激光焊缝打磨的智能打磨系统的制作方法

本发明涉及一种智能打磨系统，具体地，涉及一种激光焊缝打磨的智能打磨系统。

背景技术：

在当前工业自动化领域，汽车生产制造尤其是车身车间自动化水平要求高，目前主要车企生产节拍为50-60秒/辆，且对品质要求也在逐步提高。汽车车顶及后盖的焊接由弧焊转变为激光焊接，焊缝的打磨由人工打磨转变为机器人自动化打磨。当前汽车车顶激光焊缝打磨主要采用老式机械打磨头。打磨力、打磨砂轮线速度等打磨工艺参数难以控制，从而导致打磨质量难以保证；由于工艺参数难以实时调整，导致砂轮耗损大，需频繁更换打磨砂轮片，每次更换砂轮片整个工位需停机15-20分钟且每半小时更换一次；传统的机械打磨头无法进行砂轮片自动更换，需要人工手工不定时进行砂轮片的更换；打磨工艺参数未能实时更新，导致打磨粉尘颗粒不均匀，加上使用传统老式罩壳，整个设备除尘效果差，除尘效果为30％左右；传统的机械打磨头无法实现位移补偿，对机器人打磨轨迹及整个装夹定位精度要求高。传统的机械打磨头设备难以满足车身车间对节拍及车身焊接品质要求，严重影响整个打磨工位的自动化、智能化。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种激光焊缝打磨的智能打磨系统，其能实现整个设备的机电一体化控制，能实现打磨力、打磨砂轮线速度等打磨工艺参数可控可调整从而保证打磨质量优异且稳定；实时检测砂轮的消耗，实时的调整对应的打磨工艺参数，保证砂轮消耗平稳稳定，砂轮的使用寿命提升为传统机械打磨头寿命的3-4倍；通过使用快换磨具，可以自动实现砂轮片的更换，提升整个打磨装备的自动化水平；打磨工艺参数根据砂轮的消耗实时优化调整，保证打磨粉尘颗粒大小均匀统一，加上使用改进后的新型罩壳可以保证整个打磨工位的除尘效果达到90％以上；通过柔性法兰的自动伸缩和采用柔性尼龙粘结砂轮，可以实现打磨法向力方向上的位移补偿，能自动适应焊缝及车身工艺的公差变化，大大降低机器人轨迹调试难度，提升整个设备的智能化水平；通过本发明装置可以很好弥补传统机械力控打磨装置的不足，大大提升汽车激光焊缝打磨的自动化与智能化。

根据本发明的一个方面，提供一种激光焊缝打磨的智能打磨系统，其特征在于，主要由力控打磨工具、磨具库和打磨控制柜组成，其中力控打磨工具与一个机器人进行物理连接，磨具库安放在机器人可达范围内，打磨控制柜与一个机器人控制柜之间进行通讯，机器人控制柜控制机器人运动；其中打磨控制柜控制力控打磨工具与磨具库，打磨控制柜反馈信号给机器人控制柜，机器人控制柜控制打磨控制柜进而间接控制力控打磨工具与磨具库。

优选地，所述力控打磨工具主要包括相互连接的柔性法兰和电主轴，其中柔性法兰的气源开合通过打磨控制柜进行控制；电主轴的气源开合通过打磨控制柜进行控制。

优选地，所述力控打磨工具还包括安装固定板左侧连接板、柔性法兰连接板、安装固定板右侧连接板，安装固定板左侧连接板和安装固定板右侧连接板之间通过柔性法兰连接板连接。

优选地，所述力控打磨工具还包括机器人连接法兰、安装固定板、连接卡环、铝型材支，机器人连接法兰固定在安装固定板的一侧，连接卡环位于安装固定板的上方，铝型材支架固定在连接卡环的一侧，机器人连接法兰位于电主轴的上方。

优选地，所述力控打磨工具还包括安装固定板上加强筋、安装固定板下加强筋，安装固定板下加强筋位于安装固定板上加强筋的上方，安装固定板上加强筋、安装固定板下加强筋都位于安装固定板左侧连接板和安装固定板右侧连接板之间。

优选地，所述力控打磨工具还包括除尘管、除尘罩壳、快换磨具、九十度连接块右侧板、九十度连接块电主轴固定板、九十度连接块左侧板、固定块，除尘管位于安装固定板右侧连接板的下方，除尘罩壳位于除尘管和柔性法兰之间，快换磨具位于除尘管的下方，九十度连接块右侧板位于快换磨具和电主轴之间，九十度连接块右侧板和九十度连接块左侧板之间通过九十度连接块电主轴固定板连接，固定块位于九十度连接块电主轴固定板的上方。

优选地，所述铝型材支架的形状为正方形。

优选地，所述除尘管与除尘罩壳之间通过一个罩壳卡箍连接。

优选地，所述磨具库主要包括快换磨具、转帘门、转帘门传感器、刀柄传感器和电机，快换磨具位于转帘门传感器和刀柄传感器之间，转帘门、电机都位于快换磨具的上方。

优选地，所述电机的启停及正反转通过打磨控制柜控制，转帘门传感器和刀柄传感器将信号实时反馈给打磨控制柜；机器人控制柜通过控制打磨控制柜进而间接控制电机的启停和正反转控制转帘门的开合，转帘门传感器将检测反馈信号反馈给打磨控制柜进而传送给机器人控制柜判定转帘门是否开合到位；当转帘门开合到位后才可进行快换磨具的自动更换，通过刀柄传感器检测当前刀位是否有快换磨具和当前快换磨具是否满足打磨要求进而传递给机器人控制柜作出判定从而决定是否能正常进行快换磨具的自动更换。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：一，通过本装置可以实现车顶激光焊缝打磨的全自动化与智能化；二，本装置的自动更换打磨砂轮片可以克服传统机械力控打磨头人工更换砂轮片带来的生产流水线的停机事故，提升整个汽车生产流水线的使用效率与自动化水平，将传统机械打磨头人工每次更换砂轮片15-20分钟缩短为机器人自动更换砂轮片10-15秒；三，本装置可以大幅提高砂轮片的使用寿命，大幅提高设备的投入产出比，将砂轮使用寿命从从前30分钟/片提升为3小时/片，每个砂轮片打磨车辆数量由50-70辆/片提升为400-500辆/片；四，本装置工艺参数实时监控并可实时更新，工艺参数更改方便，能适应汽车流水线不同车型变更对工艺快速变更的需求；五，本装置可以实现自动更换砂轮片，减少人对工位的干预，大幅提升工位的稳定性与可控性同时降低工位的人工成本，通过刀具库可以实现机器人自动更换砂轮片三次，每个砂轮片使用寿命三小时，整个打磨工位砂轮片人工更换周期由原来半小时提升为9小时，且由原来在生产制造中停机更换转变为换班更换；六，本装置可以大幅提高除尘效果，提升整体工位的洁净性并减少工位对除尘设备的投入，除尘效果由传统老式机械打磨头30％提升为90％；七，本装置可实现打磨力方向上的位移补偿，能降低打磨工位对上一道激光焊接工位的技术要求，并降低对车身定位安装精度，有利于降低上道工序的硬件投入。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明激光焊缝打磨的智能打磨系统的结构示意图。

图2为本发明中力控打磨工具的结构示意图。

图3为本发明中磨具库的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明激光焊缝打磨的智能打磨系统主要由力控打磨工具1、磨具库2和打磨控制柜3组成，其中力控打磨工具1与一个机器人5进行物理连接，磨具库2安放在机器人5的侧面，即磨具库2安放在机器人5可达范围内，磨具库2、机器人5、一个机器人控制柜4都与打磨控制柜3连接，打磨控制柜3与机器人控制柜4之间进行通讯，机器人控制柜4控制机器人5运动。其中打磨控制柜3控制打磨工具1与磨具库2，打磨控制柜3反馈信号给机器人控制柜4，机器人控制柜4控制打磨控制柜3进而间接控制力控打磨工具1与磨具库2。通过机器人控制柜4可以控制整体打磨系统与机器人5。

力控打磨工具1包括相互连接的柔性法兰22和电主轴25，其中柔性法兰的气源开合通过打磨控制柜进行控制，从而控制柔性法兰的工作开合；电主轴的气源开合通过打磨控制柜进行控制，从而控制电主轴的打拉刀与冷却。

力控打磨工具1还包括安装固定板左侧连接板17、柔性法兰连接板18、安装固定板右侧连接板19，安装固定板左侧连接板17和安装固定板右侧连接板19之间通过柔性法兰连接板18连接，这样方便安装其他元件。

力控打磨工具1还包括机器人连接法兰11、安装固定板12、连接卡环13、铝型材支架14，机器人连接法兰11固定在安装固定板12的一侧，连接卡环13位于安装固定板12的上方，铝型材支架14固定在连接卡环13的一侧，机器人连接法兰11位于电主轴25的上方，机器人连接法兰方便与其他元件连接。

力控打磨工具1还包括安装固定板上加强筋15、安装固定板下加强筋16，安装固定板下加强筋16位于安装固定板上加强筋15的上方，安装固定板上加强筋15、安装固定板下加强筋16都位于安装固定板左侧连接板17和安装固定板右侧连接板19之间。

力控打磨工具1还包括除尘管20、除尘罩壳21、快换磨具23、九十度连接块右侧板24、九十度连接块电主轴固定板26、九十度连接块左侧板27、固定块28，除尘管20位于安装固定板右侧连接板19的下方，除尘罩壳21位于除尘管20和柔性法兰22之间，快换磨具23位于除尘管20的下方，九十度连接块右侧板24位于快换磨具23和电主轴25之间，九十度连接块右侧板24和九十度连接块左侧板27之间通过九十度连接块电主轴固定板26连接，固定块28位于九十度连接块电主轴固定板26的上方。

九十度连接块右侧板、九十度连接块电主轴固定板、九十度连接块左侧板和固定块之间通过焊接连接，以实现机器人自动更换刀具而无需开合罩壳，将传统人工更换砂轮片时长十五至二十分钟缩短为十至十五秒，且无需停机；除尘罩壳与安装固定板左侧连接板、安装固定板右侧连接板之间通过一个螺栓连接，机器人连接法兰、安装固定板、安装固定板上加强筋、安装固定板下加强筋、安装固定板左侧连接板、柔性法兰连接板和安装固定板右侧连接板之间通过焊接组成安装固定板保证机器人六轴与柔性法兰保持垂直，并起到支撑相关气管作用，通过九十度连接块电主轴固定板和固定块保证电主轴轴线与柔性法兰之间的轴线保持垂直，从而保证打磨法向力与柔性法兰伸缩在同一水平线，方便实时调整打磨法向力与对磨具磨料磨损进行实时位移补偿，通过除尘罩壳实现罩壳无需手动开合即可进行换刀，实现换刀的自动化，通过九十度连接块右侧板、九十度连接块电主轴固定板、九十度连接块左侧板和固定块组成九十度连接装置保证柔性法兰下端装置重心与柔性法兰轴线在同一水平线，从而保证柔性法兰承受扭矩小，通过电主轴和柔性法兰实现打磨法向力、打磨转速、打磨压缩量可控可调整，保证整体打磨质量，通过除尘罩壳可以实现打磨粉尘的有效搜集，并通过其端部毛刷自动贴合工件表面能达到除尘效果90％以上。柔性法兰通过与打磨控制柜通信，可以实现控制柜柔性法兰的打磨法向力、打磨位移补偿、打磨法向力反应时间等，同时柔性法兰实时反馈当前打磨法向力和打磨位移伸缩量等给打磨控制柜。打磨控制柜将得到信息反馈给机器人控制柜进行算法控制，实时对打磨法向力进行调整并实时判断快换磨具磨损状态并及时进行快换磨具自动更换，保证整个打磨过程中打磨法向力实时可控可调整并能自动补偿快换磨具的磨损并及时快换磨具的自动更换。电主轴的电源启停通过打磨控制柜进行控制，从而实现电主轴的启停由打磨控制柜控制。电主轴通过与打磨控制柜通信，从而实现打磨控制柜控制电主轴正反转和转速大小，机器人控制柜通过控制打磨控制柜可以实现电主轴启停、正反转、转速大小和打拉刀的间接控制。同时电主轴将当前转速实时反馈给打磨控制柜进而反馈给机器人控制柜，实现打磨转速的可控可调节，当机器人控制柜收到自动更换快换磨具的信号后，机器人控制柜控制电主轴的打拉刀进行快换磨具的自动更换。通过机器人控制柜可以实现打磨法向力、打磨转速和打磨位移补偿等工艺参数实时控制调整从而保证打磨质量并使整个打磨过程自动化与智能化。

所述铝型材支架的形状为正方形，这样便于制造。

所述除尘管与除尘罩壳之间通过一个罩壳卡箍连接，这样便于固定。

磨具库2主要包括快换磨具38、转帘门39、转帘门传感器40、刀柄传感器41和电机42，快换磨具38位于转帘门传感器40和刀柄传感器41之间，转帘门39、电机42都位于快换磨具38的上方。其中电机42的启停及正反转通过打磨控制柜3控制，转帘门传感器40和刀柄传感器41将信号实时反馈给打磨控制柜3；机器人控制柜5通过控制打磨控制柜3进而间接控制电机42的启停和正反转控制转帘门39的开合，转帘门传感器40将检测反馈信号反馈给打磨控制柜3进而传送给机器人控制柜5判定转帘门是否开合到位；当转帘门39开合到位后才可进行快换磨具38的自动更换，通过刀柄传感器42检测当前刀位是否有快换磨具38和当前快换磨具38是否满足打磨要求进而传递给机器人控制柜54作出判定从而决定是否能正常进行快换磨具38的自动更换。当磨具库2上无可使用快换磨具38进行自动更换时，刀柄传感器41将信息反馈给机器人控制柜4，从而机器人控制柜4控制机器人5停止工作并发出警报，提示进行快换磨具38的人工更换。

其中，柔性法兰(ACF，Active Contact Flange)也称自适应接触法兰，是一款能够保持机器人末端工具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，其高精度与高灵敏度的控制，能够保证工具与加工面之间的接触力控制在士1N以内，特别适用于打磨、抛光等应用场合。根据不同选型，其压力范围可选为0-100N或0-500N，伸缩行程可选35.5mm，48mm，98mm等，可选带重力感应传感器以克服自身重力，从而适应任意加工角度的应用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。