一种自动化恒力磨抛装置及方法与流程

1.本发明涉及打磨抛光领域，具体涉及一种自动化恒力磨抛装置及方法。


背景技术：

2.在金属工件加工制造过程中，为满足美观性、平整性等需求，其外表面需进行打磨、抛光处理，现有的打磨工艺和抛光工艺分开进行，存在装配复杂、整体耗时长、操作繁琐、自动化程度不高等问题，不利于高节拍生产加工。此外，对于精密加工领域，如汽车车身漆面缺陷打磨抛光，由于漆面（由电泳层、中涂层、色漆层、清漆层构成）上的缺陷（例如脏点、纤维毛、缩孔、针孔等）通常直径小于1mm、高度/深度小于10微米，十分微小，所以需要严格控制打磨抛光力度，否则极容易造成清漆层（清漆层厚度一般在30-50微米）打穿，并且，还要确保和周边漆面一致，不能有抛光痕、抛光影。为此，现有的打磨、抛光方式还存在以下技术问题：1、工业机器人定位精度和重复定位精度最高能达到0.02毫米，但微小缺陷打磨的去除量仅在10微米左右，精度不匹配；2、工件加工存在制造公差和定位公差，磨抛时间、力度难以精准控制。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提供一种自动化恒力磨抛装置及方法，本发明装置中既包括打磨组件又包括抛光组件，能够在打磨与抛光两种工艺间自由切换，并具备自动擦拭与喷射的功能，设计简单、便于安装，打磨、抛光力度可控，打磨精度高、适用于高精度磨抛领域；同时，本发明还提出了一种能够一次性完成整个磨抛工艺流程：喷异丙醇-打磨-擦拭-喷抛光液-抛光-喷异丙醇-擦拭，具有自动化程度高，耗时短的特点。
4.技术方案如下：一种自动化恒力磨抛装置，所述自动化恒力磨抛装置固定在机器人末端，通过机器人移动至待处理的工件区域，对工件进行打磨和抛光处理；所述自动化恒力磨抛装置包括打磨组件和抛光组件，两者均受控于控制装置，且相对位置固定，形成有夹角，所述夹角为70
°
~140
°
；所述打磨组件和抛光组件均分别包括支架、柔性恒力控制器、支撑杆、连接件、电主轴、操作头、第一喷雾阀和气缸擦拭组件；所述柔性恒力控制器和支撑杆分别固定在支架上；所述连接件固定在所述柔性恒力控制器前端、且沿柔性恒力控制器的力输出方向设置；电主轴固定在所述连接板上，其自由端连接操作头；所述电主轴与所述柔性恒力控制器的力输出方向平行，用于带动所述操作头旋转；所述柔性恒力控制器用于保持操作头与工作面的接触力恒定；所述第一喷雾阀固定在支撑杆上，用于在操作头工作时向工作面喷洒液体；所述气缸擦拭组件固定在柔性恒力控制器前端或者固定在支撑杆上，其包括气缸和擦拭头；在所述打磨组件中，操作头为打磨头；在所述抛光组件中，操作头为抛光头；所述抛光组件还包括第二喷雾阀，所述第二喷雾阀也固定在在支撑杆上，用于在
操作头工作时向工作面喷洒液体。
5.进一步，在所述打磨组件中，电主轴的自由端通过第一偏心轴连接打磨头。
6.进一步，在所述抛光组件中，电主轴的自由端通过第二偏心轴连接抛光头。
7.进一步，所述连接件为l型支撑架，所述电主轴通过抱箍固定到连接件上。
8.进一步，所述第一喷雾阀用于喷射异丙醇或者去离子水、所述第二喷雾阀用于喷射抛光液。
9.优选，所述打磨头上设有砂纸或者多个均布的碳化硅打磨立柱；所述抛光头上设有海绵垫；所述擦拭头设有工业擦拭布。
10.本发明还公开了一种利用上述装置进行打磨抛光的方法，包括以下步骤：s1、机器人带动所述自动化恒力磨抛装置移动至待处理的工件区域，调整末端位姿，使得打磨组件中的打磨头正对待处理区域；打磨组件中的第一喷雾阀先向该区域喷射异丙醇，喷射结束后，控制装置向抛光组件中的电主轴发出信号，电主轴按照预设的打磨转速、带动所述打磨头旋转，在柔性恒力控制器的作用下对该区域进行恒力打磨；电主轴在预设的打磨时间内持续旋转，停止旋转后、打磨结束；s2、控制装置调节机器人末端位姿，使得打磨组件中的擦拭头正对待处理区域，向气缸发出信号，气缸向前，擦拭头与待处理区域接触，机器人按照预设轨迹往复运动、带动擦拭头完成擦拭；机器人往复运动结束后，控制装置调整气缸回缩，擦拭结束；s3、机器人再次调整位姿，使得抛光组件中的抛光头正对待处理区域；抛光组件中的第二喷雾阀先向该区域喷射抛光液，喷射结束后，控制装置向抛光组件中的电主轴发出信号，电主轴按照预设的抛光转速、带动所述抛光头旋转，在柔性恒力控制器的作用下对该区域进行恒力抛光；电主轴在预设的抛光时间内持续旋转，停止旋转后、抛光结束；s4、控制装置控制抛光组件中的第一喷雾阀向该区域喷射异丙醇，喷射结束后，控制装置调节机器人末端位姿，使得抛光组件中的擦拭头正对待处理区域，向气缸发出信号，气缸向前，使得擦拭头与待处理区域接触，机器人按照预设轨迹往复运动、带动擦拭头进行擦拭；机器人往复运动结束后，控制装置调整气缸回缩，擦拭结束；机器人恢复到起始位姿，完成对待处理区域的打磨抛光。
11.进一步，当工件上的待处理区域有多个时，对每个待处理区域均进行步骤s1-s4的处理。
12.优选，所述控制装置设有参数存储模块，所述参数存储模块用于预先存储各个待处理区域对应的配置参数；所述配置参数根据待处理区域的缺陷特点自定义设置，包括：第一喷雾阀和第二喷雾阀的喷射压力、电主轴对应的打磨转速、打磨时间、抛光转速、抛光时间以及柔性恒力控制器的输出力。
13.其中，柔性恒力控制器是一款能够保持机器人末端法兰与工件加工接触面接触力恒定的设备，基于气动、模拟量控制，实现高精度与高灵敏度的控制，能够保证法兰与加工面之间的接触力控制在
±
1n 以内，适用于打磨、抛光等应用场合。
14.本发明的有益效果：
①
采用了电主轴作为磨抛的动力工具，电主轴连接柔性恒力控制器，连接件保障电主轴轴向与设置柔性恒力控制器的力输出的方向平行；恒力控制装置能够感知接触力，当接触力大于设定值时，恒力控制装置回缩，反之向外伸出，快速的调节接触力以达到设定值，进而有效解决因机器人定位精度以及工件自身设计公差和定位公差引起的接触力与设定值不符的问题；使得打磨组件与抛光组件能够保持恒定地输出接触力（精度达到
±
1n），做到恒力打磨抛光。
15.同时，电主轴的转速、旋转时间、运行状态可控，当电主轴发生故障时（例如电流过载），实时发送故障信息给机器人，系统停止工作，避免损坏工件；采用偏心轴设计，可以使得打磨痕一致性较好，不易出现深度划痕，打磨、抛光面积增大；
②
可以根据待处理区域的缺陷特点预先自定义设置配置参数，设置不同的打磨力、抛光力和磨抛时间，设备按照控制装置中预设的参数运行，对打磨去除量和抛光质量针对性精准控制，保障了打磨抛光工艺的准确性、有效性。
16.③
首先喷涂异丙醇再进行打磨，能够提高打磨头的使用寿命、并减少打磨过程中的粉尘；异丙醇的使用量可以根据缺陷的特点有针对性地调节，保证了打磨、抛光过程中异丙醇使用量不会过多或过少； 同理，抛光液的使用量也能够针对性调节，避免浪费；抛光结束后，喷射异丙醇可以确保抛光后的残余物质能更加轻易的从工件上被擦拭掉。
附图说明
17.图1为具体实施方式中装置整体结构示意图；图2为具体实施方式中打磨组件结构示意图；图3为具体实施方式中抛光组件结构示意图。
具体实施方式
18.以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
19.一种自动化恒力磨抛装置，如图1所示，自动化恒力磨抛装置固定在机器人末端，通过机器人移动至待处理的工件区域，对工件进行打磨和抛光处理；自动化恒力磨抛装置包括打磨组件1和抛光组件2，两者均受控于控制装置，且相对位置固定，形成有夹角，夹角为70
°
~140
°
；如图2、3所示，打磨组件1和抛光组件2均分别包括支架101、柔性恒力控制器110、支撑杆109、连接件108、电主轴104、操作头、第一喷雾阀106和气缸擦拭组件107；柔性恒力控制器110和支撑杆109分别固定在支架101上；连接件108固定在柔性恒力控制器前端、且沿柔性恒力控制器110的力输出方向（轴向）设置；电主轴104固定在连接板上，其自由端连接操作头；电主轴与柔性恒力控制器110的力输出方向平行，用于带动操作头旋转；柔性恒力控制器用于保持操作头与工作面的接触力恒定；第一喷雾阀106固定在支撑杆109上，用于在操作头工作时向工作面喷洒液体（异丙醇或者去离子水）；气缸擦拭组件107固定在柔性恒力控制器110前端或者固定在支撑杆109上，其包括气缸和擦拭头；在打磨组件1中，操作头为打磨头；在抛光组件2中，操作头为抛光头；
如图3所示，抛光组件2还包括第二喷雾阀202，第二喷雾阀202也固定在在支撑杆109上，用于在操作头工作时向工作面喷洒液体（抛光液）。
20.其中，柔性恒力控制器是一款能够保持机器人末端法兰与工件加工接触面接触力恒定的设备，基于气动、模拟量控制，实现高精度与高灵敏度的控制，能够保证法兰与加工面之间的接触力控制在
±
1n 以内，适用于打磨、抛光等应用场合。
21.具体的，本实施例中，打磨组件1和抛光组件2之间的夹角为90
°
；在打磨组件1中，电主轴104的自由端通过第一偏心轴105连接打磨头。在抛光组件2中，电主轴104的自由端通过第二偏心轴201连接抛光头。其中，第二偏心轴的偏心程度大于第一偏心轴；打磨头上设有砂纸或者多个均布的碳化硅打磨立柱；抛光头上设有海绵垫；擦拭头设有工业擦拭布。
22.使用时，利用砂纸或者多个均布的碳化硅打磨立柱对待处理区域进行打磨，利用海绵垫对待处理区域进行抛光，利用工业擦拭布对待处理区域进行擦拭。
23.值得注意的是，砂纸用于打磨较微小、易打磨的缺陷，如漆面缺陷；碳化硅打磨立柱适用于打磨较坚硬的缺陷，如金属毛刺、焊接缺陷等。
24.为了提高结构稳定性，作为一种优选的实施方式，连接件108为l型支撑架，电主轴104通过抱箍103固定到连接件上108。
25.对应的，一种利用上述装置进行打磨抛光的方法，包括以下步骤：s1、机器人带动自动化恒力磨抛装置移动至待处理的工件区域，调整末端位姿，使得打磨组件1中的打磨头正对待处理区域；打磨组件1中的第一喷雾阀106先向该区域喷射异丙醇，喷射结束后，控制装置向抛光组件2中的电主轴发出信号，电主轴按照预设的打磨转速、带动打磨头旋转，在柔性恒力控制器的作用下对该区域进行恒力打磨；电主轴在预设的打磨时间内持续旋转，停止旋转后、打磨结束；s2、控制装置调节机器人末端位姿，使得打磨组件1中的擦拭头正对待处理区域，向气缸发出信号，气缸向前，擦拭头与待处理区域接触，机器人按照预设轨迹往复运动、带动擦拭头完成擦拭；机器人往复运动结束后，控制装置调整气缸回缩，擦拭结束；s3、机器人再次调整位姿，使得抛光组件2中的抛光头正对待处理区域；抛光组件2中的第二喷雾阀202先向该区域喷射抛光液，喷射结束后，控制装置向抛光组件2中的电主轴发出信号，电主轴按照预设的抛光转速、带动抛光头旋转，在柔性恒力控制器的作用下对该区域进行恒力抛光；电主轴在预设的抛光时间内持续旋转，停止旋转后、抛光结束；s4、控制装置控制抛光组件2中的第一喷雾阀106向该区域喷射异丙醇，喷射结束后，控制装置调节机器人末端位姿，使得抛光组件2中的擦拭头正对待处理区域，向气缸发出信号，气缸向前，使得擦拭头与待处理区域接触，机器人按照预设轨迹往复运动、带动擦拭头进行擦拭；机器人往复运动结束后，控制装置调整气缸回缩，擦拭结束；机器人恢复到起始位姿，完成对待处理区域的打磨抛光。
26.其中，当工件上的待处理区域有多个时，对每个待处理区域均进行步骤s1-s4的处理；更优选实施为：控制装置设有参数存储模块，参数存储模块用于预先存储各个待
处理区域对应的配置参数；配置参数根据待处理区域的缺陷特点自定义设置，包括：第一喷雾阀106和第二喷雾阀202的喷射压力、电主轴对应的打磨转速、打磨时间、抛光转速、抛光时间以及柔性恒力控制器的输出力。
27.利用上述配置参数，对每个待处理区域均进行步骤s1-s4的处理。
28.以下为本发明方法的示例性呈现方案：首先利用视觉检测设备获得整车漆面上的缺陷；根据各个缺陷的特点，在参数存储模块中设置对应的配置参数；当缺陷较大，如脏点、纤维毛，则设置参数时，第一喷雾阀和第二喷雾阀的喷射压力较大，对应喷射出较多的异丙醇和抛光液；电主轴对应的打磨转速较快，打磨时间较长，抛光转速较快，抛光时间长柔性恒力控制器的输出力较大；使得磨抛力度大、时间长；反正，当缺陷较小时，如缩孔、针孔，则设置参数时，各个部件的参数对应设置的较小，使得磨抛力度小、时间短。
29.利用配置参数，对每个漆面缺陷区域均进行步骤s1-s4的处理。
30.能够在打磨与抛光两种工艺间自由切换，并具备自动擦拭与喷射的功能，适用于高精度磨抛领域。
31.前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

技术特征：
1.一种自动化恒力磨抛装置，其特征在于，所述自动化恒力磨抛装置固定在机器人末端，通过机器人移动至待处理的工件区域，对工件进行打磨和抛光处理；所述自动化恒力磨抛装置包括打磨组件（1）和抛光组件（2），两者均受控于控制装置，且相对位置固定，形成有夹角，所述夹角为70
°
~140
°
；所述打磨组件（1）和抛光组件（2）均分别包括支架（101）、柔性恒力控制器（110）、支撑杆（109）、连接件（108）、电主轴（104）、操作头、第一喷雾阀（106）和气缸擦拭组件（107）；所述柔性恒力控制器（110）和支撑杆（109）分别固定在支架（101）上；所述连接件（108）固定在所述柔性恒力控制器前端、且沿柔性恒力控制器（110）的力输出方向设置；电主轴（104）固定在所述连接板上，其自由端连接操作头；所述电主轴与所述柔性恒力控制器（110）的力输出方向平行，用于带动所述操作头旋转；所述柔性恒力控制器用于保持操作头与工作面的接触力恒定；所述第一喷雾阀（106）固定在支撑杆（109）上，用于在操作头工作时向工作面喷洒液体；所述气缸擦拭组件（107）固定在柔性恒力控制器（110）前端或者固定在支撑杆（109）上，其包括气缸和擦拭头；在所述打磨组件（1）中，操作头为打磨头；在所述抛光组件（2）中，操作头为抛光头；所述抛光组件（2）还包括第二喷雾阀（202），所述第二喷雾阀（202）也固定在支撑杆（109）上，用于在操作头工作时向工作面喷洒液体。2.如权利要求1所述自动化恒力磨抛装置，其特征在于：在所述打磨组件（1）中，电主轴（104）的自由端通过第一偏心轴（105）连接打磨头。3.如权利要求1所述自动化恒力磨抛装置，其特征在于：在所述抛光组件（2）中，电主轴（104）的自由端通过第二偏心轴（201）连接抛光头。4.如权利要求1所述自动化恒力磨抛装置，其特征在于：所述连接件（108）为l型支撑架，所述电主轴（104）通过抱箍（103）固定到连接件（108）上。5.如权利要求1所述自动化恒力磨抛装置，其特征在于：所述第一喷雾阀（106）用于喷射异丙醇或者去离子水、所述第二喷雾阀（202）用于喷射抛光液。6.如权利要求1所述自动化恒力磨抛装置，其特征在于：所述打磨头上设有砂纸或者多个均布的碳化硅打磨立柱；所述抛光头上设有海绵垫；所述擦拭头设有工业擦拭布。7.一种利用权利要求1~6中任一项所述的装置进行打磨抛光的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、机器人带动所述自动化恒力磨抛装置移动至待处理的工件区域，调整末端位姿，使得打磨组件（1）中的打磨头正对待处理区域；打磨组件（1）中的第一喷雾阀（106）先向该区域喷射异丙醇，喷射结束后，控制装置向抛光组件（2）中的电主轴发出信号，电主轴按照预设的打磨转速、带动所述打磨头旋转，在柔性恒力控制器的作用下对该区域进行恒力打磨；电主轴在预设的打磨时间内持续旋转，停止旋转后、打磨结束；s2、控制装置调节机器人末端位姿，使得打磨组件（1）中的擦拭头正对待处理区域，向气缸发出信号，气缸向前，擦拭头与待处理区域接触，机器人按照预设轨迹往复运动、带动擦拭头完成擦拭；机器人往复运动结束后，控制装置调整气缸回缩，擦拭结束；s3、机器人再次调整位姿，使得抛光组件（2）中的抛光头正对待处理区域；抛光组件（2）中的第二喷雾阀（202）先向该区域喷射抛光液，喷射结束后，控制装置向
抛光组件（2）中的电主轴发出信号，电主轴按照预设的抛光转速、带动所述抛光头旋转，在柔性恒力控制器的作用下对该区域进行恒力抛光；电主轴在预设的抛光时间内持续旋转，停止旋转后、抛光结束；s4、控制装置控制抛光组件（2）中的第一喷雾阀（106）向该区域喷射异丙醇，喷射结束后，控制装置调节机器人末端位姿，使得抛光组件（2）中的擦拭头正对待处理区域，向气缸发出信号，气缸向前，使得擦拭头与待处理区域接触，机器人按照预设轨迹往复运动、带动擦拭头进行擦拭；机器人往复运动结束后，控制装置调整气缸回缩，擦拭结束；机器人恢复到起始位姿，完成对待处理区域的打磨抛光。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：当工件上的待处理区域有多个时，对每个待处理区域均进行步骤s1-s4的处理。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述控制装置设有参数存储模块，所述参数存储模块用于预先存储各个待处理区域对应的配置参数；所述配置参数根据待处理区域的缺陷特点自定义设置，包括：第一喷雾阀（106）和第二喷雾阀（202）的喷射压力、电主轴对应的打磨转速、打磨时间、抛光转速、抛光时间以及柔性恒力控制器的输出力。

技术总结
本发明提供了一种自动化恒力磨抛装置，包括打磨组件和抛光组件，打磨组件和抛光组件均分别包括支架、柔性恒力控制器、支撑杆、连接件、电主轴、操作头、第一喷雾阀和气缸擦拭组件；柔性恒力控制器和支撑杆分别固定在支架上；连接件固定在柔性恒力控制器前端；电主轴固定在连接板上，其自由端连接操作头；第一喷雾阀固定在支撑杆上，气缸擦拭组件固定在柔性恒力控制器前端或者固定在支撑杆上，其包括气缸和擦拭头；抛光组件还包括第二喷雾阀，第二喷雾阀也固定在在支撑杆上，本发明还涉及一种利用上述装置进行打磨抛光的方法，能够一次性完成整个磨抛工艺流程；适用于高精度磨抛领域；具有自动化程度高，耗时短的特点。耗时短的特点。耗时短的特点。


技术研发人员：何宗亮 黄维 胡建勇 刘远 朱泽鲲
受保护的技术使用者：禹奕智能科技（杭州）有限公司
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2022/4/15