一种用于气囊抛光的接触力实时控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于气囊抛光的接触力实时控制系统，包括气囊抛光装置、气源、气压调节装置、对进入气囊的气体压力进行实时调节的控制系统；所述气囊抛光装置包括起抛光作用的气囊和与所述气源连通的气室，所述的气囊固定于一保持架上，所述的保持架通过主轴与一电机连动，所述的主轴上设有连通所述气囊与气室的气道；所述的气室上安装有检测气室内实际气压的压力传感器，所述的压力传感器与所述的控制系统相连。本实用新型专利技术通过采用控制系统对气囊内的气体压力进行实时调节，实现了抛光过程中接触力的实时控制，使气囊与被抛光工件间的接触力保持稳定，有利于提高抛光效果与抛光精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于气囊抛光的接触力实时控制系统。
技术介绍
气囊抛光技术是由伦敦光学实验室在20世纪90年代提出的一种能解决曲面工件抛光难题的新型加工技术。该技术是利用一个柔性充气气囊作为抛光工具，柔性充气气囊在内部气压和抛光工具本身下压力的作用下与工件表面紧密贴合，并在电机的带动下高速旋转，从而可以有效的对工件进行抛光。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。
技术实现思路
为了克服现有气囊抛光技术中抛光接触力不能实时在线控制的问题，本技术提供一种能使气囊内部充气压力跟随抛光接触力和工件表面曲率的改变而实时变化、气囊与被抛光工件间的抛光接触力保持动态稳定，能有效提高抛光精度和提升抛光效果的用于气囊抛光的接触力实时控制系统。本技术采用的技术方案是一种用于气囊抛光的接触力实时控制系统，其特征在于包括气囊抛光装置、气源、气压调节装置、对进入气囊的气体压力进行实时调节的控制系统；所述气囊抛光装置包括起抛光作用的气囊和与所述气源连通的气室，所述的气囊固定于一保持架上，所述的保持架通过主轴与一电机连动，所述的主轴上设有连通所述气囊与气室的气道；所述的气室上安装有检测气室内实际气压的压力传感器，所述的压力传感器与所述的控制系统相连，所述的气室通过一支撑架与工业机器人臂末端相连；所述的支撑架通过在圆周上均布的四个连杆将气室固定，所述的四个连杆上都安装有应力应变传感器；所述的应力应变传感器可用于检测在任意进给方向上由于气囊与被抛光工件接触而在连杆上产生的应变，所述的应力应变传感器与所述的控制系统相连接；所述的气压调节装置包括将所述气源与气室连通的电气比例压力阀和将所述气源、电气比例压力阀、气室依次连通的气体管路；所述的气室与电气比例压力阀相连接；所述的电气比例压力阀与所述的控制系统相连，所述的控制系统根据实际接触力值相应的调整所述电气比例压力阀的气压输出值；所述的控制系统包括硬件部分和软件部分。进一步，所述的硬件部分包括计算机与DAQ采集卡，所述的DAQ采集卡通过接口排线与所述的计算机连接，所述的DAQ采集卡包括AD-DA转换模块；所述的DAQ采集卡分别与所述的压力传感器、所述的应力应变传感器和所述的电气比例压力阀相连。进一步，所述的软件部分包括数据采集环节、数据处理环节、控制决策环节、数据转换环节和数据输出环节；所述的数据采集环节包括按一定的采样速率(如5KS/S)采集由所述DAQ采集卡传回的压力传感器中压力数字信号和所述应力应变传感器中应力数字信号；所述的数据处理环节包括对采集的数据进行滤波、限幅处理；所述的控制决策环节包括对采集和转换后的输入数据分析处理，即将所述应力应变传感器检测的应力信号进行处理分析后转换为气囊与被抛光工件间的法向接触力，再根据处理后的数据得到相应的数字量输出数据；所述的控制决策环节还包括报警程序，当所述压力传感器反馈回的气压值大于安全值时发出报警；所述的数据转换环节包括将数字量输出数据转换为所述电气比例压力阀能够识别的控制量；所述的数据输出环节是将控制信号输出给所述电气比例压力阀，相应调节电气比例压力阀的输出。进一步，所述的气源包括依次由气体管路连接的气泵、储气罐和气动三联件，所述的气动三联件与所述电气比例压力阀连接，用于调节输出压力值并使输出压力值稳定。进一步，所述的软件部分采用闭环控制策略，所述的闭环控制策略采用负反馈比例控制。进一步，所述的电气比例压力阀的出口处自带有压力传感器，能将出口压力实时反馈给所述的控制系统。进一步，所述的气囊抛光装置在被抛光工件表面运动时，气囊抛光装置中心线与被抛光工件表面的法线之间的角度为15° 30° ;优选为为20°。本技术使用时，只需所述的控制系统输入预设输出值，所述的电气比例压力阀会根据控制系统输入的预设输出值信号自行调节实际输出值达到预设输出值。本技术的技术构思为气源通过电气比例压力阀向气室充气，以此提高气室内的压力，因为气室与气囊连通，因此可以认为气室内的气压与气囊内的气压相同。由于气源中储气罐内的气压会随着气体的输出和气泵的充气而发生波动，为了保证气室内气体压力稳定且能达到特定抛光工艺所要求的压力值，在气动三联件后安装了由控制系统控制的电气比例压力阀用于调节输出压力值并使输出压力值稳定。本技术当气囊未与被抛光工件接触时，实际接触力为零，控制系统通过气室上安装的压力传感器所传回的实际气压信号来控制气囊内的气压，可以避免气压超过安全值。DAQ采集卡通过压力传感器检测到气室内的实际气压值并将其模拟信号通过AD-DA转换模块转换为数字信号后传送给计算机，计算机内的控制决策环节将实际气压值与预设气压值进行比较后，将两者差值进行处理并转化为数字控制信号再经DAQ采集卡传送给电气比例压力阀，电气比例压力阀根据此控制信号相应的调整其输出气压，使气囊气压上升并达到预设值。当气囊内实际气压值大于预设值时，电气比例压力阀的排气口打开，让气囊内气体从排气口流出，从而使气压下降到预设值。当压力传感器反馈回的气压大于安全值时，报警程序发出报警。本技术当气囊按所需下压量与被抛光工件接触并进行抛光时，气囊内的气压值由实际接触力值决定；控制系统根据实际接触力值相应的调整电气比例压力阀的气压输出值，以此改变气囊内气压从而使实际接触力值达到预设值。支撑架上的四个连杆可在气囊抛光装置受力时产生应变，通过对四根连杆中应力的分析，可确定气囊抛光装置的受力情况。应力应变传感器将应力模拟信号反馈回DAQ采集卡，DAQ采集卡对其进行模数转换后输入计算机，计算机内控制决策环节将应力信号转换为实际接触力数据。控制决策环节将实际接触力与预设接触力值进行比较，将两者差值进行处理后转化为数字控制信号经DAQ采集卡传送给电气比例压力阀，电气比例压力阀根据控制信号相应的调整输出压力值，改变气囊内气压从而使实际接触力达到预设值。当实际接触力值小于预设值时，控制系统根据差值大小发出控制信号使电气比例压力阀的输出压力上升，从而提高气囊内气压，当实际接触力值上升到预设接触力值后电气比例压力阀关闭，使实际接触力稳定在预设接触力值。当实际接触力值大于预设值时，控制系统根据差值大小发出控制信号使电气比例压力阀的排气口打开，从而降低气囊内气压，使气囊内实际接触力下降到预设值，当接触力值达到预设值时电气比例压力阀关闭。在调节过程中，压力传感器始终将气室内的实际气压值实时反馈回控制系统，当压力传感器检测到气室内气压超过安全值时，控制系统将报警。对于不同的加工材料与加工工艺，抛光加工时所需的抛光接触力各有不同。在抛光加工前，先要根据加工材料与加工工艺及接触力的要求确定气囊在被抛光工件表面的下压量和所需的内部气压值。控制系统将此接触力值和气压值设为初始预设值并保存。本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气囊抛光的接触力实时控制系统，其特征在于：包括气囊抛光装置、气源、气压调节装置、对进入气囊的气体压力进行实时调节的控制系统；所述气囊抛光装置包括起抛光作用的气囊和与所述气源连通的气室，所述的气囊固定于一保持架上，所述的保持架通过主轴与一电机连动，所述的主轴上设有连通所述气囊与气室的气道；所述的气室上安装有检测气室内实际气压的压力传感器，所述的压力传感器与所述的控制系统相连，所述的气室通过一支撑架与工业机器人臂末端相连，所述的支撑架通过在圆周上均布的四个连杆将气室固定，所述的应力应变传感器可用于检测在任意进给方向上由于气囊与被抛光工件接触而在连杆上产生的应变；所述的应力应变传感器与所述的控制系统相连接；所述的气压调节装置包括将所述气源与气室连通的电气比例压力阀和将所述气源、电气比例压力阀、气室依次连通的气体管路；所述的气室与电气比例压力阀相连接；所述的电气比例压力阀与所述的控制系统相连，所述的控制系统根据实际接触力值相应的调整所述电气比例压力阀的气压输出值。

【技术特征摘要】
1.一种用于气囊抛光的接触力实时控制系统，其特征在于包括气囊抛光装置、气源、 气压调节装置、对进入气囊的气体压力进行实时调节的控制系统；所述气囊抛光装置包括起抛光作用的气囊和与所述气源连通的气室，所述的气囊固定于一保持架上，所述的保持架通过主轴与一电机连动，所述的主轴上设有连通所述气囊与气室的气道；所述的气室上安装有检测气室内实际气压的压力传感器，所述的压力传感器与所述的控制系统相连，所述的气室通过一支撑架与工业机器人臂末端相连，所述的支撑架通过在圆周上均布的四个连杆将气室固定，所述的应力应变传感器可用于检测在任意进给方向上由于气囊与被抛光工件接触而在连杆上产生的应变；所述的应力应变传感器与所述的控制系统相连接；所述的气压调节装置包括将所述气源与气室连通的电气比例压力阀和将所述气源、电气比例压力阀、气室依次连通的气体管路；所述的气室与电气比例压力阀相连接；所述的电气比例压力阀与所述的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：计时鸣，敖海平，金明生，张利，曾晰，丁洁瑾，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：实用新型
国别省市：