人防门智能打磨换刀系统及换刀方法与流程

1.本发明涉及人防门打磨技术领域，具体涉及一种人防门智能打磨换刀系统及换刀方法。


背景技术：

2.众所周知，目前，采用机器人打磨工件的技术已经开始逐步取代传统的人工打磨方式，但机器人所夹持的动力头上的刀具通常是单一且固定的，只适用于外形特征比较统一的工件；而对于外形特征复杂多变的工件，或者有不同打磨类型要求的，如人防门的焊点打磨，需要先用金刚砂轮打磨，再用角磨片对金刚砂轮打磨余高进行抛磨处理，让打磨后的焊疤与本体圆滑过渡。单一的刀具就无法同时适用于所有不同特征的打磨作业；目前采取的补救形式主要是采用多台机器人，各自夹持带有不同的刀具的动力头，对同一个位置的工件进行作业或者在流水线上的多个位置进行作业，多台机器人对同一个位置的工件进行作业时，为避免相互之间的干涉，通常是在一台机器人进行作业时，旁边可能会进入其作业区间的机器人要在原始位置等待，只有作业区域互不相关的机器人才可同时作业，这种系统形式只适用于外形特征不是太复杂，只需要两到三种刀具即可完成所有工作的工件，并且机器人有大量的等待时间，设备的开动率较低；多台机器人在流水线上的多个位置进行作业，适用于大批量且品种单一的作业；当更换产品时，有可能需要对所有机器人的刀具都进行更换，这种系统形式占用空间较大，且不适合灵活多变的市场形势。
3.以上两种形式都需要配置多台机器人，投资较高，后期的使用与维护成本也居高不下。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种人防门智能打磨换刀系统及换刀方法，能够根据人防门不同打磨工序而自动更换刀具。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种人防门智能打磨换刀系统，包括机器人、工作台和刀具，其中：
7.机器人手臂的末端安装带有自动换刀功能的动力头和相机，机器人在臂展范围内任意移动动力头；
8.刀具安放于自动刀具库中，在机器人臂展范围内固定自动刀具库，自动刀具库呈立方体盒子状，内部排列安放不同种类的备用刀具，自动刀具库箱体在面向机器人的一侧装设可开合的保护罩；
9.工作台固定在机器人臂展范围内；
10.机器人本身的动作由自带的控制器控制运行，其余设备由固定在机器人后方电控柜内的plc控制器统一控制，包括动力头的启停、松刀与拉刀，保护罩的开合。
11.作为本发明进一步的方案，所述自动刀具库内排列的所有刀具，柄部的接口尺寸一致，均适用于所选动力头。
12.作为本发明进一步的方案，所述保护罩只在需要更换刀具时打开，在打磨作业时处于关闭状态。
13.作为本发明进一步的方案，所述自动刀具库箱体内部上下分层分布有至少两道刀架横梁。
14.作为本发明进一步的方案，所述刀具安装于bt刀柄上，所述刀架横梁上固定有夹具，所述夹具一侧开口且沿开口中间开设供卡设所述bt刀柄的卡槽。
15.作为本发明进一步的方案，所述保护罩通过线性执行器滑动安装于所述自动刀具库箱体面向机器人的一侧上。
16.作为本发明进一步的方案，所述保护罩与所述自动刀具库箱体之间沿线性执行器的伸缩方向设置有导轨。
17.作为本发明进一步的方案，所述线性执行器采用气缸或电动推杆。
18.作为本发明进一步的方案，所述保护罩包括内外交叠且相对滑动连接的至少两个罩壳，至少两个罩壳中位于最内侧的罩壳与所述自动刀具库箱体固定、位于最外侧的罩壳与所述线性执行器固定。
19.一种采用如上所述人防门智能打磨换刀系统实现的人防门智能打磨换刀方法，其包括以下步骤：
20.将人防门放置在工作台上；
21.机器人移动到人防门处，机器人移动带有第一种刀具的动力头开始进行打磨作业；
22.当第一种刀具打磨完毕后，机器人移动至自动刀具库处，保护罩打开，机器人手臂上的相机对自动刀具库进行拍照，识别库位上的刀具有无情况，若无则执行换刀程序；若有则移动至下一库位直至识别到库位上无刀具，执行换刀程序；
23.换刀程序包括：机器人将动力头上的第一种刀具放置到无刀具的库位上，移动动力头至准备更换的第二种刀具的库位处，机器人手臂上的相机进行拍照，判断是否有第二种刀具，若有则执行取刀程序；若无则移动至同种类刀具的其他库位，直至识别到库位上有刀具，执行取刀程序；
24.plc控制器预存初始状态下自动刀具库内备用刀具数量，当每执行完毕一次换刀程序后，备用刀具数量减1，直至备用刀具数量为0时，发出刀具全部使用完毕的信号。
25.由于采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：采用一台机器人夹持动力头，可以针对人防门不同打磨工序配合自动刀具库来自动选用不同的刀具进行打磨作业，占用空间小，布局紧凑，安全可靠。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。
27.图1为本发明实施例的人防门智能打磨换刀系统的整体示意图。
28.图2为本发明实施例的人防门智能打磨换刀系统中的自动刀具库示意图。
29.图3为本发明实施例的自动刀具库框架的示意图。
30.图4为本发明实施例的自动刀具库保护罩的示意图。
31.图5为本发明实施例的自动刀具库导轨的示意图。
32.图6为本发明实施例的自动刀具库气缸的示意图。
33.图7为本发明实施例的自动刀具库夹具的示意图。
34.图8为本发明实施例的人防门智能打磨换刀系统中的金刚砂轮示意图。
35.图9和图10为本发明实施例的人防门智能打磨换刀系统中的角磨片的两种不同角度示意图。
36.图11为现有技术一种力控强磨机的换刀主轴内部结构示意图。
37.图中：1-自动刀具库；11-刀架横梁；12-导轨固定座；13-框架；2-保护罩；201-固定罩壳；202-活动罩壳；3-金刚砂轮；4-导轨；41-滑块；5-气缸；6-夹具；61-卡口；7-角磨片；8-机器人；81-动力头：9-工作台；10-电控柜；100-bt刀柄；101-第一卡槽；21-外壳尾部；22-外壳调整环；23-外壳；24-外壳头部；25-电源接口；26-换刀气口；27-除尘气口；28-轴承调整块；29-轴承；210-定子调整块；211-定子；212-电动转轴；213-夹爪；214-拉杆；215-压块；216-弹簧；217-弹簧座；218-气缸二。
具体实施方式
38.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清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.请参阅图1和图2所示，本发明实施例提供的一种人防门智能打磨换刀系统，包括机器人8、工作台9和刀具，刀具包括金刚砂轮3和角磨片7，其中：机器人8手臂的末端安装带有自动换刀功能的动力头81和相机，机器人8在臂展范围内任意移动动力头；刀具安放于自动刀具库1中，在机器人8臂展范围内固定自动刀具库1，自动刀具库1呈立方体盒子状，内部排列安放不同种类的备用刀具，所有刀具柄部的接口尺寸一致，均适用于动力头81，动力头81为外购的带有自动换刀功能的标准产品。
40.自动刀具库1箱体在面向机器人8的一侧装设可开合的保护罩2，保护罩2只在需要更换刀具时打开，在机器人8打磨作业时处于关闭状态，可以避免刀具外露，保护刀具，也可以保持刀具柄部洁净，起到防尘作用。
41.工作台9固定在机器人8臂展范围内；在初始状态时，动力头81上夹持的是第一种刀具，如金刚砂轮3，在对处于工作台9上的工件(如人防门焊点)进行打磨作业时，根据打磨工序对于刀具的需求，机器人8可以移动动力头81到自动刀具库1中更换刀具。机器人8本身的动作由其自带的控制器控制运行，其余设备由固定在机器人8后方电控柜10内的plc控制器统一控制，包括动力头81的启停、松刀与拉刀，保护罩2的开合等。
42.如图3所示，自动刀具库1包括门字型框架13，门字型框架13的两侧立板的底部通过地脚螺栓与工作台9附件的地面固定，两侧立板之间上下分层地分布有两道刀架横梁11(也可以为更多道)，用来架设不同种类的第一种刀具和第二种刀具，如金刚砂轮3和角磨片7。本实施例中的金刚砂轮3和角磨片7均安装于bt刀柄100上，如图8～10所示，刀架横梁11上固定有夹具6，如图7所示，夹具6一侧开口呈卡口61，且沿卡口61中间开设供卡设bt刀柄
100的第二卡槽(图中未显示)，bt刀柄100上对应设有第一卡槽101，第一卡槽和第二卡槽相互卡设，从而将bt刀柄100牢牢地卡设在夹具6的卡口61中，刀具放置在刀架横梁11上，bt刀柄100朝向保护罩2所在侧，以便于机器人8末端的动力头81夹持bt刀柄100。夹具6可采用螺栓固定在刀架横梁上。
43.保护罩2通过线性执行器滑动安装于自动刀具库1框架面向机器人的一侧上。线性执行器可采用气缸5或电动推杆，本实施例中，保护罩2的中部通过一个气缸5上下可移动地安装在自动刀具库1的前侧，如图2和图6所示，面向机器人8的一侧。进一步的，保护罩2与自动刀具库8框架之间沿线性执行器的伸缩方向设置有导轨4，自动刀具库8框架的两侧立板的底部设置有导轨固定座12，导轨4的下端固定在导轨固定座12上，导轨4的下端也与立板固定，导轨4上有滑块41，滑块41与保护罩2固定，如图5所示。
44.如图4所示，本实施例中的保护罩包括内外交叠且相对滑动连接的至少两个罩壳，至少两个罩壳中位于最内侧的罩壳与自动刀具库框架底部固定、位于最外侧的罩壳与气缸5固定。
45.机器人可采用现有的六轴工业机器人，是在实际生产中常用的6关节工业机器人。第一轴：本体回转轴，它是连接底座的部位，是工业机器人承载较大的轴，可以左右旋转动作，类似磨盘的动作方式，它承载着整个机器人的重量和机器人左右水平的大幅度摆动。第二轴：主臂前后摆动轴是机器人部件的核心连接位置，承上启下的用处，控制机器人前后摆动、伸缩的重要一轴。第三轴：三轴是控制机器人前后摆动的一轴，三轴和二轴的动作功能相似，也是控制机器人上下料摆动功能，三轴位置的动作相对较小，不过这也是六轴机器人臂展长的根据。第四轴：它是工业机器人上面的圆管轴位置的部分，可自由回转，就是一个圆柱体的旋转只是里面多了个线缆的限制，四轴是控制上臂部分180
°
自由旋转的一轴，相当于人的小臂。第五轴：第五轴很重要，当你差不多调好位置后，你得精准定位到产品上，就要用到第五轴，这个位置相当是人手臂中手腕的关节，可以上下小幅度动作，是产品抓取后可以使产品或者固定的工具进行翻转的动作。第六轴：末端旋转轴，是在后面进行微调位置的关节；当将第五轴定位到产品上之后，需要一些微小的改动，就需要用到第六轴，第六轴相当于可以水平360
°
旋转的一个转盘，可以更精确定位到产品。
46.本实施例中的六轴机器人可以用来代替工人执行人防门打磨工作。动力头安装在六轴机器人的第六轴末端。动力头可采用中国专利zl 202120217383.3公开的“一种力控强磨机”，揭示了一种换刀主轴(相当于本发明的动力头81)，换刀主轴通过螺栓连接在力控执行器(图中未显示)上，力控执行器提供换刀主轴的动力源。如图11所示，换刀主轴包括外壳尾部21、外壳23和外壳头部24，外壳23的一端设置有外壳尾部21，外壳尾部21与外壳23之间设置有外壳调整环22，外壳调整环22的内部设置有压块215，压块215的中心位置开设有通孔，外壳23的另一端设置有外壳头部24，外壳头部24的内部安装有轴承调整块28，外壳23的内部中心位置设置有电动转轴212，电动转轴212的两端通过轴承29与外壳23连接，电动转轴212的中间外部套装有定子211，且定子211与电动转轴212不接触，定子211与外壳23为固定连接，定子211的两端设置有定子调整块210，电动转轴212上靠近外壳头部24的一端内部安装有夹爪213，电动转轴212的内部插接有拉杆214，拉杆214与夹爪213为固定连接，外壳尾部21的内部固定设置有气缸二218，气缸二218的气缸杆上固定设置有弹簧座217，弹簧座217穿过压块215上的通孔与拉杆214上远离夹爪213的一端固定连接，弹簧座217上安装有
弹簧216，外壳尾部21的外部端面上固定设置有电源接口25、换刀气口26和除尘气口27；拉杆214将夹爪213拉紧，由于电动转轴212的开口处的锥度，夹爪213会夹紧打磨工具的bt刀柄，换刀气口26充气后，气缸二218会伸长，进而推动拉杆214，从而将夹爪213推离电动转轴212，夹爪213松开打磨工具；通过控制换刀气口26的进出气可以实现控制自动换刀的功能，通过除尘气口27可以将空气通入换刀主轴内部，之后空气由换刀主轴2的缝隙处喷出，可以阻挡灰尘通过换刀主轴的缝隙进入换刀主轴的内部，同时可以清理出换刀主轴缝隙处的灰尘；在电源接口25接入三相高压电后，可以驱动电动转轴212转动，电动转轴212在旋转后可以带动夹持有打磨工具的夹爪213旋转。
47.通过上述实施例中的换刀主轴，充当本发明机器人末端的动力头，可以实现对bt刀柄100的自动更换，从而实现金刚砂轮3和角磨片7的更换。
48.本发明还提供了一种采用如上所述人防门智能打磨换刀系统实现的人防门智能打磨换刀方法，其主要包括以下步骤：
49.1、人工将金刚砂轮3和角磨片7按照要求安装在bt刀柄100上，将组合后的金刚砂轮3、角磨片7和刀柄装入自动刀具库中的bt刀夹上。
50.2、保护罩在气缸推动下，在导轨上下滑动，正常状态下，处于关闭状态，换刀时处于打开状态。
51.3、机器人执行取刀程序时，保护罩自动向下打开，露出刀具及刀柄。
52.4、机器人手臂上的相机先对刀库进行拍照，判断需要抓取位置是否有金刚砂轮或角磨片，若有则执行对应的取刀程序；若无则移动至同种类刀具的其他库位，直至识别到库位上有刀具，执行取刀程序。
53.5、机器人执行抓刀程序，动力头上的机械爪通气后打开。当刀柄进入动力头主轴后，控制抓刀柄的电磁阀断气，机械爪与刀柄拉钉机械夹紧，打磨时，金刚砂轮牢牢的锁定在主轴上，保证有效的打磨切削力。
54.6、将待打磨的人防门水平放置在工作台9上；
55.7、机器人8移动到人防门处，机器人8手臂移动带有金刚砂轮3的动力头81开始进行打磨作业；
56.8、当金刚砂轮打磨完毕后，机器人8移动至自动刀具库处，保护罩打开，机器人手臂上的相机对自动刀具库进行拍照，识别需要抓取刀具的库位上的刀具的有无情况，若无则执行换刀程序；若有则移动至下一库位直至识别到库位上无刀具，执行换刀程序；
57.换刀程序包括：机器人将动力头上的金刚砂轮3放置到无刀具的库位上，移动动力头至准备更换的角磨片7的库位处，机器人手臂上的相机进行拍照，判断是否有角磨片7具，若有则执行取刀程序；若无则移动至同种类刀具的其他库位，直至识别到库位上有刀具，执行取刀程序；
58.plc控制器预存初始状态下自动刀具库内备用刀具数量和位置，可通过机器人手臂上的相机在换刀前预先对自动刀具库进行拍照，对初始状态自动刀具库1中的备用刀具数量和位置进行标定。
59.当每执行完毕一次换刀程序后，备用刀具数量减1，直至备用刀具数量为0时，发出刀具全部使用完毕的信号，人工更换新的刀具后，plc控制器执行复位程序，机器人从1号库位开始依次更换新的刀具。
60.具体地，可以采用工业视觉软件，先对自动刀具库内的所有的位置进行标定，比如10个位置有刀具。先进行全部识别标定。当少一个，视觉拍照后，特征将少一个，识别后，软件内就只有9个位置点，即可判断出缺失的位置，那么下一次换刀的时候，就可以将动力头上原本的刀具放回到刀具缺失的位置。机器人程序具有计数功能，当执行一条换刀程序，软件计数一次，计数到10后，显示器显示换刀，显示器可安装在工作人员容易查看的位置，如电控柜。
61.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种人防门智能打磨换刀系统，包括机器人、工作台和刀具，其特征在于：机器人手臂的末端安装带有自动换刀功能的动力头和相机，机器人在臂展范围内任意移动动力头；刀具安放于自动刀具库中，在机器人臂展范围内固定自动刀具库，自动刀具库呈立方体盒子状，内部排列安放不同种类的备用刀具，自动刀具库箱体在面向机器人的一侧装设可开合的保护罩；工作台固定在机器人臂展范围内；机器人本身的动作由自带的控制器控制运行，其余设备由固定在机器人后方电控柜内的plc控制器统一控制，包括动力头的启停、松刀与拉刀，保护罩的开合。2.如权利要求1所述的人防门智能打磨换刀系统，其特征在于，所述自动刀具库内排列的所有刀具，柄部的接口尺寸一致，均适用于所选动力头。3.如权利要求1所述的人防门智能打磨换刀系统，其特征在于，所述保护罩只在需要更换刀具时打开，在打磨作业时处于关闭状态。4.如权利要求1所述的人防门智能打磨换刀系统，其特征在于，所述自动刀具库箱体内部上下分层分布有至少两道刀架横梁。5.如权利要求4所述的人防门智能打磨换刀系统，其特征在于，所述刀具安装于bt刀柄上，所述刀架横梁上固定有夹具，所述夹具一侧开口且沿开口中间开设供卡设所述bt刀柄的卡槽。6.如权利要求1所述的人防门智能打磨换刀系统，其特征在于，所述保护罩通过线性执行器滑动安装于所述自动刀具库箱体面向机器人的一侧上。7.如权利要求6所述的人防门智能打磨换刀系统，其特征在于，所述保护罩与所述自动刀具库箱体之间沿线性执行器的伸缩方向设置有导轨。8.如权利要求6所述的人防门智能打磨换刀系统，其特征在于，所述线性执行器采用气缸或电动推杆。9.如权利要求6所述的人防门智能打磨换刀系统，其特征在于，所述保护罩包括内外交叠且相对滑动连接的至少两个罩壳，至少两个罩壳中位于最内侧的罩壳与所述自动刀具库箱体固定、位于最外侧的罩壳与所述线性执行器固定。10.一种采用如权利要求1～9中任一项的所述人防门智能打磨换刀系统实现的人防门智能打磨换刀方法，其特征在于，包括以下步骤：将人防门放置在工作台上；机器人移动到人防门处，机器人移动带有第一种刀具的动力头开始进行打磨作业；当第一种刀具打磨完毕后，机器人移动至自动刀具库处，保护罩打开，机器人手臂上的相机对自动刀具库进行拍照，识别库位上的刀具有无情况，若无则执行换刀程序；若有则移动至下一库位直至识别到库位上无刀具，执行换刀程序；换刀程序包括：机器人将动力头上的第一种刀具放置到无刀具的库位上，移动动力头至准备更换的第二种刀具的库位处，机器人手臂上的相机进行拍照，判断是否有第二种刀具，若有则执行取刀程序；若无则移动至同种类刀具的其他库位，直至识别到库位上有刀具，执行取刀程序；plc控制器预存初始状态下自动刀具库内备用刀具数量，当每执行完毕一次换刀程序
后，备用刀具数量减1，直至备用刀具数量为0时，发出刀具全部使用完毕的信号。

技术总结
本发明公开了一种人防门智能打磨换刀系统及换刀方法，系统包括机器人、工作台和刀具，机器人手臂末端安装带自动换刀功能的动力头和相机，机器人在臂展范围内任意移动动力头；在机器人臂展范围内固定自动刀具库，自动刀具库内部排列安放不同种类的备用刀具，在面向机器人的一侧装设可开合的保护罩；工作台固定在机器人臂展范围内；机器人本身的动作由自带的控制器控制运行，其余设备由固定在机器人后方电控柜内的PLC控制器统一控制，包括动力头的启停、松刀与拉刀，保护罩的开合。本发明采用一台机器人夹持动力头，可以针对人防门不同打磨工序配合自动刀具库来自动选用不同的刀具进行打磨作业，占用空间小，布局紧凑，安全可靠。安全可靠。安全可靠。


技术研发人员：常甲兴 赵唯 胡鹏飞 吴艳
受保护的技术使用者：上海地空防护设备有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/22