带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统的制作方法
【专利摘要】带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统，其特征在于：包括用于实现气压砂轮表层磨粒通过静电方式均匀固结的静电植砂模块、用于控制砂轮运动状态的砂轮运动模块、用于实时在线采集气压砂轮表层磨粒图像的图像检测模块、用于实现半球形气压砂轮静电植砂的主控系统；所述的静电植砂模块与砂轮运动模块相应的控制电机相连、砂轮运动模块的信号输入端与所述的主控系统的信号输出端相连、所述的图像检测模块的信号输出端与主控系统的信号输入端相连。本发明的有益效果是：半球形砂轮表层磨粒分布均匀，弥补了原有静电植砂设备只能单一对平面基体进行固结的缺陷；采用数字图像处理的方法，对半球形砂轮表层磨粒进行实时检测。
【专利说明】带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统。
【背景技术】
[0002]软固结磨粒气压砂轮呈半球形结构，分为两层。内层由弹性复合材料构成橡胶基体层，形成一个半球形密闭空间，通过控制气压使砂轮具有柔性特性，便于自由曲面的加工；外层由磨粒混合粘结剂构成磨粒层，磨粒在粘结剂的作用下，宏观上随着砂轮保持一致的运动状态，微观上也存在局部微动，在加工过程中形成磨粒间的相互挤压，从而提升加工应力。气压砂轮配合机器人可实现高效自动化加工，这种加工方法在面向大曲率高硬度模具表面光整加工中有着独特的优势，目前正被推广运用于生产实践过程中。
[0003]而在半球形气压砂轮的制作过程中，主要的问题在于如何在半球形橡胶基体表面均匀固结磨粒层。静电植砂方法在各类平面砂带、砂纸植砂过程中已被证明是一种可以形成均匀磨粒层的方法。但目前的各类静电植砂设备只能简单地解决平面植砂问题，尚无法解决除平面外其他形状的静电植砂问题，除此之外，现有静电植砂设备对砂粒植入效果没有检测反馈，同时也无法进一步控制植砂过程，导致植砂效果参差不齐。
【发明内容】
[0004]为了解决现有静电植砂技术无法针对半球形表面进行植砂的难点以及无法实时在线检测从而进行反馈控制的问题，本发明提出了一种通过静电植砂方法在半球形砂轮表面均匀固结磨粒、并通过系统进行控制，大大提升气压砂轮表层磨粒固结效果的带磨粒检测的带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统。
[0005]本发明所述的带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统，其特征在于:包括用于实现气压砂轮表层磨粒通过静电方式均匀固结的静电植砂模块、用于控制砂轮运动状态的砂轮运动模块、用于实时在线采集气压砂轮表层磨粒图像的图像检测模块、用于实现半球形气压砂轮静电植砂的主控系统；所述的静电植砂模块与所述的砂轮运动模块相应的控制电机相连、所述的砂轮运动模块的信号输入端与所述的主控系统的信号输出端相连、所述的图像检测模块的信号输出端与所述的主控系统的信号输入端相连；
[0006]所述的静电植砂模块包括用于在半球形砂轮表面提供电场的上半区、用于传送待固结磨粒并使其带电的下半区，所述的上半区包括旋转支架、上环形电极、半球形的砂轮、供电装置，所述砂轮套在所述的旋转支架末端，并且砂轮的半球形表面随着砂轮的摆动与分散磨粒层接触；所述的上环形电极固定在砂轮内部；所述的下半区包括下平面电极、传送带、用于带动传送带运动的传送电机，所述的下平面电极安装于传送带下方，传送带表面平铺分散磨粒层，所述传送电机的输出轴与所述的传送带连接；所述的上环形电极和所述的下平面电机分别与所述的供电装置的正负极电连；
[0007]所述砂轮运动模块包括主支架、用于控制砂轮转速的旋转驱动电机、用于控制旋转支架与主支架之间的角度位置的关节驱动电机、用于控制主支架升降的升降电机，所述的主支架上端铰接旋转支架，所述旋转驱动电机安装于旋转支架末端，并且旋转驱动电机的输出轴与旋转支架末端固接；所述关节驱动电机连接旋转支架和主支架；所述升降电机安装于主支架底部；
[0008]所述主控系统包括主控机、电机驱动板，所述的主控机的信号输入端与所述的图像检测模块的信号输出端连接、信号输出端与电机驱动板的信号输入端连接；所述电机驱动板的相应输出控制端分别与传送电机、旋转驱动电机、关节驱动电机和升降电机的信号控制端连接；所述的工控机的输电端与供电装置电连。
[0009]所述的图像检测模块包括CCD摄像头、扭杆、套筒，所述CCD摄像头安装于扭杆末端，并且CCD摄像头的拍摄视野始终覆盖砂轮的半球形表面；所述扭杆固定于套在旋转支架外层的套筒上，其运动状态不跟随旋转支架旋转，但在关节驱动电机作用下跟随砂轮与底部平面成相同角度变化；所述的套筒与所述的关节电机固接，所述的CCD摄像头的数据输出端与所述工控机的信号输入端相连。
[0010]所述的扭杆包括用于连接在套筒上的第一连杆、用于连接摄像头的第二连杆，所述的第一连杆的一端与所述的套筒固定、另一端与所述的第二连杆的一端铰接；所述的第二连杆的另一端安装CXD摄像头。
[0011]所述的上环形电极的表面与砂轮的内表面之间的同径向间隙均匀且一致。
[0012]本发明的工作原理在于:在静电植砂模块下半区中，将下平面电极安装于传送带下方，位置固定并使得传送带上方特定区域形成电场，传送带上方平铺分散磨粒层，磨粒层在特定电场区域成为带电颗粒，传送电机控制传送带运动，通过静电植砂模块下半区可以实现传送待固结磨粒并使其在固结区域带电；上半区中半球形砂轮被套在旋转支架末端上，上环形电极被固定在砂轮内部，为半球形砂轮表层提供一个稳定的电场，供电装置连接上环形电极与下平面电极，在供电装置的驱动下，待固结的松散磨粒层在经过电极形成电场区域时，将会从传送带上被吸附到半球形砂轮表层，从而实现磨粒固结。
[0013]若想在半球形砂轮表面均匀固结磨粒层则必须配合砂轮运动，在砂轮运动模块中，将半球形砂轮固定在旋转支架末端，通过旋转驱动电机使砂轮在植砂过程中保持旋转；将旋转支架固定在主支架上，并采用关节驱动电机连接旋转支架和主支架，用于控制旋转支架与主支架之间的角度位置，从而间接控制了气压砂轮与平面砂粒层的角度；采用升降电机安装于主支架底部，用于控制主支架的升降，从而间接控制了静电植砂上半区与下半区间的距离，通过上述运动模块的配合作用实现气压砂轮表层不同区域的植砂过程。
[0014]图像检测模块主要用于植砂效果的信号反馈，将CCD摄像头安装于扭杆末端，用于实时在线采集气压砂轮表层磨粒图像，其采集图像范围包括半球形砂轮一面；扭杆固定于旋转支架外层套筒上，其运动状态不跟随旋转支架旋转，但在关节驱动电机作用下跟随砂轮头与底部平面成相同角度变化，从而保证了 CCD摄像头针对砂轮一面的数据实时采集。
[0015]主控系统主要采用工控机对采集的图像数据进行数字图像处理，并得出半球形砂轮表层环形区域的植砂情况，给出下一步系统运作方案，工控机分别连接电机驱动板与电极供电装置，通过对电极供电装置的控制静电植砂过程的启动和关闭；此外，电机驱动板一方面需要控制传送电机，从而实现松散磨粒的补充，另一方面需要分别控制旋转驱动电机、关节驱动电机和升降电机，从而实现对气压砂轮运动状态的控制，完成砂轮磨粒固结区域的调整，以便能进一步实现气压砂轮表层磨粒的均匀植入过程。
[0016]本发明的有益效果是:针对半球形砂轮表层难以均匀固结磨粒的难点，设计了一套针对半球形砂轮固结磨粒的静电植砂系统，并弥补了原有静电植砂设备只能单一对平面基体进行固结的缺陷，使其可运用于半球形砂轮的磨粒固结；此外，采用数字图像处理的方法，对半球形砂轮表层磨粒进行实时检测，得知固结效果，并通过主控系统对砂轮运动状态进行调整，控制砂轮磨粒固结区域，提升磨粒固结均匀性与稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明整体结构示意图。
[0018]图2是本发明砂轮运动状态调整示意图
[0019]图3是本发明气压砂轮表层磨粒固结检测示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图进一步说明本发明
[0021]参照附图:
[0022]实施例1本发明所述的带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统，包括用于实现气压砂轮表层磨粒通过静电方式均匀固结的静电植砂模块、用于控制砂轮运动状态的砂轮运动模块、用于实时在线采集气压砂轮表层磨粒图像的图像检测模块、用于实现半球形气压砂轮静电植砂的主控系统；所述的静电植砂模块与所述的砂轮运动模块相应的控制电机相连、所述的砂轮运动模块的信号输入端与所述的主控系统的信号输出端相连、所述的图像检测模块的信号输出端与所述的主控系统的信号输入端相连；
[0023]所述的静电植砂模块包括用于在半球形砂轮表面提供电场的上半区、用于传送待固结磨粒并使其带电的下半区，所述的上半区包括旋转支架10、上环形电极6、半球形的砂轮7、供电装置12，所述砂轮7套在所述的旋转支架10末端，并且砂轮7的半球形表面随着砂轮的摆动与分散磨粒层8接触；所述的上环形电极6固定在砂轮7内部；所述的下半区包括下平面电极3、传送带4、用于带动传送带运动的传送电机2，所述的下平面电极3安装于传送带4下方，传送带4表面平铺分散磨粒层8，所述传送电机2的输出轴与所述的传送带4连接；所述的上环形电极6和所述的下平面电机3分别与所述的供电装置12的正负极电连；
[0024]所述砂轮运动模块包括主支架16、用于控制砂轮转速的旋转驱动电机15、用于控制旋转支架10与主支架16之间的角度位置的关节驱动电机14、用于控制主支架升降的升降电机，所述的主支架上端铰接旋转支架10，所述旋转驱动电机15安装于旋转支架10末端，并且旋转驱动电机15的输出轴与旋转支架10末端固接；所述关节驱动电机14连接旋转支架10和主支架16 ;所述升降电机17安装于主支架16底部；
[0025]所述主控系统包括主控机1、电机驱动板18，所述的主控机I的信号输入端与所述的图像检测模块的信号输出端连接、信号输出端与电机驱动板的信号输入端连接；所述电机驱动板18的相应输出控制端分别与传送电机2、旋转驱动电机15、关节驱动电机14和升降电机17的信号控制端连接；所述的工控机I的输电端与供电装置12电连。
[0026]所述的图像检测模块包括CXD摄像头9、扭杆11、套筒13，所述CXD摄像头9安装于扭杆11末端，并且CCD摄像头9的拍摄视野始终覆盖砂轮7的半球形表面；所述扭杆11固定于套在旋转支架10外层的套筒13上，其运动状态不跟随旋转支架10旋转，但在关节驱动电机14作用下跟随砂轮7与底部平面成相同角度变化；所述的套筒13与所述的关节驱动电机14固接，所述的CCD摄像头9的数据输出端与所述工控机I的信号输入端相连。
[0027]所述的扭杆11包括用于连接在套筒13上的第一连杆、用于连接摄像头的第二连杆，所述的第一连杆的一端与所述的套筒固定、另一端与所述的第二连杆的一端铰接；所述的第二连杆的另一端安装CXD摄像头9。
[0028]所述的上环形电极的表面与砂轮的内表面之间的同径向间隙均匀且一致。
[0029]本发明的工作过程为:在静电植砂模块下半区中，将下平面电极3安装于传送带4下方，位置固定并使得传送带4上方特定区域形成电场，传送带4上方平铺分散磨粒层5，磨粒层在特定电场区域成为带电颗粒，传送电机2控制传送带4运动,通过静电植砂模块下半区的设计可以实现传送待固结磨粒并使其在固结区域带电；上半区中半球形砂轮7被套在旋转支架10末端上,上环形电极6被固定在砂轮内部,为半球形砂轮7表层提供一个稳定的电场，供电装置12连接上环形电极6与下平面电极3，在供电装置12的驱动下，待固结的松散磨粒层在经过电极形成电场区域时，将会从传送带上被吸附到半球形砂轮表层，从而实现磨粒固结。
[0030]若想在半球形砂轮7表面均匀固结磨粒层8则必须配合砂轮运动，在砂轮运动模块中，将半球形砂轮7固定在旋转支架10末端,通过旋转驱动电机15使砂轮在植砂过程中保持旋转；将旋转支架10固定在主支架16上，并采用关节驱动电机14连接旋转支架10和主支架16，用于控制旋转支架10与主支架16之间的角度位置，从而间接控制了气压砂轮与平面砂粒层的角度；采用升降电机17安装于主支架16底部，用于控制主支架16的升降，从而间接控制了静电植砂上半区与下半区间的距离，通过上述运动模块的配合作用实现气压砂轮表层不同区域的植砂过程。图2所示为气压砂轮运动状态调整前后示意图，图2左表示正在砂轮B区域固结磨粒，图2右表示通过运动模块调整后，砂轮正在A区域固结磨粒。
[0031]图像检测模块主要用于植砂效果的信号反馈，将CXD摄像头9安装于扭杆11末端，用于实时在线采集气压砂轮表层磨粒图像，其采集图像范围包括半球形砂轮一面；扭杆11固定于旋转支架外层套筒13上，其运动状态不跟随旋转支架10旋转，但在关节驱动电机14作用下跟随砂轮头与底部平面成相同角度变化，从而保证了 CCD摄像头9针对砂轮一个方向的数据实时采集。
[0032]主控系统主要采用工控机I对采集的图像数据进行数字图像处理，并得出半球形砂轮表层环形区域的植砂情况，给出下一步系统运作方案。图3所示为气压砂轮表层磨粒固结检测示意图，图3左表示未固结磨粒的砂轮表面图像；图3中表示正在固结磨粒的砂轮表面图像，此时砂轮运动状态无需调整；图3右表示已固结磨粒的砂轮表面图像，系统此时需做砂轮运动状态调整，将固结区域从A区调整至B区。工控机I分别连接电机驱动板18与电极供电装置12，通过对电极供电装置12的控制静电植砂过程的启动和关闭；此外，电机驱动板18 —方面需要控制传送电机2，从而实现松散磨粒的补充，另一方面需要分别控制旋转驱动电机15、关节驱动电机14和升降电机17，从而实现对气压砂轮运动状态的控制，完成砂轮磨粒固结区域的调整，以便能进一步实现气压砂轮表层磨粒的均匀植入过程。
[0033]本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1.带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统，其特征在于:包括用于实现气压砂轮表层磨粒通过静电方式均匀固结的静电植砂模块、用于控制砂轮运动状态的砂轮运动模块、用于实时在线采集气压砂轮表层磨粒图像的图像检测模块、用于实现半球形气压砂轮静电植砂的主控系统；所述的静电植砂模块与所述的砂轮运动模块相应的控制电机相连、所述的砂轮运动模块的信号输入端与所述的主控系统的信号输出端相连、所述的图像检测模块的信号输出端与所述的主控系统的信号输入端相连； 所述的静电植砂模块包括用于在半球形砂轮表面提供电场的上半区、用于传送待固结磨粒并使其带电的下半区，所述的上半区包括旋转支架、上环形电极、半球形的砂轮、供电装置，所述砂轮套在所述的旋转支架末端，并且砂轮的半球形表面随着砂轮的摆动与分散磨粒层接触；所述的上环形电极固定在砂轮内部；所述的下半区包括下平面电极、传送带、用于带动传送带运动的传送电机，所述的下平面电极安装于传送带下方，传送带表面平铺分散磨粒层，所述传送电机的输出轴与所述的传送带连接；所述的上环形电极和所述的下平面电机分别与所述的供电装置的正负极电连； 所述砂轮运动模块包括主支架、用于控制砂轮转速的旋转驱动电机、用于控制旋转支架与主支架之间的角度位置的关节驱动电机、用于控制主支架升降的升降电机，所述的主支架上端铰接旋转支架，所述旋转驱动电机安装于旋转支架末端，并且旋转驱动电机的输出轴与旋转支架末端固接；所述关节驱动电机连接旋转支架和主支架；所述升降电机安装于主支架底部； 所述主控系统包括主控机、电机驱动板，所述的主控机的信号输入端与所述的图像检测模块的信号输出端连接、信号输出端与电机驱动板的信号输入端连接；所述电机驱动板的相应输出控制端分别与传送电机、旋转驱动电机、关节驱动电机和升降电机的信号控制端连接；所述的工控机的输电端与供电装置电连。
2.如权利要求1所述的带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统，其特征在于:所述的图像检测模块包括CCD摄像头、扭杆、套筒，所述CCD摄像头安装于扭杆末端，并且CCD摄像头的拍摄视野始终覆盖砂轮的半球形表面；所述扭杆固定于套在旋转支架外层的套筒上，其运动状态不跟随旋转支架旋转，但在关节驱动电机作用下跟随砂轮与底部平面成相同角度变化；所述的套筒与所述的关节驱动电机固接，所述的CCD摄像头的数据输出端与所述工控机的信号输入端相连。
3.如权利要求2所述的带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统，其特征在于:所述的扭杆包括用于连接在套筒上的第一连杆、用于连接摄像头的第二连杆，所述的第一连杆的一端与所述的套筒固定、另一端与所述的第二连杆的一端铰接；所述的第二连杆的另一端安装(XD摄像头。
4.如权利要求1所述的带磨粒检测的半球型气压砂轮静电植砂系统，其特征在于:所述的上环形电极的表面与砂轮的内表面之间的同径向间隙均匀且一致。
【文档编号】B24D18/00GK104325417SQ201410589074
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】曾晰, 计时鸣, 潘烨, 王成湖 申请人:浙江工业大学