CN102830718B

CN102830718B - 大型工件自动精确定位方法

Info

Publication number: CN102830718B
Application number: CN201210340228.6A
Authority: CN
Inventors: 彭辉; 张晋铭; 徐锦华; 曾启; 符勇; 杨鸿波
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: CN102830718A

Abstract

本发明公开了大型工件自动精确定位方法对具有长方体形状、长、宽、高外形尺寸都可能有偏差、工件顶部有定位参照垂直面、需要在水平面上移动定位的大型待加工工件的自动精确定位方法，步骤分为：1）由辊道水平输送工件至轴向方向基准位置；2）通过伺服电动推杆对工件径向位置进行初步定位；3）针对定位参照垂直面测量位置偏差；4）根据初步定位参数及测量的位置偏差由伺服电动推杆完成精确定位。本发明施工技术能准确、快速地实现大型工件在加工中的自动精确定位要求，能有效的加快加工进度、保证加工质量，并确保工程安全、降低经济成本。

Description

大型工件自动精确定位方法

技术领域

本发明涉及大型工件精确定位方法，能完美的解决工业加工中需要对具有长方体形状、长、宽、高外形尺寸都可能有偏差、工件顶部有定位参照垂直面、需要在水平面上移动定位的大型工件进行精确定位的问题。

背景技术

在实现电解铝阴极炭块自动组装的炭糊捣固过程中，需要使用气动工具对充填到炭槽与钢棒两侧缝隙的阴极糊料进行捣固压实。压轧的一致紧密性直接影响到整个组装块质量。阴极炭块即是一种具有长方体形状、长、宽、高外形尺寸（参考值：3260×520×480，重量：1550kg）都可能有偏差、工件顶部-中部有定位参照垂直面、需要在水平面上移动定位的大型工件。

阴极炭块自动组装生产线中，炭块的位置必须定位精确才能使气动工具进入炭槽要求位置以保证扎固的进行。为达到工艺要求，必须精确调整炭块在作水平-直线运动的运动平台上的摆放位置。由于工件的外形尺寸有加工偏差，所以不能以工件的外部侧面作为定位的基准面，而只能以工件顶部-中部的炭槽垂直面作为定位的基准面。一般的机械定位方法难以达到自动精确定位要求，以往大多靠人工反复执行“测量←→修正工件位置”的手动操作方式来完成定位，难以保证定位精度且劳动强度大、操作难度大、效率低。

工业生产中类似的大型工件的自动精确定位问题有很多，因此，需要提出一种快速有效的大型工件自动精确定位方法以适应高效、精确、自动化的生产要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种大型工件自动精确定位方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明提供一种大型工件自动精确定位方法，其定位精确、动作迅速、实现方便，适宜于不同的加工场合，本发明包含以下步骤：

（1）、使工件沿工作平台的辊道上移动，直到工件碰到工作平台的挡板上的限位开关即停止移动，挡板位于辊道的前方位置，工件到达该指定轴向位置由平台上的定位挡板和安装在定位挡板上的接触开关保证；

（2）、工作平台上的4个平推电动推杆同时向工件前推，直至所有的平推电动推杆的端部均达到压力阈值，完成工件的初步定位；

（3）、启动机械手，通过安装在机械手上的激光测距探头测量工件的后端偏差值x和前端偏差值y，工件上设有一条凹槽，凹槽的一个垂直面作为参照垂直面；后端偏差值x指后端的两个平推电动推杆推力施加点的连线处参照垂直面相对于基准垂直面的距离偏差；测量工件轴向上平推电动推杆对应的2个推力施加点处的定位参照垂直面的位置数据，并将数据返回至控制系统，使机械手恢复至原始状态；

（4）、4个平推电动推杆均回缩△z位移，控制系统根据激光测量的位移数据进行运算得到各平推电动推杆的前推位移值：需要回缩的推杆回缩，回缩的位移值由机械手测量值决定。如果机械手测量前端往左偏差值y后端往右偏差值为x，则前端右侧推杆回缩y，后端左侧推杆回缩x。然后需要前进的推杆前进，前端左侧推杆前推y，后端右侧推杆前推x。如果还没有达到压力阈值再往前推一个经验值的位移，各平推电动推杆再根据各自的前推位移值前推;直至压力计达到压力阈值，停止前推，完成定位。

在本发明中，所述的△z大小跟设备尺寸相关。

【补充测量实例，含测量数据】

本发明的配置偏码器的推杆精度可以达到0.1mm，机械手光学测量传感器误差为3微米，所以精度应该可以达到0.1mm。

两侧平推电动推杆回缩一定位置，控制系统根据激光测量的位移数据进行运算得到各平推电动推杆前推位移值，各平推电动推杆再根据实时得到的位移数据前推直至压力计达到动作阈值，完成定位。

在本发明中，【考虑机械手夹角，余弦函数】f=e*cos 。e为机械手实测值，f为测量后的计算值，每次机械手测量的时候角度是恒定值。

本方法可实现大型工件基于某个基准面的精确定位要求，其工作连续，效率高，尤其适用于针对大型工件的自动化工业加工生产线中需要对大型工件进行精确定位的场合。

有益效果：

本发明测量方便，精度高，便于推广应用，本发明施工技术能准确、快速地实现大型工件在加工中的自动精确定位要求，能有效的加快加工进度、保证加工质量，并确保工程安全、降低经济成本。

附图说明

图1为作水平-直线运动的平台结构示意图。

图2为定位中各主要部件的平面位置示意图（俯视图）。

图3为机械手带动的激光测距部件在各测量点的位置示意图。

图4为整个定位系统结构图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

图1所示为本发明一个具体实例平台装置结构示意图。如图所示，平台7包括：辊道6，平台辊道6用于传送放在平台上的工件5；挡板1中安装有限位开关2，工件触碰限位开关得到工件轴向位置定位信号；四个推杆系统包括伺服电机3以及连接在一起的推杆，推杆系统采用伺服电机驱动，通过驱动推杆前推移动工件在平台上面的径向位置。在推杆前方有一个压力传感器4，能够得到压力参数反馈给控制系统。

如图2所示，已经移动到平台上的工件通过平台上的辊道前进至径向挡板位置，碰到平台挡板上的限位开关，平台辊道电机停止运转，平台辊道下降，工件被平放在平台梁上。控制系统得到这些步骤完成信号后启动平台推杆电机3，推杆的位移由工件的宽度标称数据及公差以及电机安放位置确定。四个伺服电机驱动推杆前推，因工件有不确定的宽度的加工偏差，使得某推杆可能没有完全压紧。没有压紧的推杆对应的伺服电机将再得到前推信号继续前推，直至所有的推杆压紧工件。

图3中，在得到所有的推杆压紧信号以后，启动机械手带动激光测距仪测量工件8的定位位置到基准面的偏移量。测距仪采用姿势一在x方向前端测量基准面（如图3中姿势一照射的xy参考面）的偏移量。姿势一测量完毕以后采用如图姿势二（图3中姿势二照射xz平面）测量工件的高度偏差。机械手探头9姿势一是测量工件基准面的偏移量，系统对姿势一和姿势二参数的测量都是采用多次测量取平均。

在前端完成姿势一和姿势二测量完毕以后，平台前进至平台x方向后端的两个推杆与机械手处于同一个yz平面，平台停止，启动机械手再次以姿势一和姿势二进行测量，测量完毕以后机械手复位。姿势一在工件x方向前端与后端得到两组参数分别计算出前端与后端的工件径向偏移量，姿势二则用全部值取平均，得到整体高度偏差值，测量多个值的时候，是机械手不动来测量，还是机械手移动来测量多个值，请说明。

测量多个值的时候是机械手在一个点测量20个数据然后平台移动20cm，机械手继续测量二十个数据。两组数据测量机械手都是同一个姿势，两组数据即一共有40个数据，然后对四十个数据取平均。

图4中，控制系统计算完毕偏移量以后，给四个推杆电机回缩信号，四个推杆回缩至一定的位置，根据控制系统测量计算出的工件径向定位偏差获得各推杆的前推行程，之后推杆前进直至压力计达到压紧阈值为止，工件定位完成。

工件精确定位完成后，平台继续前进一段距离（机械手动作范围有限），机械手探头以姿势三测量炭块的长度（图3中姿势三照射yz平面）偏差，同样采用不同位置点多次测量取平均减少测量误差。机械手在长度测量完毕后恢复到原点位置。

至此，构件定位完成，可以认为参考面被定位在基准面位置。同时控制系统得到工件高度偏差为后道工序中需要的加工工具y方向位移提供准确数据、以及得到工件长度偏差为后道工序里平台沿x方向的位移提供准确数据。

以上大致说明了本发明的技术思想和特征，凡是根据本发明精神做相似变换的手段，仍应该包含在本发明专利范围内。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种大型工件自动精确定位方法，其特征在于，包含以下步骤：（1）、使工件沿工作平台的辊道上移动，直到工件碰到工作平台的挡板上的限位开关即停止移动，挡板位于辊道的前方位置，工件到达指定轴向位置由平台上的定位挡板和安装在定位挡板上的接触开关保证；（2）、工作平台上的4个平推电动推杆同时向工件前推，直至所有的平推电动推杆的端部均达到压力阈值，完成工件的初步定位；（3）、启动机械手，通过安装在机械手上的激光测距探头测量工件的后端偏差值x和前端偏差值y，工件上设有一条凹槽，凹槽的一个垂直面作为参照垂直面；后端偏差值x指后端的两个平推电动推杆推力施加点的连线处参照垂直面相对于基准垂直面的距离偏差；测量工件轴向上平推电动推杆对应的2个推力施加点处的定位参照垂直面的位置数据，并将数据返回至控制系统，使机械手恢复至原始状态；（4）、4个平推电动推杆均回缩△z位移，控制系统根据激光测量的位移数据进行运算得到各平推电动推杆的前推位移值：需要回缩的推杆回缩，回缩的位移值由机械手测量值决定，如果机械手测量前端往左偏差值y后端往右偏差值为x，则前端右侧推杆回缩y，后端左侧推杆回缩x，然后需要前进的推杆前进，前端左侧推杆前推y，后端右侧推杆前推x，如果还没有达到压力阈值再往前推一个经验值的位移，各平推电动推杆再根据各自的前推位移值前推;直至压力计达到压力阈值，停止前推，完成定位。