨头4.2和套设于打磨头4.2外的定位架4.3，所述打磨头4.2具有伸出在其外轮廓处的打磨部位4.21，以及位于其轴向端部的定位部，所述定位架4.3具有位于打磨头4.2外周的多个定位柱4.31，在打磨过程中，所述定位柱4.31与钢板8的端面弹性的定位相抵，打磨部位4.21转动并沿第一打磨曲线8.1和第二打磨曲线8.2移动。
61.具体的，所述定位柱4.31端部设有钢珠4.32，所述钢珠4.32与钢板8端面相抵，以减少打磨机器人4在移动过程中与钢板8之间的摩擦阻力，所述定位柱4.31内设有与钢珠4.32弹性的配合接触的压力传感器4.33，由于在打磨过程中钢板8为竖直状态，通过压力传感器4.33检测打磨头4.2的平面度，若各个压力传感器4.33之间的压力检测竖直误差过大，则判断打磨头4.2轴向与钢板8法向没有对齐，需重新校正定位。
62.在本实施例中，作为钢板8在工装板3.2上末端限位的一种实施方式，所述限位组件6包括滑动设置在工装板3.2上的第一限位挡板6.1，以及固定在工装板3.2末端两侧的第二限位挡板6.2，第一限位挡板6.1呈l型设置，通过固定在工装板3.2上的线性驱动装置10来驱动其移动，第一限位挡板6.1的活动设置实质上是为了适应不同尺寸的钢板8，通过调节第一限位挡板6.1的位置使得钢板8的第一打磨曲线8.1伸出在工装板3.2外部，进而进行打磨，第二限位挡板6.2实质上为了限定钢板8的最大限位位置。
63.钢板8通过第一限位挡板6.1完成末端定位和找平，通过第一限位挡板6.1的移动适应不同尺寸的钢板8的定位装夹。
64.作为可选的，线性驱动装置10包括固定在工装板3.2两侧的滑轨滑块模组10.1，以及设于两个滑轨滑块模组10.1之间的齿轮10.2和电机10.3，所述第一限位挡板6.1底部连接有一齿条9.2，通过齿轮10.2齿条9.2驱动第一限位挡板6.1在工装板3.2上行进。
65.在本实施例中，为实现第一限位挡板6.1根据钢板8尺寸的自动调节，所述工装板3.2和第一限位挡板6.1上设有位置传感器6.3，所述图像采集模组与位置传感器6.3信号连接，所述第一限位挡板6.1调节钢板8的末端位置，以使待加工部位伸出在工装板3.2的外部。
66.如图7、图8和图11所示，在本实施例中，作为钢板8在工装板3.2上固定的一种实施方式，所述夹紧组件7包括布置在限位组件6前部的多个磁吸模组，布置在限位组件6两侧的肘夹模组7.2，以及用于驱动肘夹模组7.2夹紧或松开的松紧气缸7.3，所述磁吸模组包括多个第二电磁铁7.1，由多个第二电磁铁7.1对钢板8下表面施加向下压紧的吸力，通过肘夹模组7.2对钢板8的上表面施加向下压紧的压力，进而保证钢板8在打磨过程中的位置稳定性。
67.如图7所示，在本实施例中，工装板3.2为适应不同尺寸的钢板8，第二电磁铁7.1关于钢板8的轮廓依次布置，其中，在工装板3.2的两侧分别设置第二电磁铁7.1，第二电磁铁7.1沿前后布置并靠近第二限位挡板6.2，位于工装板3.2的中部，即两个滑轨滑块模组10.1的中部设置第二电磁铁7.1，在该第二电磁铁7.1的两侧留置有供其他第二电磁铁7.1安装的缺口。
68.另外的，在工装板3.2的两侧还设有接近传感器，工装板3.2上的第二电磁铁7.1根据钢板8尺寸可选择的打开。
69.在上述实施例中，移载机械手2和工装板3.2上的每个磁吸模组的磁力均可调节的设置，从而控制在打磨过程中钢板8的扭矩。
70.如图9和图12所示，作为工装板3.2从第一位置切换至第二位置的一种实施例，在工装板3.2底部设有第一铰接座3.21和第二铰接座3.22，在立架3.1底部设有第三铰接座3.11，第一铰接座3.21与第三铰接座3.11之间设有电缸3.3，所述电缸3.3底部铰接在第三铰接座3.11上，所述电缸3.3的动作端铰接在第一铰接座3.21上，工装板3.2通过第二铰接座3.22铰接在立架3.1的顶部，在电缸3.3伸出状态下，支撑工装板3.2在水平的第一位置，在电缸3.3收回状态下，支撑工装板3.2竖直的第二位置。
71.作为可选的，所述立架3.1上设有遮盖在电缸3.3上方的防尘盖3.4，所述防尘盖3.4斜向下布置。
72.作为可选的，为了保证在打磨大尺寸钢板8时的稳定性，所述立架3.1上位于工装板3.2的前部设有支撑挡板3.5，以及用于驱动支撑挡板3.5伸出的支撑气缸3.6，打磨大尺寸钢板8时，若打磨部位4.21过度伸出在工装板3.2外，导致钢板8容易前倾，在水平的第一位置下，支撑气缸3.6驱动支撑挡板3.5伸出，并支撑在钢板8底部。
73.在本实施例中，所述立架3.1后部还设有料盒11，所述工装板3.2在竖直的第二位置下，所述料盒11位于工装板3.2底部的正下方，从而承接打磨的废屑，进一步的，在料盒11的中部设有一个开口和盖体，通过拆卸盖体对料盒11进行清理。
74.如图13所示，作为打磨工位3在移动架9上线性移动的一种实施方式，所述移动架9上设有轨道9.1，所述立架3.1通过一安装板12和位于安装板12底部的滑动块12.3设置在轨道9.1上，且所述安装板12上还设有主动齿轮12.110.2和用于驱动其转动的驱动电机12.210.3，所述移动架9上沿线性设有齿条9.2，在图13的右侧打磨工位3上，为显示主动齿轮12.110.2，隐藏安装板12。
75.一种船体钢板8打磨设备的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
76.s1钢板8上料：移载机械手2移动至上料工位1上方，图像采集模组获取当前钢板8尺寸，移载机械手2根据钢板8尺寸选择磁吸模组吸附钢板8待加工部位的中部和两侧端，其余磁吸模组关闭，移载机械手2转运钢板8至打磨工位3处；
77.s2钢板8定位：工装板3.2保持在水平的第一状态，移载机械手2钢板8与工装板3.2上中部的磁吸模组对中，第一限位挡板6.1动作并与钢板8的平直面相抵限位，关闭移载机械手2处磁吸模组，打开工装板3.2处磁吸模组，肘夹模组7.2压紧钢板8在工装板3.2上，在该步骤中，设定钢板8尺寸范围，若图像采集钢板8尺寸超出预期范围，则支撑挡板3.5工作，在钢板8定位时伸出；
78.s3钢板8扫描：工装板3.2翻转至竖直的第二状态，钢板8以竖立的状态将表面露置，打磨机器人4移动，由激光扫描模组4.1扫描钢板8轮廓并生成打磨轨迹；
79.s4钢板8打磨：所述打磨头为浮动打磨头，所述打磨头与打磨机器人之间连接有六维力控传感器，打磨机器人4控制打磨头4.2轴向与钢板8法向对齐，并移动打磨头4.2至打磨轨迹起点位置，微距调动打磨头4.2，使定位柱4.31与钢板8表面保持弹性抵接后开始打磨，在打磨和移动过程中，通过定位柱4.31内的压力传感器4.33对钢板8表面实时检测，根据压力差调整打磨头4.2位置，六维力控传感器实时检测打磨力，并调整打磨头在六维方向上的力矩，保证打磨质量；
80.s5钢板8下料：打磨机器人4和限位组件6回位，关闭工装板3.2上磁吸模组，移载机械手2定位吸附成品钢板8并将钢板8转运至下料工位5。
81.作为激光扫描模组4.1生成打磨轨迹的一种方式，所述打磨机器人4还包括控制模组和存储库，所述存储库内存储有不同尺寸钢板8的各个标准的成品尺寸，根据图像采集模组得到钢板8尺寸和轮廓，选取对应的成品钢板8图像，通过激光扫描模组4.1得到打磨轨迹的起点。
82.所述控制模组通过激光扫描模组4.1判断钢板8上各个点位的打磨区间，若各个点位均位于打磨区间内，则打磨机器人4控制打磨头4.2从第一打磨曲线8.1的顶部起点行进至顶部终点进行打磨，通过设定打磨进给量进行打磨。
83.具体的，在步骤s3中，还包括局部打磨，所述激光扫描模组4.1扫描钢板8外轮廓并与预期钢板8加工部位处尺寸对比，若在钢板8的待打磨曲线上多个点位位于打磨区间外，则多个点位形成点阵，从而获得待打磨区域，并以待打磨区域建立坐标系，若为第一打磨曲线8.1，设立待打磨区域的顶部极限位置为打磨部位4.21切面的初始位置，为待打磨区域为第二打磨曲线8.2，则设立待打磨区域的底部极限位置为打磨部位4.21切面的初始位置，打磨头4.2从下方行进。
84.具体的，所述定位架4.3对应每个定位柱4.31均设有压力传感器4.33或位移传感器，在步骤s4中，若定位柱4.31之间获得数据大于预设值，则反馈信号至打磨机器人4或工装板3.2，以纠正钢板8法向与打磨头4.2轴向平行。
85.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。