机械臂式自动电解抛光装置

背景介绍
    电解抛光是利用金属表面微观凸点在特定电解液中和适当电流密度下﹐首先发生阳极溶解的原理进行抛光的一种电解加工﹐又称电抛光。这种加工方法于 1931 年被法国的 P.A.雅克发明﹐随后在工业中得到应用。电解抛光的特点是抛光表面不会产生变质层，无附加应力，并且可以去除或减小原有的应力层，这一 特点使得其经常用于金属材料相关实验中，例如金相试样的抛光、背散射电子衍射仪表征试样去除表面应力等。电解抛光液通常以各种强酸作为主要成分，例如高氯酸、浓硫酸等，具有很强的腐蚀性，除此之外还会使用到一些有机化合物， 如甲醇、乙酸，以及一些其他的氧化物。这使得电解抛光液通常具有不稳定、易挥发、强腐蚀、有毒、易爆等特点，对操作人员的健康及安全带来了隐患。 为了解决这一问题，本作品设计了一种机械臂式自动电解抛光装置，用于实现远距离控制下的电解抛光以及自动电解抛光作业，使操作人员可以在电解抛光 过程中保持安全距离并减少操作人员近距离与抛光液接触的时间，以此保护操作人员的健康与安全。与传统手动操作电解抛光相比，使用机械臂式自动电解抛光 装置还具有以下优点：
    (1) 电解抛光电流电压以及电解抛光时长可以通过机械臂式自动电解抛光装置控制软件进行设置，并通过软件控制其开始与停止。与手动操作电源相比更 加简便。
    (2) 使用机械臂式自动电解抛光装置进行电解抛光作业可以保证电解抛光过程中金属试样与电极金属平行，保证电解抛光质量。
    (3) 使用机械臂式自动电解抛光装置的自动电解抛光功能可以减轻操作人员负担，并且可以实现一人操纵多台装置，大大提升了电解抛光的效率。
    (4) 操作人员可以与电解抛光也保持安全距离，改善了操作人员的工作环境， 提升了对其人身安全与健康的保障。

功能简介
    机械臂式自动电解抛光装置，主要功能为通过对机械臂的控制实现金属试样以及金属电极在空间上的移动，并通过对通断电的控制实现对电解抛光的启停控制。装置的控制系统包括微控器、通信基站和装有控制软件的微机设备，通过无线网络下的TCP通信进行连接，使装置可以进行无线网络控制，并且可以记录操作指令以实现自动电解抛光控制。结构方面包供电电源、装置底座、滑动轨道、滑动转台、机械臂、电解抛光用容器和夹持杆。机械臂式自动电解抛光装置可实现远程控制电解抛光以及自动控制电解抛光，使得电解抛光操作更加简便，提升了作业效率，保障了操作人员身安全与健康，精确控制电解抛光时长以及保证试样与电极平行也可以更好地保证电解抛光质量。

机械臂式自动电解抛光装置结构说明
    机械臂式自动电解抛光装置如图 1 所示，主要包括机械臂主体（图 1a），滑 动轨道（图 1b），装置底座（图 1c），供电电源（图 1d）和电解液容器平台（图 1e）。其中，机械臂主体为机械臂式自动电解抛光装置的主要功能结构，通过控制机械臂的移动完成电解抛光、试样清洗、更换试样等动作。滑动轨道用于支持机械臂主体在水平位置上的移动，扩大其作业范围。供电电源为机械臂式自动电解抛光装置的控制系统线路、各部电机线路以及电解抛光作业线路提供各对应电压的供电。电解液容器平台用于放置盛有电解液的容器以及盛有清水用于清洗试样的容器，同时平台两侧可以安装夹持杆来固定平台上的容器，避免容器因震动或碰撞而发生倾倒。 
                                   
    机械臂主体部分结构如图 2 所示，从结构上主要包括：机械臂大臂（图 2a）， 机械臂小臂（图 2b），主控盒（图 2c），转台底座（图 2d，e），滑动板（图 2f） 和末端执行器（图 2e）。其中，机械臂大臂与机械臂小臂构成机械臂主要结构， 末端执行器连接在小臂末端，同过末端执行器电机保持其位置相对于小臂末端固定。同时，驱动电机的线路与为电解抛光供电的线路通过大臂与小臂连接至主控盒和供电电源。机械臂固定在转台底座上，与可水平旋转的转台底座共同组成一 个 3 自由度的机械臂，其活动范围可由以 X-Y-θ 组成的柱坐标系统所描述。驱动 部分主要包括：大臂电机（图 2h），小臂电机（图 2i）和末端执行器电机（图 2j），XOY 平面内的移动由大臂电机与小臂电机共同控制，转动角度 θ 由转台电机控制。
                                   
    末端执行器是执行电解抛光作业的主体结构，是为了满足不同作业需求专门 设计的结构，其形式并不唯一，可以在进行不同的操作是设计并安装对应末端执 行器。此处以进行简单电解抛光的末端执行器为例，其结构如图 3，主要包括将 末端执行器固定在机械臂小臂末端的固定板（图 3a）与垫块（图 3b），固定板间安装末端执行器电机（图 3k）用于保持末端执行器姿态，执行器主干（图 3d） 通过轴承连接在轴承座上（图 3c）并以此处为转动中心，主杆（图 3b）与副杆 （图 3h）通过连接孔（图 3e）固定，试样杆（图 3f）与电极杆（图 3g）插在副 杆的两端，各由一根销固定。试样（图 3j）被导电金属片夹在试样杆（图 3f）上， 导电金属片与一根导线相连，同时金属电极（图 3i）也通过导线连接，与试样端 一同从小臂连入电解抛光供电线路。 
                                   

机械臂式自动电解抛光装置控制软件
    机械臂式自动电解抛光装置需要使用机械臂式自动电解抛光装置控制软件进行控制。打开该软件将会出现如图 所示界面，此时需要确保机械臂式自动 电解抛光装置已开机，并且已连入无线网络，并与装有控制软件的微机处于同一 网络内。获取机械臂式自动电解抛光装置装置在网络中的 IP 地址后输入在对应的输入框内，端口默认2000。输入 IP 地址以及端口后点击连接，待连接成功后将会在“TCP 通讯信息”中显示“连接成功”字样，并返回机械臂式自动电解抛光装置的当前信息。连接成功时软件会自动保存 IP 地址以及端口号，在下次打开时可直接点击“读取记录”自动填写。连接成功后点击“打开控制面板”按 钮进入控制面板界面。
   

    控制面板界面如图所示，主要分为以下五个部分：增量控制界面、目标 点控制界面、自动控制界面、电解控制界面、其他指令界面。增量控制与目标点控制可以混合使用。 增量控制部分由控制按钮和参数输入框组成，参数输入框中输入对应参数的增量，此参数应为正数，如输入为负数则会取其绝对值。输入对应参数后，根据需要动作点击对应按钮。例如控制机械臂沿水平方向移动 40mm，则在增量控制界面“Z =”后的输入框中输入 40，然后点击“Z 增量 +Z”按钮。 目标点控制需要在需要调整的参数后输入目标位置的坐标参数，输入完成后点击“移动按钮”，如输入框内未输入数字，则保持当前位置。在使用目标点控制时，可以在主界面点击“获取当前数据”来获取机械臂式自动电解抛光装置当 前信息，其中包括机械臂当前的位置姿态坐标参数，可以参考此信息调整目标点控制的参数。 电解控制界面为对电解抛光条件的设置和控制。使用机械臂式自动电解抛光装置自带电源对电解抛光进行供电时，需要设置点解电压，电解时长和外部通断， 电压单位为伏特，时长单位为秒，需要为正数，外部通断处设“0”。通电进给 为金属试样停留在电解抛光液上方时，距将其浸没在电解抛光液中的进给量，需要提前试验或计算出此值，单位为 mm。使用外部电源对电解抛光进行供电时， 电解电压和无效，需要在外部通断处设“1”，此时电解抛光的电流与电压需要由外部电源控制。点击“执行电解动作”按钮时，机械臂式自动电解抛光装置会 以此时设置的参数进行电解抛光动作。
    自动控制界面为对操作记录的控制。选择路径文件会弹出文件选择窗口，可以选择之前记录的路径文件或是自己编写的路径文件，选择文件后可以点击“执 行路径动作”或“倒序执行动作”对机械臂式自动电解抛光装置发送动作指令， 需要额外说明的是，“倒序执行动作”只执行移动动作，不会执行电解抛光与清 洗动作。记录此次路径为对打开控制面板至按下此按钮时所有动作的记录，或是 上一次点击“记录此次路径”按钮至此次按下“记录此次路径”按钮时所有动作 的记录，记录文件会已保存在软件根目录，其内容如图 24 所示。点击“记录此 次路径”按钮后，会自动选择此次路径文件，方便再次调用此路径，或是复位至本轮操作之前的位置。 其他控制界面主要为延迟指令和清洗动作指令。延迟时长单位为秒。清洗动作选择处可输入 1，2，3 三个选项，其对应三个预先编写好的清洗动作。 

详细介绍见设计说明书