技术领域
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
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。
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
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。
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；
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。
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。
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CCD摄像 头。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明砂轮运动状态调整示意图
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
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
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；
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；
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；
所述主控系统包括主控机1、电机驱动板18，所述的主控机1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1的输电端与供电装置12电 连。
所述的图像检测模块包括CCD摄像头9、扭杆11、套筒13，所 述CCD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1的信号输入端相连。
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 CCD摄像头9。
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。
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。
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。
图像检测模块主要用于植砂效果的信号反馈，将CCD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。
主控系统主要采用工控机1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1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18一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。
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。
