一种高效抛光装置

摘要

本发明公开了一种高效抛光装置，包括安装顶板、直线导轨、转轴安装座、伺服电机、联轴器、轴承座、旋转轴、球形抛光头和双作用低摩擦气缸，所述安装顶板安装于六自由度机器人的法兰端部，直线导轨安装于安装顶板的下端，转轴安装座安装于直线导轨的滑块上，轴承座安装于转轴安装座上，伺服电机安装于轴承座上，伺服电机通过联轴器与旋转轴相连，球形抛光头安装于旋转轴下端。本发明通过六自由度机器人对抛光装置的控制，可加工角度范围更大；伺服电机与连接球形抛光头的旋转轴相连，球形抛光头没有偏心公转，转速更高，在球形抛光头倾斜一定角度与待抛光的工件接触时，接触区域线速度更大，因此抛光效率更高。

权利要求

1.一种高效抛光装置，其特征在于，包括安装顶板（3）、直线导轨（4）、转轴安装座（5）、伺服电机（6）、联轴器（8）、轴承座（9）、旋转轴（10）、球形抛光头和双作用低摩擦气缸（15），所述安装顶板（3）安装于六自由度机器人（1）的法兰端部，直线导轨（4）安装于安装顶板（3）的下端，转轴安装座（5）安装于直线导轨（4）的滑块上，轴承座（9）安装于转轴安装座（5）上，伺服电机（6）安装于轴承座（9）上，伺服电机（6）通过联轴器（8）与旋转轴（10）相连，球形抛光头安装于旋转轴（10）下端；

所述直线导轨（4）的滑块上安装有光电开关（19），安装侧板（2）上安装有光电开关挡板（20）且光电开关挡板（20）对准光电开关（19）的检测槽；

所述安装顶板（3）的下端安装有双作用低摩擦气缸（15），双作用低摩擦气缸（15）的输出杆与力传感器（16）相连接，力传感器（16）远离双作用低摩擦气缸（15）的一端与直线导轨（4）的滑块相连接；所述安装顶板（3）的下端安装有二轴倾角传感器（22）；其中，在抛光过程中，高效抛光装置需要倾斜一定角度，并且由于非球面或自由曲面表面法向量处处不相同，抛光装置与重力方向的夹角是始终在变化的，通过二轴倾角传感器（22）实时测量抛光装置轴向与重力方向的夹角在二轴倾角传感器（22）两个轴方向上的分量rx和ry，球形抛光头自重为G，则双作用低摩擦气缸（15）所需要补偿的力大小Fc可由如下公式计算：。

2.根据权利要求1所述的一种高效抛光装置，其特征在于，所述安装顶板（3）的下端安装有安装侧板（2），直线导轨（4）安装于安装侧板（2）上。

3.根据权利要求1或2所述的一种高效抛光装置，其特征在于，所述安装侧板（2）上还安装有用以检测直线导轨（4）的滑块的位置的激光位移传感器（21）。

4.根据权利要求1所述的一种高效抛光装置，其特征在于，所述轴承座（9）的上端安装有电机安装座（7），伺服电机（6）安装于电机安装座（7）上。

5.根据权利要求1所述的一种高效抛光装置，其特征在于，所述的高效抛光装置还包括五位二通电磁阀（18）和与控制器相连接的伺服比例阀（17），伺服比例阀（17）连通五位二通电磁阀（18），五位二通电磁阀（18）分别连接双作用低摩擦气缸（15）的上腔和下腔。

6.根据权利要求1所述的一种高效抛光装置，其特征在于，所述球形抛光头包括抛光头安装座（11）、橡胶球头（13）、球头压圈（14）和球头锁紧螺帽（12），抛光头安装座（11）安装于旋转轴（10）下端，球头锁紧螺帽（12）连接于抛光头安装座（11）上，橡胶球头（13）通过球头锁紧螺帽（12）压紧于抛光头安装座（11）的下端，且球头锁紧螺帽（12）和橡胶球头（13）之间设置有所述球头压圈（14）。

7.根据权利要求6所述的一种高效抛光装置，其特征在于，所述橡胶球头（13）采用邵氏硬度45度天然橡胶制成，橡胶球头（13）的表面粘接有发泡聚氨酯垫、阻尼布或固着磨料抛光垫。

说明书

一种高效抛光装置

技术领域

[0001] 本发明属于光学抛光装置技术领域，具体涉及一种高效抛光装置。

背景技术

[0002] 抛光盘用来给物体打磨抛光，分为很多种，有水晶抛光盘，羊毛抛光盘，绒布抛光盘等，根据硬度不同，可以根据需要选择。

[0003] 目前，采用抛光盘的小工具抛光技术，如行星运动式小工具和平转动小工具等由于偏心转动结构的原因转速不高，线速度不大，抛光材料去除效率较低；并且抛光盘基底无法更好地贴合大偏离量的非球面和自由曲面，抛光效果不好，抛光精度无法满足光学要求。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种高效抛光装置，用以解决现有技术中存在的至少一个上述问题。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种高效抛光装置，包括安装顶板、直线导轨、转轴安装座、伺服电机、联轴器、轴承座、旋转轴、球形抛光头和双作用低摩擦气缸，所述安装顶板安装于六自由度机器人的法兰端部，直线导轨安装于安装顶板的下端，转轴安装座安装于直线导轨的滑块上，轴承座安装于转轴安装座上，伺服电机安装于轴承座上，伺服电机通过联轴器与旋转轴相连，球形抛光头安装于旋转轴下端。

[0007] 作为本发明中一种优选的技术方案，所述安装顶板的下端安装有安装侧板，直线导轨安装于安装侧板上。

[0008] 作为本发明中一种优选的技术方案，所述直线导轨的滑块上安装有光电开关，安装侧板上安装有光电开关挡板且光电开关挡板对准光电开关的检测槽。

[0009] 作为本发明中一种优选的技术方案，所述安装侧板上还安装有用以检测直线导轨的滑块的位置的激光位移传感器。

[0010] 作为本发明中一种优选的技术方案，所述轴承座的上端安装有电机安装座，伺服电机安装于电机安装座上。

[0011] 作为本发明中一种优选的技术方案，所述安装顶板的下端安装有双作用低摩擦气缸，双作用低摩擦气缸的输出杆与力传感器相连接，力传感器远离双作用低摩擦气缸的一端与直线导轨的滑块相连接。

[0012] 作为本发明中一种优选的技术方案，所述的高效抛光装置还包括五位二通电磁阀和与控制器相连接的伺服比例阀，伺服比例阀连通五位二通电磁阀，五位二通电磁阀分别连接双作用低摩擦气缸的上腔和下腔。

[0013] 作为本发明中一种优选的技术方案，所述安装顶板的下端安装有二轴倾角传感器。

[0014] 作为本发明中一种优选的技术方案，所述球形抛光头包括抛光头安装座、橡胶球头、球头压圈和球头锁紧螺帽，抛光头安装座安装于旋转轴下端，球头锁紧螺帽连接于抛光头安装座上，橡胶球头通过球头锁紧螺帽压紧于抛光头安装座的下端，且球头锁紧螺帽和橡胶球头之间设置有所述球头压圈。

[0015] 作为本发明中一种优选的技术方案，所述橡胶球头采用邵氏硬度45度天然橡胶制成，橡胶球头的表面粘接有发泡聚氨酯垫、阻尼布或固着磨料抛光垫。

[0016] 有益效果：

[0017] 1、本发明将抛光装置上端的安装顶板安装于六自由度机器人的法兰端部，通过法兰端部与安装顶板的连接实现六自由度机器人对抛光装置的控制，可加工角度范围更大；直线导轨安装于安装顶板的下端，可以带动球形抛光头进行上下自由运动；伺服电机安装于轴承座上，伺服电机通过联轴器与旋转轴相连，保证伺服电机对旋转轴的稳定控制，既可以减少旋转轴转动过程中产生的摩擦，又可以保证旋转轴的稳定性，进而保证球形抛光头的抛光效果，同时，伺服电机与连接球形抛光头的旋转轴相连，球形抛光头没有偏心公转，转速更高，在球形抛光头倾斜一定角度与待抛光的工件接触时，接触区域线速度更大，因此抛光效率更高。

[0018] 2、本发明中设置有双作用低摩擦气缸，双作用低摩擦气缸的输出杆通过力传感器与直线导轨的滑块相连接，采用双作用低摩擦气缸和力传感器进行抛光压力闭环控制，力控制精度高，力柔顺性好，抛光后表面中频误差更小。

[0019] 3、本发明在安装侧板上还安装有用以检测直线导轨的滑块的位置的激光位移传感器，采用激光位移传感器进行球形抛光头上下运动位置实时监测，可设置软限位进行报警提醒，同时在直线导轨的滑块上安装光电开关，安装侧板上安装对准光电开关的检测槽的光电开关挡板，由光电开关和光电开关挡板组成安全限位机构，发生安全限位时可限时停止机器人运动和球形抛光头转动，两级安全保障措施安全性更好。

[0020] 4、本发明采用硬度适合的橡胶球头作为球形抛光头基底，可贴合大偏离量的非球面和自由曲面，抛光精度更高，通用性更好。

附图说明

[0021] 图1为本发明的整体结构示意图；

[0022] 图2为本发明的正视图；

[0023] 图3为本发明的侧视图；

[0024] 图4为本发明的后视图；

[0025] 图5为本发明中球形抛光头的爆炸示意图。

[0026] 图中：1‑六自由度机器人，2‑安装侧板，3‑安装顶板，4‑直线导轨，5‑转轴安装座，6‑伺服电机，7‑电机安装座，8‑联轴器，9‑轴承座，10‑旋转轴，11‑抛光头安装座，12‑球头固定螺帽，13‑橡胶球头，14‑球头压圈，15‑双作用低摩擦气缸，16‑力传感器，17‑伺服比例阀，
18‑五位二通电磁阀，19‑光电开关，20‑光电开关挡板，21‑激光位移传感器，22‑二轴倾角传感器。

具体实施方式

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

[0028] 实施例一：

[0029] 如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供了一种高效抛光装置，包括安装顶板3、直线导轨4、转轴安装座5、伺服电机6、联轴器8、轴承座9、旋转轴10、球形抛光头和双作用低摩擦气缸15，所述安装顶板3安装于六自由度机器人1的法兰端部，通过法兰端部与安装顶板3的连接实现六自由度机器人1对抛光装置的控制，可加工角度范围更大，其中，六自由度机器人1为现有技术，不在本申请的保护范围内，因此不做具体的限制，直线导轨4安装于安装顶板3的下端，此处直线导轨4可以是直接连接于安装顶板3的下端，也可以是间接连接于安装顶板3的下端，而针对间接连接，比如可以在所述安装顶板3的下端安装有安装侧板2，直线导轨4安装于安装侧板2上，通过安装侧板2来提高直线导轨4安装时的便利性，使得直线导轨4的安装更加简单和稳定，同时也可以更加轻松的使得直线导轨4的滑块可以上下自由运动，转轴安装座5安装于直线导轨4的滑块上，使得转轴安装座5可以在直线导轨4的导向下进行上下滑动，轴承座9安装于转轴安装座5上，伺服电机6安装于轴承座9上，伺服电机6通过联轴器8与旋转轴10相连，保证伺服电机6对旋转轴10的稳定控制，球形抛光头安装于旋转轴10下端，以方便伺服电机6通过旋转轴10带动球形抛光头进行转动，然后进行抛光操作，而直线导轨4则可以间接的带动球形抛光头升降，再结合六自由度机器人1的控制，工作时六自由度机器人1控制抛光装置倾斜一定角度，使球形抛光头球面与工件表面接触进行抛光加工，其中，伺服电机6与连接球形抛光头的旋转轴10相连，球形抛光头没有偏心公转，转速更高，在球形抛光头倾斜一定角度与待抛光的工件接触时，接触区域线速度更大，因此抛光效率更高。

[0030] 需要说明的是，伺服电机6安装于轴承座9上，可以是与轴承座9的外圈相连接，而旋转轴10穿过轴承座9的内圈，轴承座9的内圈与外圈之间可以自由的转动，这样既可以减少旋转轴10转动过程中产生的摩擦，又可以保证旋转轴10的稳定性，进而保证球形抛光头的抛光效果。

[0031] 本发明将抛光装置上端的安装顶板3安装于六自由度机器人1的法兰端部，通过法兰端部与安装顶板3的连接实现六自由度机器人1对抛光装置的控制，可加工角度范围更大；直线导轨4安装于安装顶板3的下端，可以带动球形抛光头进行上下自由运动；伺服电机6安装于轴承座9上，伺服电机6通过联轴器8与旋转轴10相连，保证伺服电机6对旋转轴10的稳定控制，既可以减少旋转轴10转动过程中产生的摩擦，又可以保证旋转轴10的稳定性，进而保证球形抛光头的抛光效果，同时，伺服电机6与连接球形抛光头的旋转轴10相连，球形抛光头没有偏心公转，转速更高，在球形抛光头倾斜一定角度与待抛光的工件接触时，接触区域线速度更大，因此抛光效率更高。

[0032] 实施例二：

[0033] 本实施例是在实施例一基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一的具体区别是：

[0034] 作为本发明中一种优选的实施方案，需要进一步说明的是，如图1、图2和图3所示，所述直线导轨4的滑块上安装有光电开关19，安装侧板2上安装有光电开关挡板20且光电开关挡板20对准光电开关19的检测槽，由光电开关19和光电开关挡板20组成安全限位机构，光电开关19的输出信号可以由PLC控制器或单片机控制器采集，并同时控制一个继电器动作，继电器的常闭触点连接六自由度机器人1的安全停止回路，当发生误操作或程序错误导致六自由度机器人1一直往下运动时，可能会使得球形抛光头与待加工工件之间硬性接触，致使球形抛光头间接的带动滑块被动向上滑动，进而使得光电开关19与光电开关挡板20触发信号，光电开关19触发六自由度机器人1急停，同时伺服电机6电连接PLC控制器或单片机控制器，使得球形抛光头的旋转在PLC控制器或单片机控制器的控制下停止，以防护工件的安全。

[0035] 实施例三：

[0036] 本实施例是在实施例一或实施例二基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一或实施例二的具体区别是：

[0037] 作为本发明中一种优选的实施方案，需要进一步说明的是，如图1和图2所示，所述安装侧板2上还安装有用以检测直线导轨4的滑块的位置的激光位移传感器21，激光位移传感器21电连接PLC控制器或单片机控制器，由PLC控制器或单片机控制器实时采集激光位移传感器21的输出信号，并换算成位移量，可在PLC控制器或单片机控制器中设置软限位位置量，当直线导轨4的滑块向上运动至超过软限位时，PLC控制器或单片机控制器输出报警信号，作为生产的安全措施，保证安全生产。

[0038] 实施例四：

[0039] 本实施例是在实施例一至实施例三中任一实施例基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一至实施例三中任一实施例的具体区别是：

[0040] 作为本发明中一种优选的实施方案，需要进一步说明的是，所述轴承座9的上端安装有电机安装座7，伺服电机6安装于电机安装座7上，伺服电机6通过电机安装座7安装于轴承座9上，可以在不改变伺服电机6和轴承座9的基础上，使得伺服电机6的安装更加轻松和稳定。

[0041] 实施例五：

[0042] 本实施例是在实施例一至实施例四中任一实施例基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一至实施例四中任一实施例的具体区别是：

[0043] 作为本发明中一种优选的实施方案，需要进一步说明的是，如图1和图3所示，所述安装顶板3的下端安装有双作用低摩擦气缸15，双作用低摩擦气缸15的输出杆与力传感器16相连接，力传感器16远离双作用低摩擦气缸15的一端与直线导轨4的滑块相连接，采用双作用低摩擦气缸15和力传感器16进行抛光压力闭环控制，力控制精度高，力柔顺性好，抛光后表面中频误差更小。

[0044] 实施例六：

[0045] 本实施例是在实施例一至实施例四中任一实施例基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一至实施例四中任一实施例的具体区别是：

[0046] 作为本发明中一种优选的实施方案，需要进一步说明的是，如图1、图3和图4所示，所述的高效抛光装置还包括五位二通电磁阀18和与控制器相连接的伺服比例阀17，伺服比例阀17连通五位二通电磁阀18，五位二通电磁阀18分别连接双作用低摩擦气缸15的上腔和下腔，通过伺服比例阀17和二通电磁阀18可以控制球形抛光头施加到工件上的作用力。

[0047] 作为本实施例中一种优选的实施方案，需要进一步说明的是，如图1、图2和图3所示，所述安装顶板3的下端安装有二轴倾角传感器22，二轴倾角传感器22固定在安装顶板3上，用于测量整个抛光装置相对于大地水平面的倾斜角度，然后二轴倾角传感器22将检测信号传递给PLC控制器或单片机控制器，PLC控制器或单片机控制器根据倾斜角度测量值实时计算气缸气压补偿量，控制伺服比例阀17进行气压的调整来实现由角度变化产生的重力变化量的补偿。

[0048] 实施例七：

[0049] 本实施例是在实施例一至实施例五中任一实施例基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一至实施例五中任一实施例的具体区别是：

[0050] 作为本发明中一种优选的实施方案，需要进一步说明的是，如图1‑图5所示，所述球形抛光头包括抛光头安装座11、橡胶球头13、球头压圈14和球头锁紧螺帽12，抛光头安装座11安装于旋转轴10下端，球头锁紧螺帽12连接于抛光头安装座11上，可以是螺纹连接，也可以是利用摩擦力实现连接，优选是采用螺纹连接的方式保证球头锁紧螺帽12的稳定性，然后在球头锁紧螺帽12和抛光头安装座11之间形成一个安装腔，橡胶球头13通过球头锁紧螺帽12压紧于抛光头安装座11的下端，橡胶球头13的尾部压紧于安装腔内，橡胶球头13的头部穿过球头锁紧螺帽12，方便抛光操作，且球头锁紧螺帽12和橡胶球头13之间设置有所述球头压圈14，以保证橡胶球头13在球头锁紧螺帽12和抛光头安装座11之间的稳定性。需要说明的是，本实施例中采用硬度适合的橡胶球头13作为球形抛光头的基底，可贴合大偏离量的非球面和自由曲面，抛光精度更高，通用性更好。

[0051] 实施例八：

[0052] 本实施例是在实施例六基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例六的具体区别是：

[0053] 作为本发明中一种优选的实施方案，需要进一步说明的是，所述橡胶球头13采用邵氏硬度45度天然橡胶制成，硬度适中，抛光时接触区域的尺寸大小和接触面压强分布适中，橡胶球头13的表面粘接有发泡聚氨酯垫、阻尼布或固着磨料抛光垫，以满足不同材料、不同工艺的抛光需求，比如发泡聚氨酯垫是对常见的光学玻璃具有较好的抛光质量和较高的抛光效率，阻尼布适用于较软材料的抛光，固着磨料抛光垫对超硬的待抛光工件材料具有较高的抛光去除效率。

[0054] 本发明的工作原理：

[0055] 1、抛光装置由六自由度机器人1带动，以一定的角度倾斜后与待加工的工件表面接触，以光栅轨迹或螺旋轨迹在工件表面连续变速运动来实现确定性材料去除抛光，在运动过程中由六自由度机器人1控制抛光装置的法向，使其始终与待加工的工件表面法向呈一定的夹角，以保证材料去除的稳定性。

[0056] 2、伺服电机6通过联轴器8带动旋转轴10旋转，从而使球形抛光头高速转动，球形抛光头的球面与待加工的工件表面接触，接触区域相对线速度不为零，在抛光力的共同作用下产生材料的抛光去除。

[0057] 3、通过双作用低摩擦气缸15来控制抛光头施加到工件上的力，具体原理是根据所需抛光力和抛光头自重力之间的大小关系来决定气缸输出推力还是拉力，采用五位二通电磁阀18来切换控制气缸的上腔和下腔来实现推力和拉力的切换，采用伺服比例阀17来精确调节双作用低摩擦气缸15的气压来实现力大小的调整，采用力传感器16测量力的大小来闭环控制伺服比例阀17。

[0058] 4、在抛光过程中，抛光装置需要倾斜一定角度，并且由于非球面或自由曲面表面法向量处处不相同，抛光装置与重力方向的夹角是始终在变化的，通过二轴倾角传感器22实时测量抛光装置轴向与重力方向的夹角在二轴倾角传感器22两个轴方向上的分量rx和ry，假设抛光头自重为G，则双作用低摩擦气缸15所需要补偿的力大小Fc可由如下公式计算：

[0059] 。

[0060] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。