钟权发
广东博科数控机械有限公司
摘要：目前，我国的新型科技发展十分迅速，本文主要阐述工业机器人在打磨抛光领域的智能应用，首先，概述打磨抛光机器人及应用系统；然后，详细分析浙江万丰科技开发股份有限公司掌握的打磨抛光核心技术以及深厚工艺；最后，介绍该公司研发的打磨抛光成套设备成功应用的典型案例。
关键词：机器人；打磨抛光；成套设备
引言
随着机械工业的发展，现代抛光越来越广泛地应用在工业及民用产品上。而传统的抛光加工，一般采用手工打磨，不仅费时费力、效率低下，而且很难保证加工产品质量的一致性;同时工业现场噪声、粉尘对人体有极高的危害以及很多抛光行业公司没有好的制度与不注重安全生产，严重影响员工的生命健康。针对国内抛光控制系统自动化水平还不是特别高的现状，采用新型的五自由度工件加紧机构抛光要比普通手工抛光更能保证加工精度，使加工效率大大提高，而且设备投资少，成本低，工人工作环境得到很好的改善，同时为复杂空间曲面的加工开辟了一条更先进的途径。近年来，工业化的自动化装置发展速度，其最为突出的是PLC，可编程控制器因其抗干扰能力强、性能稳定、应用灵活、安装和调试方便，维护简单等优点。在五自由度工件加紧机构的抛光打磨机器人系统中引用PLC控制，可以极大的提高抛光效率，而且相对于其它的运动控制卡和控制器而言，PLC控制具有成本低、稳定性高、易于操作等优势。同时利用PLC控制与MCGS组态软件技术的结合，能够在保证抛光打磨机器人正常工作的情况下，实时显示各部件的工作状态，快速对故障做出预警和报警，实现抛光系统的智能化。
1打磨抛光机器人系统介绍
流程:人工上料→机器人1取料→冒口铣削→披锋打磨→机器人1下料→抽检→4工位展台质检冲孔→不良品分拣→机器人2半成品取料→打磨抛光→机器人2成品下料。打磨抛光智能系统相关模块介绍如下：（1）料仓装置：人工摆好毛坯，手动启动系统，气缸送料装置自动将工件送至机器人工作区域。两个独立的送料装置交替作业解决人工上下料操作时机器人停机等待的问题。（2）机器人抓手：抓取物料的夹具安装在机器人手臂上，实现机器人自动地抓取工件并完成打磨抛光作业。气缸夹取的方式简单实用，应用广泛。（3）恒力砂带机：采用独立的系统控制，以一个变频异步电机为主动力源，带动砂带旋转。用3个伺服电机驱动齿轮齿条，可输入控制指令设定打磨力度。当打磨工件时，砂带的受力传递给伺服电机，系统通过对伺服电机力矩及电流变化进行换算输出来驱动伺服电机运动实现工件和砂带的接触力恒定。为避免砂带跑偏，系统设置砂带自动纠偏装置。（4）恒力抛光机：采用独立的系统控制，恒定伺服力矩及电流的变化实时进给麻轮位置，使工件抛光接触力恒定。步进电机推送实现固体打蜡功能。（5）总控制系统：实现机器人与各打磨抛光装置的I/O信号对接，采用管理层、监控层和设备层三级网络对整生产线进行监控、调度、管理，接受车间生产计划，完成自动化生产。（6）抽检及修补装置：为避免机器人打磨抛光工件的打磨缺陷及机器人打磨抛光时间的充分利用，定时送出一个打磨工件给人工质检。不合格工件人工执行系统指令使机器人执行区域修补程序。（7）桁架取料装置：采用气缸组合成三坐标结构，形成与生产线的协同动作，控制简单，经济实惠。（8）工件检测系统：本方案防爆传感器检测重要孔位的毛刺残存高度，给出产品性能指标的检测及判断信号，使桁架装置执行取料下料动作。工件打磨抛光后表面蜡膜黏连及缺陷瑕疵的识别难度，使视觉检测存在误差，需进一步地进行研究解决。受制于传感器应用技术，抛光面的检测由人工完成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（9）离线仿真：产线生产前生成工件打磨抛光程序及产线过程模拟程序，配合生产时的产线参数优化，可缩短生产工期，避免不必要返工。
2打磨抛光机器人关键技术
2.1基于离线编程的机器人轨迹规划
类似于轮毂、发动机水壳体、水龙头等工件，由于需要打磨的工件外形曲面、曲线比较复杂，一般需要有上千点构成的打磨轨迹，若通过人工手动示教打磨机器人轨迹，不仅需要耗费大量的时间和精力，而且仅靠人为视觉观测，主观随意性很大，生成的机器人运动轨迹存在很大误差。因此，本文通过导入工件的3D模型，选择相应的打磨曲面（曲线），通过积累的打磨工艺，设置最佳磨具的工艺参数（包括：接触力、接触角度、移动速度及重叠度、工具转速及补偿量、工件的打磨量等），并基于机器人及磨具的内建模型，将磨具的打磨轨迹转化为机器人的运动轨迹，然后在仿真软件中模拟机器人的打磨轨迹，避免磨具、机器人本体与工件等设备的相互干涉，同时修正和优化打磨轨迹及姿态。
2.2触摸屏人机交互界面设计
根据系统应具备的性能，选择北京昆仑通态自动化软件科技有限公司推出的TPC7062TD。其人机交互界面采用的是MCGS组态软件，是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的软件。其设计思想独特，能够完成现场数据采集、流程控制、动画显示、实时数据处理和报警等功能，具有性能好、稳定性高等选点。触摸屏的设计包括变量设置和界面设置。变量设置是将MCGS的组态功能与PLC相应的I/O口以及存储单元建立通道联接，实现触摸屏对PLC的控制。最后一般通过上位机的ＲS-232串行口和PLC上的编程口，建立物理上的通讯连接，从而达到操作PLC的目的。
2.3力-运动混合控制
在有光洁度要求的抛光作业或是毛刺大孝厚度分布不均匀且出现位置随机的精细去毛刺作业中，机器人及工件定位设备误差明显，传统的固定轨迹和刚性工具无法完成高质量的打磨。笔者研发出带有力反馈的浮动磨头，其可在作业中根据力反馈的大小实时调整轨迹运行速度；针对机加工之后的去毛刺及表面抛光作业，笔者研发一种基于并联机构的具有主动力控制的三自由度末端执行器，其可在一定范围内浮动，并保证在打磨方向上的恒力输出，力控制精度在力幅的5%以内，有效地提升了打磨精度。
3成套设备典型应用
1）摩托车铝合金轮毂打磨摩托车铝合金轮毂打磨设备由1台上下料机器人、2台打磨机器人、2套打磨平台及视觉识别定位装置、2套可浮动打磨工具组成，可实现对摩托车铝合金轮毂的分模线处的去毛刺作业。通过视觉识别技术和浮动打磨工具的配合作业，该设备成功解决了分模线分布随机厚度不均的毛刺，实现分模线处打磨量的均匀分布，且具有很好的一致性；在保证质量的同时，提升打磨效率，将每个产品的打磨时间缩短至30s（人工平均40s）；结合离线编程和精度补偿标定，同一个打磨平台可兼容10种以上的轮毂类型，产品切换方便。2）发动机铸铁缸体打磨发动机铸铁缸体打磨设备由2台打磨机器人、2台桁架机械手、2套高精度伺服旋转平台、1台磨削车床构成，适用于多种规格的四缸铸铁缸体打磨单元，可完成缸体四面磨削、局部位置清理、轴挖槽磨削等打磨工作。该设备可有效地提升班产量，约为人工效率的4倍。
结语
本文从打磨抛光机器人及应用系统、关键技术、成套设备典型案例的成功应用三方面对机器人智能打磨抛光技术进行了简述，形成的技术成果将有效推动打磨抛光行业的"机器换人"进程，实现大规模产业化。
参考文献
[1]王淼,杨宜民,李凯格,等.抛光打磨机器人智能控制系统研究与开发[J].组合机床与自动化加工技术,2015(12):94-96.
[2]陈跃程,刘伟.铸件清理打磨自动化技术及其应用[J].铸造设备与工艺,2015(5):1-6.
论文作者:钟权发
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：机器人论文; 工件论文; 作业论文; 轨迹论文; 毛刺论文; 装置论文; 系统论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;