一種氣囊拋光工具、系統和方法
【專利摘要】本申請公開了一種氣囊拋光工具、系統和方法，該工具包括依次連接的電機、減速器、中空轉軸和氣囊，所述中空轉軸具有一中空腔體，該中空腔體的兩端分別連通于所述氣囊和一通氣導管，所述通氣導管上設置有電氣比例閥，所述氣囊拋光工具還包括一檢測所述氣囊內氣體壓強的壓強傳感器,所述氣囊拋光工具還包括一檢測工具正向壓力的壓力傳感器。本發(fā)明的基于電氣比例閥的可以實時控制拋光表面接觸壓力和接觸壓強的氣囊拋光工具，該氣囊拋光工具可以滿足不同加工表面對不同加工壓力的要求，可以提高加工精度，簡化拋光過程，降低加工成本，而且結構相對簡單，易于控制。
【專利說明】一種氣囊拋光工具、系統和方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣囊拋光工具，尤其是涉及一種可以通過實時控制氣壓來控制表面拋光接觸壓強的設備。

【背景技術】
[0002]近年來，光學曲面和模具曲面制造業(yè)發(fā)展十分迅速，涉及面也非常廣泛。拋光作為光學曲面和模具曲面制造的最后一道工藝，對曲面的最終質量和使用壽命起到至關重要的作用。氣囊拋光是一種新興的確定性拋光工藝，尤其適合自由曲面的拋光。所謂的確定性即拋光過程的材料去除量是可控的，氣囊拋光主要通過控制拋光時氣囊內的壓強使氣囊能夠與各種曲面穩(wěn)定接觸，當駐留時間一定時即可實現材料去除量的可預測性。氣囊拋光采用充氣球形柔性氣囊并在氣囊外表面粘貼拋光墊作為拋光工具對曲面進行拋光，不僅可以保證拋光頭與被拋光工件表面吻合性好，而且可以通過調節(jié)壓力控制拋光效率和被拋光工件的表面質量。
[0003]在拋光過程中，拋光工具按給定的路徑在被拋光工件表面進行拋光，當拋光工件表面出現形位誤差、被拋光工件表面曲率發(fā)生變化或者機器震動等原因可能導致拋光接觸力不能滿足要求，而接觸力是拋光過程中一個重要的控制參數，穩(wěn)定的拋光接觸力有利于降低工件表面粗糙度，提高拋光精度并增加拋光穩(wěn)定性。在氣囊拋光技術出現之前，拋光工具一般是利用彈簧或者其它柔性材料來實現拋光工具與被拋光表面之間的柔性接觸，使拋光過程中的接觸力盡可能的保持在一定范圍內，但是這種柔性接觸一般都難以實現在線控制。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種氣囊拋光工具、系統和方法，以克服現有技術中的不足。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
本申請實施例公開了一種氣囊拋光工具，包括依次連接的電機、減速器、中空轉軸和氣囊，所述中空轉軸具有一中空腔體，該中空腔體的兩端分別連通于所述氣囊和一通氣導管，所述通氣導管上設置有電氣比例閥，所述氣囊拋光工具還包括一檢測所述氣囊內氣體壓強的壓強傳感器。
[0006]優(yōu)選的，在上述的氣囊拋光工具中，所述氣囊拋光工具還包括一檢測工具正向壓力的壓力傳感器。
[0007]優(yōu)選的，在上述的氣囊拋光工具中，所述減速器的輸出端固定有上箱體，該上箱體具有一安裝空間，所述安裝空間內設有聯軸器，所述聯軸器固定于所述減速器的輸出軸和所述中空轉軸的頂端之間。
[0008]優(yōu)選的，在上述的氣囊拋光工具中，所述上箱體的底端固定有下箱體，所述下箱體套設于所述中空轉軸的外側，所述下箱體具有一密封空間，該密封空間分別連通于所述通氣導管和所述中空腔體，所述密封空間的上下兩端分別設有一軸承，該兩個軸承套設于所述中空轉軸的外側。
[0009]優(yōu)選的，在上述的氣囊拋光工具中，所述上箱體的頂面貼合于所述下箱體的底面，所述中空轉軸與所述上箱體的底壁之間密封有環(huán)形的上密封圈，所述上箱體和所述下箱體的接觸面之間密封有環(huán)形的中密封圈，所述下箱體的底部固定有端蓋，該端蓋套設于所述中空轉軸的外側，所述端蓋與所述中空轉軸之間密封有下密封圈。
[0010]優(yōu)選的，在上述的氣囊拋光工具中，所述上箱體的側壁上固定有一用于與外部工業(yè)機器人連接的連接支架，所述壓力傳感器設置于所述連接支架上。
[0011]優(yōu)選的，在上述的氣囊拋光工具中，所述中空轉軸的底端還設有氣囊支架，所述氣囊支架包括中空的主體部，該主體的底端向四周延伸有安裝部，所述中空轉軸套設于所述主體部的外側，所述主體部與所述中空轉軸之間固定有液壓脹套，所述氣囊通過鎖緊套固定于所述安裝部上。
[0012]本申請實施例還公開了一種氣囊拋光系統，包括控制器、DAQ數據采集卡和上述的氣囊拋光工具，所述DAQ數據采集卡連接于所述控制器和電氣比例閥之間。
[0013]相應地，本申請實施例還公開了一種氣囊拋光系統的控制方法，該控制方法采用壓力和壓強的兩級控制方法，包括壓強控制環(huán)和壓力控制環(huán)，控制器包括壓強控制器和壓力控制器，DAQ數據采集卡將采集到的壓強信號傳送給壓強控制器，壓強控制器對理想壓強與實際壓強的差值進行調節(jié)，輸出控制信號給電氣比例閥，同時，DAQ數據采集卡將采集到的壓力信號傳送給壓力控制器，壓力控制器對理想壓力與實際壓力的差值進行調節(jié)，輸出壓強設定值給壓強控制環(huán)。
[0014]與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1)、本發(fā)明可用于各類光學元件和模具的拋光加工，可以是自由曲面、平面等；
2)、本發(fā)明不僅可以使用一個氣囊頭，而且適用于多頭配合使用的情況，通過液壓脹緊套可以連接上不同的氣囊拋光工具頭，以實現各種特定的加工要求。
[0015]3)、由于氣體天然的柔順性，氣囊拋光工具充氣后的柔性使拋光的過程更加平穩(wěn)，而使用電氣比例閥對其內部壓力的控制，可以使氣囊拋光工具根據不同工件的表面及加工要求，提供相應壓力，確保拋光的質量。
[0016]4)本發(fā)明利用兩級控制法對氣壓和拋光壓力進行控制，提出了一種新型的恒壓力變壓強的氣囊拋光調控方法，比以往單一的控制氣囊壓強或者控制拋光壓力，更能保證拋光過程的平穩(wěn)性和均勻性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1所示為本發(fā)明具體實施例中氣囊拋光工具的立體示意圖；
圖2所示為本發(fā)明具體實施例中氣囊拋光工具的剖視圖；
圖3所示為本發(fā)明具體實施例中氣囊拋光系統的原理示意圖； 圖4所示為本發(fā)明具體實施例中氣囊拋光系統的控制原理圖。

【具體實施方式】
[0019]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020]參圖1和圖2所示，氣囊拋光工具包括電機及編碼器I，減速器2，減速器接口法蘭3，聯軸器4，上箱體5，上密封圈6，機械臂接口法蘭7，連接支架8，中密封圈9，上端軸承10，下箱體11，通氣道管12，中空轉軸13，下端軸承14，下密封圈15，液壓脹套16，鎖緊套17，氣囊支架18，氣囊19。
[0021]電機與編碼器I與減速器2固定連接，通過減速器接口法蘭3與上箱體4連接在一起，減速器2的輸出軸通過聯軸器4帶動中空轉軸13轉動，液壓脹套16設在中空轉軸13上，氣囊支架18與液壓脹套16連接，氣囊19通過鎖緊套17固定于氣囊支架18上，可以與中空轉軸13 —起轉動,下箱體11通過螺釘與上箱體5連接,上端軸承10和下端軸承14放置于下箱體11之中，并通過中空轉軸13的軸肩定位與其過盈配合，上密封圈6與中空轉軸13之間為間隙配合，減少軸向的漏氣并不干擾軸的轉動，中密封圈9設在上下箱體之間，采用過盈配合防止漏氣，下密封圈15與軸也是采用間隙配合。機械臂接口法蘭7與連接支架8連接，固定于上箱體5之上，用于與工業(yè)機器人末端法蘭的連接。通氣導管12連接于下箱體11上開的通氣孔，給下箱體供氣，通過中空轉軸13連接到氣囊19。
[0022]當電機轉動時，帶動減速器2轉動,減速器2通過聯軸器4帶動中空轉軸13轉動，上述液壓脹套16在工作時與中空轉軸13抱緊，并緊固氣囊支架18，因為氣囊19通過鎖緊套17與氣囊支架連接，所以氣囊19也與中空轉軸13同步轉動。
[0023]當加工工件時，氣源通過電氣比例閥連接通氣導管12，向下箱體11供氣(或排氣)，控制其內部的氣壓，而由于之前所述中空轉軸13與氣囊支架18之間內部的貫通，氣囊19內的氣體與下箱體內氣體連通，氣壓相同，從而達到控制氣囊19內氣壓的目的。當需要提供較高(或較低)壓力時，可以控制電氣比例閥設定更高(或更低)氣壓值，通氣導管12此時作為供氣管(或排氣管)為拋光工具內部供氣(或排氣)。
[0024]參見圖3，氣囊拋光系統包括控制器20，DAQ數據采集卡21，電氣比例伺服閥22，壓力傳感器23，氣體壓強傳感器24?？刂破?0包含控制器的硬件系統和軟件系統，硬件系統就是控制裝置，軟件系統就是控制算法，數據的接受傳輸依賴于控制裝置，數據的處理和計算依賴于軟件裝置。所述的電氣比例閥22的進氣口連接氣源，其出氣口連接氣囊拋光工具中的下箱體11上的通氣孔。所述的氣體壓強傳感器24連接在下箱體11內，用以實時測量箱體和氣囊內的氣體壓強。機械臂接口法蘭7上裝有壓力傳感器23，測量工具系統的正向壓力。數據采集卡21采集壓力傳感器23和壓強傳感器24內的信號，作為控制系統的反饋信號。同時，數據采集卡21輸出電壓值給電氣比例伺服閥22，電氣比例伺服閥22的輸出氣壓與輸入信號成正比。數據采集卡21與控制裝置之間利用PCI局部總線相互通信，控制裝置可以保存數據采集卡21采集的數據，同時可以給數據采集卡21傳輸命令。
[0025]控制裝置可以包括微處理器(MCU)，該MCU可以包括中央處理單元(CentralProcessing Unit, CPU)、只讀存儲模塊(read-only memory, ROM)、隨機存儲模塊(random access memory, RAM)、定時模塊、數字模擬轉換模塊(A/D converter)、以及復數輸入/輸出埠。當然，控制裝置也可以采用其它形式的集成電路，如:特定用途集成電路(Applicat1n Specific Integrated Circuit，ASIC)或現場可程序化門陣列(FieldProgrammable Gate Array, FPGA)等。優(yōu)選的,控制裝置優(yōu)選為帶有顯示裝置的計算機。
[0026]參見圖4，本發(fā)明實例采用壓力和壓強的兩級控制方法，包括壓強控制環(huán)和壓力控制環(huán)?？刂破靼▔簭娍刂破骱蛪毫刂破鳎瑪祿杉?1將采集到的壓強信號傳送給壓強控制器，壓強控制器對理想壓強與實際壓強的差值進行調節(jié)，輸出控制信號給電氣比例閥。同時，數據采集卡21將采集到的壓力信號傳送給壓力控制器，壓力控制器對理想壓力與實際壓力的差值進行調節(jié)，輸出壓強設定值給壓強控制環(huán)。
[0027]拋光時，為了得到更好的拋光效果，一方面是要使氣囊軟硬適中，另一方面需要保持適當的正壓力。比如在拋凸面時，氣囊與工件接觸，其接觸面積是比較小的，這樣在保持拋光壓力不變的情況下，需要減小氣囊內的壓強，增大拋光接觸面積；拋凹面時，氣囊與工件的接觸面積較大，此時在保證恒壓的情況下可以增大氣囊的壓強以減小接觸面積。所以，本案中兩級控制法比單一的控制氣囊壓強或者控制拋光壓力，更能保證拋光過程的平穩(wěn)性和均勻性。
[0028]綜上所述，本發(fā)明的基于電氣比例閥的可以實時控制拋光表面接觸壓力和接觸壓強的氣囊拋光工具，該氣囊拋光工具可以滿足不同加工表面對不同加工壓力的要求，可以提高加工精度，簡化拋光過程，降低加工成本，而且結構相對簡單，易于控制。
[0029]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0030]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護范圍。
【權利要求】
1.一種氣囊拋光工具，其特征在于，包括依次連接的電機、減速器、中空轉軸和氣囊，所述中空轉軸具有一中空腔體，該中空腔體的兩端分別連通于所述氣囊和一通氣導管，所述通氣導管上設置有電氣比例閥，所述氣囊拋光工具還包括一檢測所述氣囊內氣體壓強的壓強傳感器。
2.根據權利要求1所述的氣囊拋光工具，其特征在于:所述氣囊拋光工具還包括一檢測工具正向壓力的壓力傳感器。
3.根據權利要求2所述的氣囊拋光工具，其特征在于:所述減速器的輸出端固定有上箱體，該上箱體具有一安裝空間，所述安裝空間內設有聯軸器，所述聯軸器固定于所述減速器的輸出軸和所述中空轉軸的頂端之間。
4.根據權利要求3所述的氣囊拋光工具，其特征在于:所述上箱體的底端固定有下箱體，所述下箱體套設于所述中空轉軸的外側，所述下箱體具有一密封空間，該密封空間分別連通于所述通氣導管和所述中空腔體，所述密封空間的上下兩端分別設有一軸承，該兩個軸承套設于所述中空轉軸的外側。
5.根據權利要求4所述的氣囊拋光工具，其特征在于:所述上箱體的頂面貼合于所述下箱體的底面，所述中空轉軸與所述上箱體的底壁之間密封有環(huán)形的上密封圈，所述上箱體和所述下箱體的接觸面之間密封有環(huán)形的中密封圈，所述下箱體的底部固定有端蓋，該端蓋套設于所述中空轉軸的外側，所述端蓋與所述中空轉軸之間密封有下密封圈。
6.根據權利要求3所述的氣囊拋光工具，其特征在于:所述上箱體的側壁上固定有一用于與外部工業(yè)機器人連接的連接支架，所述壓力傳感器設置于所述連接支架上。
7.根據權利要求1所述的氣囊拋光工具，其特征在于:所述中空轉軸的底端還設有氣囊支架，所述氣囊支架包括中空的主體部，該主體的底端向四周延伸有安裝部，所述中空轉軸套設于所述主體部的外側，所述主體部與所述中空轉軸之間固定有液壓脹套，所述氣囊通過鎖緊套固定于所述安裝部上。
8.一種氣囊拋光系統，其特征在于，包括控制器、0觸數據采集卡和權利要求1至7任一所述的氣囊拋光工具，所述0觸數據采集卡連接于所述控制器和電氣比例閥之間。
9.權利要求8所述氣囊拋光系統的控制方法，其特征在于:該控制方法采用壓力和壓強的兩級控制方法，包括壓強控制環(huán)和壓力控制環(huán)，控制器包括壓強控制器和壓力控制器，0觸數據采集卡將采集到的壓強信號傳送給壓強控制器，壓強控制器對理想壓強與實際壓強的差值進行調節(jié)，輸出控制信號給電氣比例閥，同時，0觸數據采集卡將采集到的壓力信號傳送給壓力控制器，壓力控制器對理想壓力與實際壓力的差值進行調節(jié)，輸出壓強設定值給壓強控制環(huán)。
【文檔編號】B24B51/00GK104369064SQ201410669176
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權日:2014年11月20日
【發(fā)明者】樊成, 陳國棟, 龔勛, 王振華, 李闖 申請人:蘇州大學