[发明专利]一种用于机器人辅助制造的随动冷却装置及方法

说明书

本发明涉及机器人辅助制造技术领域，具体涉及一种用于机器人辅助制造的随动冷却装置及方法。该随动冷却装置包括连接板、控制盒、转向机构、冷却喷嘴和温度传感器，控制盒、转向机构均通过连接板与机器人末端工具连接，冷却喷嘴、温度传感器均安装于转向机构且同步转动；温度传感器用于将实时测量到的工件表面的冷却温度传送至控制盒，控制盒用于根据当前机器人末端工具的轨迹驱动转向机构转动至预设位置，以及，控制盒用于调节外部冷却系统的冷却介质流量。该用于机器人辅助制造的随动冷却装置及方法的目的是解决机器人辅助作业中无法实现局部准确冷却的问题。

技术领域

本发明涉及机器人辅助制造技术领域，具体涉及一种用于机器人辅助制造的随动冷却装置及方法。

背景技术

机器人辅助制造技术广泛应用于工业生产中，以替代恶劣条件下人的体力劳动。在机器人辅助热喷涂、机器人辅助电弧增材制造中，大量热输入导致待加工零件快速升温而影响加工质量。例如：在热喷涂过程中，基体温度通常不超过150℃，温度过高会导致形成较大内应力出现涂层裂纹、分层、剥落等质量问题；在金属材料增材制造过程中，热量的不断累积导致金属凝固过程延长，严重降低成形质量和机械性能。

针对上述工艺要求，需要在机器人辅助制造中实现对加工对象的快速冷却和温度控制。中国专利CN202643819U公布了一种热喷涂冷却装置，该装置设有多组冷却出风口，工作中该装置固定安放于零件一侧，调整出风口对准工件，可以对零件进行大区域范围的冷却。但是无法解决加工区域的局部过热，且固定式安装方式无法与机器人手臂集成以实现作业区域的随动冷却。

中国专利CN111283305A公布了一种随动冷却装置，该装置中冷却喷嘴与工具刚性固定，从而实现当工具移动时，冷却喷嘴随工具移动进行冷却。该装置可以有效的散失增材制造过程中累加的热量，但仅限于单墙壁结构的制造过程，即工具为直线往复式运动。通常受工艺特性影响，直接冷却作业点将影响电弧热源，理想的冷却位置为作业点后方的已加工区域，因此冷却位置与作业点有一定偏置。而当面对复杂零件，工具不以直线往复式方式运动时，上述偏置导致出现冷却位置与加热区域的空间错位，例如工具运动轨迹为弧线时，冷却喷嘴轨迹为不重合的另一条独立弧线。

中国专利CN111270193B公布了一种热喷涂随动冷却装置，该装置以压缩空气为冷却介质，通过在喷枪的四周设置环形的气管族，利用气管族形成的对称的冷却气体流场直接冷却基体。该装置可避免机器人复杂轨迹运动时出现冷却错位问题，但环向冷却结构缺乏指向性，对待喷涂区域的无差别冷却反而可能造成表面水汽污染，出现冷却介质的浪费。

因此，发明人提供了一种用于机器人辅助制造的随动冷却装置及方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种用于机器人辅助制造的随动冷却装置及方法，解决了机器人辅助作业中无法实现局部准确冷却的技术问题。

(2)技术方案

本发明的第一方面提供了一种用于机器人辅助制造的随动冷却装置，包括连接板、控制盒、转向机构、冷却喷嘴和温度传感器，所述控制盒、所述转向机构均通过所述连接板与机器人末端工具连接，所述冷却喷嘴、所述温度传感器均安装于所述转向机构且同步转动；其中，

所述温度传感器用于将实时测量到的工件表面的冷却温度传送至所述控制盒；所述控制盒用于根据当前机器人末端工具的轨迹驱动所述转向机构转动至预设位置，所述控制盒用于调节外部冷却系统的冷却介质流量。

进一步地，所述控制盒内安装有通讯模块、温度控制模块及驱动模块；

所述通讯模块用于获取所述机器人末端工具的运动轨迹信息；

所述温度控制模块分别与所述温度传感器、外部冷却系统连接，且用于向所述外部冷却系统反馈当前冷却温度以实现对冷却介质流量调控的闭环控制；