一种气囊抛光工具、系统和方法
【专利摘要】本申请公开了一种气囊抛光工具、系统和方法，该工具包括依次连接的电机、减速器、中空转轴和气囊，所述中空转轴具有一中空腔体，该中空腔体的两端分别连通于所述气囊和一通气导管，所述通气导管上设置有电气比例阀，所述气囊抛光工具还包括一检测所述气囊内气体压强的压强传感器,所述气囊抛光工具还包括一检测工具正向压力的压力传感器。本发明的基于电气比例阀的可以实时控制抛光表面接触压力和接触压强的气囊抛光工具，该气囊抛光工具可以满足不同加工表面对不同加工压力的要求，可以提高加工精度，简化抛光过程，降低加工成本，而且结构相对简单，易于控制。
【专利说明】一种气囊抛光工具、系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气囊抛光工具，尤其是涉及一种可以通过实时控制气压来控制表面抛光接触压强的设备。
【背景技术】
[0002]近年来，光学曲面和模具曲面制造业发展十分迅速，涉及面也非常广泛。抛光作为光学曲面和模具曲面制造的最后一道工艺，对曲面的最终质量和使用寿命起到至关重要的作用。气囊抛光是一种新兴的确定性抛光工艺，尤其适合自由曲面的抛光。所谓的确定性即抛光过程的材料去除量是可控的，气囊抛光主要通过控制抛光时气囊内的压强使气囊能够与各种曲面稳定接触，当驻留时间一定时即可实现材料去除量的可预测性。气囊抛光采用充气球形柔性气囊并在气囊外表面粘贴抛光垫作为抛光工具对曲面进行抛光，不仅可以保证抛光头与被抛光工件表面吻合性好，而且可以通过调节压力控制抛光效率和被抛光工件的表面质量。
[0003]在抛光过程中，抛光工具按给定的路径在被抛光工件表面进行抛光，当抛光工件表面出现形位误差、被抛光工件表面曲率发生变化或者机器震动等原因可能导致抛光接触力不能满足要求，而接触力是抛光过程中一个重要的控制参数，稳定的抛光接触力有利于降低工件表面粗糙度，提高抛光精度并增加抛光稳定性。在气囊抛光技术出现之前，抛光工具一般是利用弹簧或者其它柔性材料来实现抛光工具与被抛光表面之间的柔性接触，使抛光过程中的接触力尽可能的保持在一定范围内，但是这种柔性接触一般都难以实现在线控制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种气囊抛光工具、系统和方法，以克服现有技术中的不足。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
本申请实施例公开了一种气囊抛光工具，包括依次连接的电机、减速器、中空转轴和气囊，所述中空转轴具有一中空腔体，该中空腔体的两端分别连通于所述气囊和一通气导管，所述通气导管上设置有电气比例阀，所述气囊抛光工具还包括一检测所述气囊内气体压强的压强传感器。
[0006]优选的，在上述的气囊抛光工具中，所述气囊抛光工具还包括一检测工具正向压力的压力传感器。
[0007]优选的，在上述的气囊抛光工具中，所述减速器的输出端固定有上箱体，该上箱体具有一安装空间，所述安装空间内设有联轴器，所述联轴器固定于所述减速器的输出轴和所述中空转轴的顶端之间。
[0008]优选的，在上述的气囊抛光工具中，所述上箱体的底端固定有下箱体，所述下箱体套设于所述中空转轴的外侧，所述下箱体具有一密封空间，该密封空间分别连通于所述通气导管和所述中空腔体，所述密封空间的上下两端分别设有一轴承，该两个轴承套设于所述中空转轴的外侧。
[0009]优选的，在上述的气囊抛光工具中，所述上箱体的顶面贴合于所述下箱体的底面，所述中空转轴与所述上箱体的底壁之间密封有环形的上密封圈，所述上箱体和所述下箱体的接触面之间密封有环形的中密封圈，所述下箱体的底部固定有端盖，该端盖套设于所述中空转轴的外侧，所述端盖与所述中空转轴之间密封有下密封圈。
[0010]优选的，在上述的气囊抛光工具中，所述上箱体的侧壁上固定有一用于与外部工业机器人连接的连接支架，所述压力传感器设置于所述连接支架上。
[0011]优选的，在上述的气囊抛光工具中，所述中空转轴的底端还设有气囊支架，所述气囊支架包括中空的主体部，该主体的底端向四周延伸有安装部，所述中空转轴套设于所述主体部的外侧，所述主体部与所述中空转轴之间固定有液压胀套，所述气囊通过锁紧套固定于所述安装部上。
[0012]本申请实施例还公开了一种气囊抛光系统，包括控制器、DAQ数据采集卡和上述的气囊抛光工具，所述DAQ数据采集卡连接于所述控制器和电气比例阀之间。
[0013]相应地，本申请实施例还公开了一种气囊抛光系统的控制方法，该控制方法采用压力和压强的两级控制方法，包括压强控制环和压力控制环，控制器包括压强控制器和压力控制器，DAQ数据采集卡将采集到的压强信号传送给压强控制器，压强控制器对理想压强与实际压强的差值进行调节，输出控制信号给电气比例阀，同时，DAQ数据采集卡将采集到的压力信号传送给压力控制器，压力控制器对理想压力与实际压力的差值进行调节，输出压强设定值给压强控制环。
[0014]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1)、本发明可用于各类光学元件和模具的抛光加工，可以是自由曲面、平面等；
2)、本发明不仅可以使用一个气囊头，而且适用于多头配合使用的情况，通过液压胀紧套可以连接上不同的气囊抛光工具头，以实现各种特定的加工要求。
[0015]3)、由于气体天然的柔顺性，气囊抛光工具充气后的柔性使抛光的过程更加平稳，而使用电气比例阀对其内部压力的控制，可以使气囊抛光工具根据不同工件的表面及加工要求，提供相应压力，确保抛光的质量。
[0016]4)本发明利用两级控制法对气压和抛光压力进行控制，提出了一种新型的恒压力变压强的气囊抛光调控方法，比以往单一的控制气囊压强或者控制抛光压力，更能保证抛光过程的平稳性和均匀性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1所示为本发明具体实施例中气囊抛光工具的立体示意图；
图2所示为本发明具体实施例中气囊抛光工具的剖视图；
图3所示为本发明具体实施例中气囊抛光系统的原理示意图； 图4所示为本发明具体实施例中气囊抛光系统的控制原理图。
【具体实施方式】
[0019]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详细的描述，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的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。
[0020]参图1和图2所示，气囊抛光工具包括电机及编码器I，减速器2，减速器接口法兰3，联轴器4，上箱体5，上密封圈6，机械臂接口法兰7，连接支架8，中密封圈9，上端轴承10，下箱体11，通气道管12，中空转轴13，下端轴承14，下密封圈15，液压胀套16，锁紧套17，气囊支架18，气囊19。
[0021]电机与编码器I与减速器2固定连接，通过减速器接口法兰3与上箱体4连接在一起，减速器2的输出轴通过联轴器4带动中空转轴13转动，液压胀套16设在中空转轴13上，气囊支架18与液压胀套16连接，气囊19通过锁紧套17固定于气囊支架18上，可以与中空转轴13 —起转动,下箱体11通过螺钉与上箱体5连接,上端轴承10和下端轴承14放置于下箱体11之中，并通过中空转轴13的轴肩定位与其过盈配合，上密封圈6与中空转轴13之间为间隙配合，减少轴向的漏气并不干扰轴的转动，中密封圈9设在上下箱体之间，采用过盈配合防止漏气，下密封圈15与轴也是采用间隙配合。机械臂接口法兰7与连接支架8连接，固定于上箱体5之上，用于与工业机器人末端法兰的连接。通气导管12连接于下箱体11上开的通气孔，给下箱体供气，通过中空转轴13连接到气囊19。
[0022]当电机转动时，带动减速器2转动,减速器2通过联轴器4带动中空转轴13转动，上述液压胀套16在工作时与中空转轴13抱紧，并紧固气囊支架18，因为气囊19通过锁紧套17与气囊支架连接，所以气囊19也与中空转轴13同步转动。
[0023]当加工工件时，气源通过电气比例阀连接通气导管12，向下箱体11供气(或排气)，控制其内部的气压，而由于之前所述中空转轴13与气囊支架18之间内部的贯通，气囊19内的气体与下箱体内气体连通，气压相同，从而达到控制气囊19内气压的目的。当需要提供较高(或较低)压力时，可以控制电气比例阀设定更高(或更低)气压值，通气导管12此时作为供气管(或排气管)为抛光工具内部供气(或排气)。
[0024]参见图3，气囊抛光系统包括控制器20，DAQ数据采集卡21，电气比例伺服阀22，压力传感器23，气体压强传感器24。控制器20包含控制器的硬件系统和软件系统，硬件系统就是控制装置，软件系统就是控制算法，数据的接受传输依赖于控制装置，数据的处理和计算依赖于软件装置。所述的电气比例阀22的进气口连接气源，其出气口连接气囊抛光工具中的下箱体11上的通气孔。所述的气体压强传感器24连接在下箱体11内，用以实时测量箱体和气囊内的气体压强。机械臂接口法兰7上装有压力传感器23，测量工具系统的正向压力。数据采集卡21采集压力传感器23和压强传感器24内的信号，作为控制系统的反馈信号。同时，数据采集卡21输出电压值给电气比例伺服阀22，电气比例伺服阀22的输出气压与输入信号成正比。数据采集卡21与控制装置之间利用PCI局部总线相互通信，控制装置可以保存数据采集卡21采集的数据，同时可以给数据采集卡21传输命令。
[0025]控制装置可以包括微处理器(MCU)，该MCU可以包括中央处理单元(CentralProcessing Unit, CPU)、只读存储模块(read-only memory, ROM)、随机存储模块(random access memory, RAM)、定时模块、数字模拟转换模块(A/D converter)、以及复数输入/输出埠。当然，控制装置也可以采用其它形式的集成电路，如:特定用途集成电路(Applicat1n Specific Integrated Circuit，ASIC)或现场可程序化门阵列(FieldProgrammable Gate Array, FPGA)等。优选的,控制装置优选为带有显示装置的计算机。
[0026]参见图4，本发明实例采用压力和压强的两级控制方法，包括压强控制环和压力控制环。控制器包括压强控制器和压力控制器，数据采集卡21将采集到的压强信号传送给压强控制器，压强控制器对理想压强与实际压强的差值进行调节，输出控制信号给电气比例阀。同时，数据采集卡21将采集到的压力信号传送给压力控制器，压力控制器对理想压力与实际压力的差值进行调节，输出压强设定值给压强控制环。
[0027]抛光时，为了得到更好的抛光效果，一方面是要使气囊软硬适中，另一方面需要保持适当的正压力。比如在抛凸面时，气囊与工件接触，其接触面积是比较小的，这样在保持抛光压力不变的情况下，需要减小气囊内的压强，增大抛光接触面积；抛凹面时，气囊与工件的接触面积较大，此时在保证恒压的情况下可以增大气囊的压强以减小接触面积。所以，本案中两级控制法比单一的控制气囊压强或者控制抛光压力，更能保证抛光过程的平稳性和均匀性。
[0028]综上所述，本发明的基于电气比例阀的可以实时控制抛光表面接触压力和接触压强的气囊抛光工具，该气囊抛光工具可以满足不同加工表面对不同加工压力的要求，可以提高加工精度，简化抛光过程，降低加工成本，而且结构相对简单，易于控制。
[0029]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0030]以上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
【权利要求】
1.一种气囊抛光工具，其特征在于，包括依次连接的电机、减速器、中空转轴和气囊，所述中空转轴具有一中空腔体，该中空腔体的两端分别连通于所述气囊和一通气导管，所述通气导管上设置有电气比例阀，所述气囊抛光工具还包括一检测所述气囊内气体压强的压强传感器。
2.根据权利要求1所述的气囊抛光工具，其特征在于:所述气囊抛光工具还包括一检测工具正向压力的压力传感器。
3.根据权利要求2所述的气囊抛光工具，其特征在于:所述减速器的输出端固定有上箱体，该上箱体具有一安装空间，所述安装空间内设有联轴器，所述联轴器固定于所述减速器的输出轴和所述中空转轴的顶端之间。
4.根据权利要求3所述的气囊抛光工具，其特征在于:所述上箱体的底端固定有下箱体，所述下箱体套设于所述中空转轴的外侧，所述下箱体具有一密封空间，该密封空间分别连通于所述通气导管和所述中空腔体，所述密封空间的上下两端分别设有一轴承，该两个轴承套设于所述中空转轴的外侧。
5.根据权利要求4所述的气囊抛光工具，其特征在于:所述上箱体的顶面贴合于所述下箱体的底面，所述中空转轴与所述上箱体的底壁之间密封有环形的上密封圈，所述上箱体和所述下箱体的接触面之间密封有环形的中密封圈，所述下箱体的底部固定有端盖，该端盖套设于所述中空转轴的外侧，所述端盖与所述中空转轴之间密封有下密封圈。
6.根据权利要求3所述的气囊抛光工具，其特征在于:所述上箱体的侧壁上固定有一用于与外部工业机器人连接的连接支架，所述压力传感器设置于所述连接支架上。
7.根据权利要求1所述的气囊抛光工具，其特征在于:所述中空转轴的底端还设有气囊支架，所述气囊支架包括中空的主体部，该主体的底端向四周延伸有安装部，所述中空转轴套设于所述主体部的外侧，所述主体部与所述中空转轴之间固定有液压胀套，所述气囊通过锁紧套固定于所述安装部上。
8.一种气囊抛光系统，其特征在于，包括控制器、0觸数据采集卡和权利要求1至7任一所述的气囊抛光工具，所述0觸数据采集卡连接于所述控制器和电气比例阀之间。
9.权利要求8所述气囊抛光系统的控制方法，其特征在于:该控制方法采用压力和压强的两级控制方法，包括压强控制环和压力控制环，控制器包括压强控制器和压力控制器，0觸数据采集卡将采集到的压强信号传送给压强控制器，压强控制器对理想压强与实际压强的差值进行调节，输出控制信号给电气比例阀，同时，0觸数据采集卡将采集到的压力信号传送给压力控制器，压力控制器对理想压力与实际压力的差值进行调节，输出压强设定值给压强控制环。
【文档编号】B24B51/00GK104369064SQ201410669176
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】樊成, 陈国栋, 龚勋, 王振华, 李闯 申请人:苏州大学