【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及陽極氧化設(shè)備，尤其是一種集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備及其方法。
技術(shù)介紹
1、為了克服金屬和合金表面硬度、耐磨損性等方面的缺陷，擴大其應(yīng)用范圍，延長其使用壽命，表面處理技術(shù)成為金屬和合金使用中不可缺少的一環(huán)，而陽極氧化技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的表面處理技術(shù)。陽極氧化通過在金屬或合金工件的表面生成一層極薄的氧化膜，從而起到保護、裝飾、絕緣等作用。為了克服鋁合金表面硬度、耐磨損性等方面的缺陷，擴大應(yīng)用范圍，延長使用壽命，表面處理技術(shù)成為鋁合金使用中不可缺少的一環(huán)，而陽極氧化技術(shù)是目前應(yīng)用最廣且最成功的。
2、但目前應(yīng)用在教學(xué)實驗中的陽極氧化設(shè)備存在以下缺陷：1、目前的遠程控制類的實驗大多數(shù)是機械臂應(yīng)用在工廠流水線上，完成物料的夾取，擺放和運輸，在教學(xué)中可以滿足機械、自動化專業(yè)需求，在跨學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域中并沒有應(yīng)用；2、陽極氧化實驗的電解液為酸性溶液，有觸碰腐蝕的潛在風(fēng)險；3、手動控制陽極氧化實驗，會有誤操作和時間控制不穩(wěn)定的問題，造成氧化后的成品質(zhì)量不高的情況；4、陽極氧化實驗流程多，花費時間長。也即，現(xiàn)有技術(shù)仍存在改進空間。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備及其方法，安全性高，自動化程度高，有助于提高實驗的穩(wěn)定性。
2、為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
3、一種集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，包括箱體，箱體內(nèi)部從上至下分為上層、中層、下層
4、上層設(shè)置有用于放置實驗溶液的溶液桶；
5、中層設(shè)置有用于放置機械臂、溶液槽、工件的實驗平臺；實驗平臺，用于完成整個陽極氧化實驗的操作臺，同時用于固定機械臂，溶液槽以及工件掛具；
6、機械臂，用于對工件掛具進行搬運、溶液浸泡操作；
7、下層設(shè)置有電氣裝置、廢液桶；溶液桶與溶液槽連通，
8、所述機械臂末端執(zhí)行器的夾爪設(shè)計有半球形特征，用于與工件掛具的待夾取部分球形凹槽相配合，以完成工件掛具的抓取；其中半球形特征的尺寸比工件掛具的配合的球形凹槽尺寸大的直徑，根據(jù)機械臂的定位精度x以及夾取運動過程中控制的電機個數(shù)n獲得，d≥10*n*x
9、半球形的特征，以及冗余的尺寸可以保證夾爪與工件掛具的緊密接觸的同時，利用工件掛具本身的重量，實現(xiàn)自我矯正，垂直進入溶液槽中。
10、更進一步地，所述溶液槽的數(shù)量不少于5個，用于放置陽極氧化過程中所需要的各種溶液；每個溶液槽設(shè)置有進水口和出水口，進水口與位于上層的溶液桶通過管道相連，出水口與位于下層的廢液桶通過管道相連，進水口與溶液桶之間的管道以及出水口與廢液桶之間的管道均設(shè)置有電控水閥，以控制出水，實現(xiàn)溶液的自動更換；所述箱體的頂部留有排氣孔，用于將陽極氧化產(chǎn)生的氣體排出；機械臂的末端執(zhí)行器噴有防腐蝕涂料，可防止電解液或其他溶液的腐蝕；箱體的底部設(shè)置有支撐腳以及移動輪。
11、更進一步地，所述溶液槽設(shè)置有電解槽，并且每個所述溶液槽的邊緣設(shè)置有用于放置工件掛具的凸臺，防止工具掛具沉入電解槽的底部；凸臺設(shè)置有導(dǎo)電金屬片，導(dǎo)電金屬片兩端設(shè)置有彈簧，用于電解時，機械臂夾持工件掛具與導(dǎo)電金屬片緊密接觸，保證陽極氧化的持續(xù)進行，提高成功率；導(dǎo)電金屬片接入到電解用的直流電源的正極，可與工件掛具的固定軸接觸，負極為鋁板，與直流電源的負極連接。
12、更進一步地，所述溶液槽分布為扇形，控制機械臂的電機數(shù)目最少為3個，其中1個為轉(zhuǎn)向電機，控制機械臂的橫向轉(zhuǎn)動，另外2個電機為控制機械臂末端垂直升降；
13、已知機械臂的每段臂長為l1、l2、l3、l4，對應(yīng)的電機分別為m1、m2、m3、m4；
14、則溶液槽分布的半徑r必須滿足機械臂的末端可以碰到工作臺表面，則有：
15、l2cosα+l3cos(β-α)＝r????????????????????(1)
16、l2sinα+l1＝l3sin?(β-α)????????????????????(2)
17、其中，α∈(0,π)，β∈(0,π)；
18、進一步的，為了使整體的空間得到充分利用，減小機械臂的活動空間，以及將溶液槽布置在機械臂的右側(cè)，將角度進行限制α∈(0,π/2)；
19、為了提高抓取精度，在進行抓取和存放的時候，電機m1、m2將固定不動，只運動電機m3、m4，希望電機承受的扭矩最小，各個電機承受的扭矩為：
20、τ4＝0，重力與桿始終保持垂直
21、
22、根據(jù)公式(3)，對于電機m3的扭矩而言：
23、當α<β時，當β<(π/2+a)，m3扭矩越小，當β＝(π/2+
24、a)時，即時，扭矩最小，為0，此時l3和l4均與地面垂直；當β繼續(xù)增大時，β>(π/2+a)，扭矩又從0逐漸增大。
25、當α>β時,當β越小時，扭矩越小，此時r會比較大，不適用于構(gòu)建比較緊湊的空間。
26、因此為了盡量節(jié)省空間，并減少m3電機的扭矩承受，進一步可以確定β的范圍
27、
28、根據(jù)公式(4)，對于電機m2的扭矩而言：
29、
30、想要使τ2最小，一般的，可以讓最小，結(jié)合β的范圍，可以發(fā)現(xiàn)時，τ2最小。
31、此時
32、r＝l2cosα???????????????????????????????????(5)
33、更進一步地，所述箱體設(shè)置有柜門，柜門對應(yīng)的進門最小尺寸l<1.5m，則溶液槽的寬度w、長度d和高度h，滿足以下：
34、
35、θ2＝θ1-θ3?????????????????(10)
36、θ2對應(yīng)的弧長為l＝θ2*rmin??(11)
37、需要在rmin所在圓弧上分布5個溶液槽，且兩個溶液槽中間有一點空隙，設(shè)空隙距離為δx,則有：
38、2l＝2θ2*rmin≥4w+4δx??????(12)
39、同時溶液槽的寬度w需要結(jié)合具體的工件掛具進行考量，由于本次針對的對象為指尖陀螺，其尺寸為：65*25*10cm，單次需要做8個工件，所以將工件對側(cè)分布，單側(cè)4個，其最小寬度為：
40、w＝25*4+δw?????????????????????????????????(13)
41、δw為冗余距離，主要為留出的用于安裝工件的距離和固定工件的框架結(jié)構(gòu)，一般為單個零件的寬度的3倍，因此：
42、w≥25*4+δw＝25*7＝175cm???????(14)
43、同時，溶液槽的長度和高度需要滿足機械臂末端運行過程中，不會發(fā)生碰撞。此時機械臂的運行情況為末端需要繞著m3電機進行旋轉(zhuǎn)，同時m4電機需要保持夾爪的豎直狀態(tài)，滿足如下：
44、δh＝l3本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，包括箱體，箱體內(nèi)部從上至下分為上層、中層、下層三大部分；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，所述溶液槽的數(shù)量不少于5個，用于放置陽極氧化過程中所需要的各種溶液；每個溶液槽設(shè)置有進水口和出水口，進水口與位于上層的溶液桶通過管道相連，出水口與位于下層的廢液桶通過管道相連，進水口與溶液桶之間的管道以及出水口與廢液桶之間的管道均設(shè)置有電控水閥，以控制出水，實現(xiàn)溶液的自動更換；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，所述溶液槽設(shè)置有電解槽，并且每個所述溶液槽的邊緣設(shè)置有用于放置工件掛具的凸臺，防止工具掛具沉入電解槽的底部；凸臺設(shè)置有導(dǎo)電金屬片，導(dǎo)電金屬片兩端設(shè)置有彈簧，用于電解時，機械臂夾持工件掛具與導(dǎo)電金屬片緊密接觸，保證陽極氧化的持續(xù)進行，提高成功率；導(dǎo)電金屬片接入到電解用的直流電源的正極，可與工件掛具的固定軸接觸，負極為鋁板，與直流電源的負極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，所述箱體設(shè)置有柜門，柜門對應(yīng)的進門最小尺寸L<1.5m，則溶液槽的寬度w、長度d和高度h，滿足以下：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，所述工件掛具的主體為導(dǎo)電金屬，表面設(shè)置有防腐蝕作用的噴漆層，保證通電情況下不參與陽極氧化反應(yīng)，也保證重量足夠，在溶液中不會漂浮起來；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，所述下層還設(shè)置有電氣柜，電氣柜內(nèi)設(shè)置有機械臂控制箱，嵌入式主控板，電壓轉(zhuǎn)換器，直流電源；
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，所述下層還設(shè)置有傳感器系統(tǒng)：傳感器種類主要為液位傳感器、溫度傳感器；
10.一種集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備的使用方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，包括箱體，箱體內(nèi)部從上至下分為上層、中層、下層三大部分；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，所述溶液槽的數(shù)量不少于5個，用于放置陽極氧化過程中所需要的各種溶液；每個溶液槽設(shè)置有進水口和出水口，進水口與位于上層的溶液桶通過管道相連，出水口與位于下層的廢液桶通過管道相連，進水口與溶液桶之間的管道以及出水口與廢液桶之間的管道均設(shè)置有電控水閥，以控制出水，實現(xiàn)溶液的自動更換；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，所述溶液槽設(shè)置有電解槽，并且每個所述溶液槽的邊緣設(shè)置有用于放置工件掛具的凸臺，防止工具掛具沉入電解槽的底部；凸臺設(shè)置有導(dǎo)電金屬片，導(dǎo)電金屬片兩端設(shè)置有彈簧，用于電解時，機械臂夾持工件掛具與導(dǎo)電金屬片緊密接觸，保證陽極氧化的持續(xù)進行，提高成功率；導(dǎo)電金屬片接入到電解用的直流電源的正極，可與工件掛具的固定軸接觸，負極為鋁板，與直流電源的負極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成式陽極氧化自動化控制教學(xué)實驗設(shè)備，其特征在于，所述溶液槽分布為扇形，控制機械臂的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉能鋒，李小鵬，雷喬治，金劍，蔣麗紅，奚月平，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳科技創(chuàng)新研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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