一种圆形刀片自动打磨系统及其打磨方法与流程

1.本发明涉及刀片打磨装置技术领域，特别涉及一种圆形刀片自动打磨系统及其打磨方法。


背景技术：

2.随着机器视觉和工业机器人在打磨抛光行业的快速发展，加工制造方面的智能化、自动化、低成本化已经成为科技进步的一种趋势，而实现生产过程的自动化和智能化是企业需要考虑的重点。
3.传统的圆形刀片打磨方式为人工配合半自动的打磨装置，已经无法满足现状，现有技术的打磨节拍取决于工人的熟练程度、技巧以及体能，严重影响产品的生产效率；其中砂轮磨损后的进给量补偿依靠工人抽检尺寸和经验来调整，容易造成一定量的产品尺寸超差，产品不合格率较高；且打磨装置均为单头打磨，产能低。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种圆形刀片自动打磨系统，可实现高效的刀片自动生产。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种圆形刀片自动打磨系统，包括设备主体，所述设备主体中设有上下料装置、自转机构、压料装置和打磨机构，所述自转机构包括若干自转转轴以及驱动转轴转动的自转驱动件，自转转轴上连接工件支撑块；压料装置包括若干上下移动的转动压料头，压料头将刀片压紧于对应的工件支撑块上，并跟随刀片和自转转轴一同转动；所述打磨机构对自转机构上的一组刀片进行打磨，上下料装置用于对自转机构进行上下料操作。
6.更进一步地，所述设备主体中还设有视觉检测机构，根据圆形刀片打磨节拍，实时拍摄刀片被打磨后的照片/拍摄打磨好的刀片，计算出砂轮磨损后所需的进给补偿量，并反馈给打磨机构的进给驱动电机。
7.更进一步地，所述上下料装置包括储料机构，上下料装置将打磨结束的刀片下料入储料机构中。
8.更进一步地，所述储料机构包括若干储料工位，储料工位中包括至少一个ok工位和一个ng工位，视觉检测机构根据刀片打磨结束的照片，将刀片质量检测结果反馈给上下料装置或储料机构，并据此将打磨结束的刀片放置在对应的ok工位或ng工位。
9.更进一步地，所述储料机构包括储料转盘，各个储料工位绕设于储料转盘的转动中心，通过储料转盘的转动将ok工位或ng工位转动至上下料装置的最终下料位置。
10.更进一步地，所述上下料装置还包括供料机构和抓取机构，抓取机构将刀片从供料机构上夹取至自转机构上，并将打磨好的圆形刀片从自转机构上夹取至储料机构上。
11.更进一步地，所述供料机构包括料筒以及推料板，料筒内叠放刀片，推料板上开设
推料槽，推料板往复推动于料筒下方，且每次向外推动时，仅将料筒内最下方的一个刀片推出，供抓取机构夹取至自转机构上。
12.更进一步地，所述抓取机构包括抓取转轴，抓取转轴上端连接气缸组安装板，气缸组安装板上连接两个升降气缸，升降气缸上端分别连接伸缩气缸，两伸缩气缸输出方向呈a角分布，其为输出端分别连接至第一夹爪组和第二夹爪组，储料机构、自转机构、供料机构三者与抓取转轴的连线中，相邻连线夹角为a角；所述第一夹爪组抓取供料机构中的待加工刀片、第二夹爪组抓取自转机构中加工好的刀片后，抓取转轴驱动气缸组安装板旋转a角，而后第一夹爪组控制待加工刀片放置于自转机构、第二夹爪组控制加工好的刀片放置于储料机构。
13.更进一步地，所述设备主体中还设有中转定位台，中转定位台上设有若干上小下大的圆锥状定位柱，定位柱底部直径与刀片内径相匹配，上下料装置将刀片放置于中转定位台对应的定位柱外定位后，再移动至自转机构上。
14.更进一步地，所述打磨机构包括打磨砂轮、驱动打磨砂轮分别沿x、y、z轴移动的砂轮驱动装置，x、y轴方向的砂轮驱动装置控制打磨砂轮给到刀片的打磨进给量，z轴方向的砂轮驱动装置控制打磨砂轮依次给自转机构上的一组刀片进行打磨。
15.本发明还公开了一种圆形刀片自动打磨方法，包括如下步骤：s1：供料机构检测料筒是否有料，当料筒的刀片充足时，推料板动作，将料筒最下方的一层刀片推出；s2：抓取机构的第一夹爪组在供料工位夹取待加工刀片，在中转定位工位处定位好后重新夹住，同时第二夹爪组在自转工位夹取打磨好的刀片，而后第一夹爪组与第二夹爪组移动，将待加工刀片放置于自转机构、打磨好的刀片放置于储料机构，同步完成刀片上料和下料，动作完成后复位，待供料机构推出下一片刀片、打磨动作完成后继续上下料；s3：待刀片上料至自转机构后，转动压料头下移，将刀片压紧在工件支撑块上，然后自转轴快速转动，转动压料头也同步转动；s4：打磨机构根据初始化好的参数，通过x、y砂轮驱动装置完成进给，打磨砂轮在z轴方向的砂轮驱动装置的作用下沿z轴移动，依次完成一组刀片的打磨；s5：视觉检测机构通过相机对打磨好的刀片进行拍照，并计算出刀片刃宽补偿量反馈给打磨机构的x、y伺服电机，对下一次的刀片的打磨进行补偿；s6：重复步骤s2~s5，依次循环。
16.综上所述，本发明具有以下有益效果：1、本发明装置通过弹夹式供料机构、夹爪式夹取机构和伺服控制储料机构，实现了圆形刀片的自动上料和选择性下料，提高了打磨的生产效率；2、本发明装置通过进给量可调的打磨机构，并利用视觉检测机构，在线监测刀片打磨尺寸，实时反馈并及时调整打磨进给量，形成闭环控制，提高了刀片的合格率；针对目前圆形刀片生产效率和质量方面的不足，本发明可实现高效的刀片自动生产，同时利用视觉检测功能，自动补偿砂轮磨损量，使刀片的尺寸精度控制在公差范围内本发明装置通过主轴式自转机构，实现了三片圆形刀的同时打磨，既保证了刀片的同心轴度要求，由提高了刀片的产能。
附图说明
17.图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明中上下料装置部分的结构示意图；图3是本发明中供料机构部分的结构示意图；图4是图3中i部分的放大示意图；图5是本发明中抓取机构部分的结构示意图；图6是本发明中储料机构部分的结构示意图；图7是本发明中中转定位台部分的结构示意图；图8是本发明中自转机构与打磨机构部分工作时的结构示意图；图9是本发明中自转机构转轴部分的结构示意图；图10是本发明中压料机构部分的结构示意图；图11是本发明中打磨机构部分的结构示意图；图12是本发明中视觉检测机构部分的原理示意图；图13是本发明中圆形刀片自动打磨流程示意图。
18.图中，1、设备主体；11、水箱；12、安装面板；13、电控柜；2、供料机构；21、配重块；22、料筒；23、刀片；24、推料板；25、推料气缸；3、中转定位台；31、定位柱；32、定位柱安装板；33、竖直气缸；34、气缸安装板；4、储料机构；41、储料杆；42、储料转盘；43、储料安装座；44、储料伺服电机；45、第一同步带轮组；46、储料旋转轴；5、抓取机构；51、伸缩气缸；52、夹爪气缸；53、夹爪模块；54、升降气缸；55、齿轮；56、旋转气缸；57、齿条限位轮组；58、齿条；59、极限位置限位块；510、转轴轴承座；511、抓取转轴；512、气缸组安装板；6、自转机构；61、工件支撑块；62、自转转轴；63、圆锥滚子轴承；64、第一隔套；65、自转轴承座；66、第二隔套；67、自转同步带轮；68、锁紧螺母；69、自转安装座；7、压料机构；71、压料气缸；72、水平安装板；73、压料导向轴；74、压料轴承座；75、转动压料头；8、视觉检测机构；81、相机；82、镜头；83、光源；9、打磨机构；91、砂轮旋转电机；92、打磨z轴滑轨；93、伺服x轴滑轨；94、打磨气缸；95、x轴伺服电机丝杆副；96、伺服y轴导向轴；97、x轴伺服电机；98、y轴伺服电机丝杆副；99、y轴伺服电机；910、y轴限位传感器；911、x轴限位传感器；912、打磨砂轮；913、第二同步带轮组。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。
20.一种圆形刀片自动打磨系统，如图1和图2所示，包括设备主体1，设备主体1包括下部架体和上部框架，下部架体中还固定有冷却液水箱11，一侧连接电控柜13，顶部固定安装面板12，安装面板12上连接上下料装置、自转机构6、打磨机构9、压料机构7、视觉检测机构8；打磨机构9对自转机构6上的一组刀片23进行打磨，上下料装置用于对自转机构6进行上
下料操作。
21.如图2所示，上下料装置包括供料机构2、抓取机构5和储料机构4；抓取机构5将刀片23从供料机构2上夹取至自转机构6上，并将打磨好的圆形刀片23从自转机构6上夹取至储料机构4上。
22.如图3所示（推料板缩回时的状态），供料机构2包括支撑座，支撑座上连接圆形料筒22以及位于圆形料筒22下方的推料板24，料筒22内叠放适配的刀片23以及配重块21，刀片23在配重块21以及自重作用下压在推料板24上，推料板24上开设用于放置刀片23的推料槽，推料板外端还开设供抓取机构5抓取刀片23的开口，开口延伸至推料槽内；推料板24通过两侧设置水平直线导轨，底部连接推料气缸25，通过推料气缸25以及导轨导向往复推动于料筒22下方，且每次向外推动时，仅将料筒22内最下方的一个刀片23推出，供抓取机构5夹取至自转机构6上；工作时，推料气缸25推动料筒22下方的推料板24，将刀片23从料筒22最底层推出，每个料筒22每次只能推出一片，刀片23在配重块21的作用下继续被压至推料板24上。
23.如图4所示，为了保证推料的可靠性，供料机构2中各零件之间需保证一定的间隙，其中可取0.5mm（推料槽侧壁与刀片23外侧之间间距），可取0.15mm（推料板24与料筒22之间的间距），可取0.3mm（单个刀片23厚度比推料槽槽深高出的高度）。
24.如图5所示，抓取机构5包括抓取转轴511，抓取转轴511上端固定连接气缸组安装板512，气缸组安装板512上连接两个升降气缸54，升降气缸54上端分别连接伸缩气缸51，两伸缩气缸51输出方向呈90
°
角分布，其为输出端分别连接至一组夹爪气缸52和通过夹爪气缸52控制夹取或放下的夹爪模块53（其亦可换成电动手指等装置），两组夹爪模块53分别为第一夹爪组和第二夹爪组，一组三个，用于同时夹取或放下三个刀片23，储料机构4、自转机构6、供料机构2三者与抓取转轴511的连线中，相邻连线夹角为90
°
角（分别位于抓取转轴511的左侧、正前方和右侧）；第一夹爪组抓取供料机构2中的待加工刀片23、第二夹爪组抓取自转机构6中加工好的刀片23后，抓取转轴511驱动气缸组安装板512旋转90
°
角，而后第一夹爪组控制待加工刀片23放置于自转机构6、第二夹爪组控制加工好的刀片23放置于储料机构4，而后复位；本实施例中，抓取转轴511底端连接齿轮55，抓取转轴511外周连接于转轴轴承座510中，齿轮55啮合于齿条58，齿条58一端连接于旋转气缸56，另一端设有极限位置限位块59，齿条58远离齿轮55一侧抵接于齿条58限位轮组57，使得齿条58限位于齿轮55与齿条58限位轮组57之间，旋转气缸56驱动齿条58，从而带动抓取转轴511的旋转。
25.如图6所示，储料机构4包括4个储料工位，储料工位中包括3个ok工位和1个ng工位（也可以都设置为两个，分别进行工作和取料），视觉检测机构8根据刀片23打磨结束的照片，将刀片23质量检测结果反馈给上下料装置或储料机构4，并据此将打磨结束的刀片23放置在对应的ok工位或ng工位。
26.储料机构4包括连接于安装面板12上的四工位储料转盘42以及固定于安装面板12下方的储料安装座43，各个储料工位绕设于储料转盘42的转动中心，每个储料工位包括固定于储料转盘42上的三根竖直储料杆41，供刀片23套于储料杆41上，通过储料转盘42的转动将ok工位或ng工位转动至上下料装置的最终下料位置；储料安装座43上固定储料伺服电机44，储料转盘42下方同轴连接于储料旋转轴
46，储料伺服电机44通过第一同步带轮组45驱动储料旋转轴46转动，使得储料伺服电机44根据视觉检测结果，通过转动储料转盘42，将ng或ok工位转动至圆形刀片23下料位置，当所有ok或ng工位的满料时，报警提醒人工换盘。
27.如图7所示，为确保每次都能精准实现圆形刀片23的上料，设备主体1中还可以设置中转定位台3（位于抓取机构5与供料机构2之间），抓取机构5会将圆形刀片23在中转定位台3上定位一次后，再夹取至自转机构6上；中转定位台3包括竖直的气缸安装板34，气缸安装板34上固定有竖直气缸33，竖直气缸33输出端连接定位安装板，定位安装板上连接三个竖直等高柱，等高柱顶部连接上小下大的圆锥状定位柱31，定位柱31底部直径与刀片23内径相匹配，且其小于等高柱直径，定位柱31为圆锥状，抓取机构5到位后，定位柱31通过竖直气缸33驱动上升，抓取机构5放开刀片23，刀片23通过定位柱31定位，而后定位柱31通过竖直气缸33继续上升（或抓取机构5下降），至刀片23位于抓取机构5中心，供抓取机构5重新抓取，刀片23到中转定位台3处可自动完成定位功能。
28.如图8和图9所示，自转机构6包括自转安装座69和自转驱动件，自转安装座69中安装有通过自转驱动件同步驱动转动的三根自转转轴62，自转转轴62上连接工件支撑块61，工件支撑块61可以通过定位凸起提高定位效果；其转轴部件采用机床主轴的结构，该结构同轴度好，同轴度可控制在0.15mm以内，保证了刀片23的质量；具体的，自转转轴62通过上下两个圆锥滚子轴承63安装于自转安装座69中，自转转轴62外套设有位于两圆锥滚子轴承63之间的第一隔套64、位于下方圆锥滚子轴承63下侧的第二隔套66、位于第二隔套66下侧的自转同步带轮67，自转同步带轮67下侧通过锁紧螺母68锁紧，自转驱动件包括变频驱动电机以及电机驱动转动的主动轮，主动轮与自转同步带轮67等径，主动轮通过同步带通过驱动三个自转同步带轮67转动，其也可以将同步带轮设置为齿状，通过齿轮传动的方式驱动，或者三根自转转轴62单独驱动等方式实现。
29.如图10所示，压料机构7位于自转机构6的正上方，包括水平安装板72，水平安装板72下侧固定压料气缸71以及若干压料导向轴73，压料气缸71下方输出端连接于水平板，水平板通过压料导向轴73导向，水平板下方固定三个压料轴承座74，压料轴承座74中转动连接转动压料头75，转动压料头75通过压料气缸71控制上下移动，压料头将刀片23压紧于对应的工件支撑块61上，并通过压料轴承座74跟随刀片23和自转转轴62一同转动。
30.工作时，压料机构7下压，将圆形刀片23压紧在自转机构6工作面上，打磨完成后，压料机构7上升，与自转轴之间保持一定的距离，确保圆形刀片23上下料时夹取机构动作不干涉。
31.如图10所示，打磨装置具备打磨和砂轮磨损补偿自动调节功能，包括打磨砂轮912、驱动打磨砂轮912分别沿x、y、z轴移动的砂轮驱动装置，x、y轴方向的砂轮驱动装置控制打磨砂轮912给到刀片23的打磨进给量，z轴方向的砂轮驱动装置控制打磨砂轮912依次给自转机构6上的一组刀片23进行打磨。
32.具体的，打磨装置包括电机安装板，电机安装板上连接砂轮旋转电机91和打磨砂轮912，砂轮旋转电机91通过第二同步带轮组913驱动砂轮转动，电机安装板底部通过z轴方向的砂轮驱动装置驱动移动，z轴方向的砂轮驱动装置包括导向电机安装板移动的打磨z轴滑轨92和驱动电机安装板移动的打磨气缸94；
z轴方向的砂轮驱动装置安装于x轴方向的砂轮驱动装置上，x轴方向的砂轮驱动装置包括x轴伺服电机97、x轴电机丝杆副95和伺服x轴滑轨93，以驱动和导向z轴方向的砂轮驱动装置沿x向移动（z轴为垂直于砂轮面的水平向，x轴为崔志宇z轴的水平向，y轴为竖直向），还包括x轴限位传感器911或行程开关来限位；x轴方向的砂轮驱动装置安装于y轴方向的砂轮驱动装置上，y轴方向的砂轮驱动装置包括y轴伺服电机99、y轴电机丝杆副98和伺服y轴导向轴96，以驱动和导向x轴方向的砂轮驱动装置沿y向移动，还包括y轴限位传感器910或行程开关来限位；砂轮倾斜角度为5
°
，x轴伺服电机97、y轴伺服电机99通过滚珠丝杆副结构控制砂轮给到圆形刀片23的打磨进给量，并可以根据视觉反馈进行实时调整，调节精度为
±
0.03mm；打磨气缸94拖动整个砂轮组件沿直线导轨滑动，完成一组三个刀片23的打磨动作。
33.如图12所示，视觉检测机构8包括用于拍摄相机81和镜头82以及用于照明的光源83，相机81根据圆形刀片23打磨节拍，实时拍摄刀片23被打磨后的照片/拍摄打磨好的刀片23，并计算出砂轮磨损后所需的进给补偿量，并反馈给x轴伺服驱动电机和y轴伺服驱动电机，对下一次的刀片23的打磨进行补偿，同时将刀片23质量检测结果反馈给储料转盘42伺服电机，以控制储料机构4转动至对应的ok工位或ng工位。
34.如图13所示，本发明还公开了一种圆形刀片23自动打磨方法，包括如下步骤：s1：开始工作时，系统首先初始化，供料机构2通过压力或红外传感器等方式检测料筒22是否有料，若刀片23量不足，则报警提醒人工加料；当料筒22的刀片23充足时，推料板24动作，将料筒22最下方的一层刀片23推出；s2：抓取机构5的第一夹爪组在供料工位夹取待加工刀片23，在中转定位工位处定位好后重新夹住，同时第二夹爪组在自转工位夹取打磨好的刀片23；而后第一夹爪组与第二夹爪组一同转动90
°
，将待加工刀片23放置于自转机构6、打磨好的刀片23放置于储料机构4的储料杆41上，同步完成刀片23上料和下料，动作完成后第一夹爪组与第二夹爪组复位，待供料机构2推出下一片刀片23、打磨动作完成后继续上下料；s3：待刀片23上料至自转机构6后，压料气缸71动作，转动压料头75下移，将刀片23压紧在工件支撑块61上，然后自转轴快速转动，转动压料头75也同步转动；s4：打磨机构9根据初始化好的参数，通过x、y砂轮驱动装置完成进给，打磨砂轮912在z轴方向的砂轮驱动装置的作用下沿z轴移动，依次完成一组刀片23的打磨；s5：视觉检测机构8通过相机81对打磨好的刀片23进行拍照，并同步计算出刀片23刃宽补偿量反馈给打磨机构9的x、y伺服电机，对下一次的刀片23的打磨进行补偿；s6：当供料机构2中刀片23量充足且储料机构4中刀片23量未满时，重复步骤s2~s5，依次循环。
35.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。