CN107450470A - 一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，包括二维激光位移传感器、支架、快速换刀装置、刀头和机器人，所述机器人与支架固定连接，二维激光位移传感器和快速换刀装置分别安装在支架上，刀头安装在快速换刀装置中，且刀头的刀柄满足快速换刀装置加持要求，二维激光位移传感器、机器人、快速换刀装置分别与机器人控制系统连接，机器人控制系统中含有软件控制模块，软件控制模块包括用于生成工件的加工路径的离线编程模块和用于根据工件的实际坐标和标准坐标之间的差异来修正加工路径的在线修正模块。本发明解决了传统机器人通用性不好，精度低，机械臂震颤及磨损至刀头输出力不均的问题，满足不同抛光打磨工况的要求。
Description
技术领域
本发明属于激光加工设备技术领域，具体涉及代一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置。
背景技术
在现代制造业生产中，几乎所有模具工件生产成型后都要经过打磨、抛光的加工工序，需求非常大。传统的人工加工方法存在诸多缺点，比如：(1)粉尘环境对人体的伤害；(2)不断上升的人工成本；(3)依靠个人经验质量不能保证等。
近年来我国逐渐重视并发展机器人技术，并且已大量应用于打磨等工序中。机器人通过相应的控制系统，以及一定自由度的结构，带动刀头自动完成打磨作业，有效的解决了人工加工方法带来的问题。目前，用于规划机器人运动的一种典型方法是人工示教法，即由操作者通过手动控制机器人运动，同时由机器人控制器记录下各关节参数的变化，使得机器人随后能独立地重新沿原先的轨迹运动，从而实现自动化作业过程。但是机器人系统依然存在不少缺点，以待突破：(1)示教轨迹是凭工人经验获得的，因此按此方法无法选择出最佳打磨路径；(2)在示教过程中机器人需要停机，增加生产成本；(3)容易受工件一致性和夹具精度影响，次品率较高；(4)通用效果差，工件特征不一致时需要频繁示教，繁琐耗时影响生产效率，且需要更换不同刀头时，往往采用人工更换，影响生产节拍。(5)机械臂容易产生震颤，影响加工质量。在此种情况下，开发一种高精度，高效率，通用性强的全自动化打磨、去毛刺、抛光系统势在必行。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，以解决传统机器人通用性不好，精度低，机械臂震颤及磨损至刀头输出力不均等问题。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下方式来实现：
一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，包括二维激光位移传感器、支架、快速换刀装置、刀头和机器人，所述机器人与所述支架固定连接，二维激光位移传感器和快速换刀装置分别安装在支架上，所述刀头安装在快速换刀装置中，且刀头的刀柄满足快速换刀装置加持要求，所述二维激光位移传感器、机器人、快速换刀装置分别与机器人控制系统连接，机器人控制系统中含有软件控制模块，所述软件控制模块包括离线编程模块和在线修正模块，离线编程模块用于生成工件的加工路径，在线修正模块用于根据工件的实际坐标和标准坐标之间的差异来修正加工路径。
进一步的，所述离线编程模块包括加工路径生成单元和自动换刀单元，所述加工路径生成单元根据加工工序生成固定的加工路径，所述自动换刀单元根据加工工序的不同更换相应的加工工具，以实现3秒内快速换刀。
进一步的是，所述支架与快速换刀装置之间设有力矩传感器，所述力矩传感器为六轴力矩传感器，用于补偿因磨损导致刀头输出力的变化，保证刀头的恒力输出，延长刀头使用寿命。
进一步的是，所述机器人与支架之间设置有防碰撞传感器，用于检测到扭矩瞬时变化超限将发出急停信号，使得机器人系统急停，保证安全，所述机器人、防碰撞传感器、支架依次连接。
进一步的是，所述支架为L形支架。
进一步的是，所述机器人为工业用六自由度机器人，有效防止机械臂震颤，是本装置的运动和位姿控制载体。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明的二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，提高了工作效率和良品率，工人操作的安全性也得到了保证；相对于市场上现有的打磨、抛光设备，本装置采用特殊标定板标定法，提升了机器人精度，使装置精度可达0.1mm且能恒力输出机械臂不震颤，加工质量稳定；同时该装置应用了二维激光位移传感器和离线编程技术，智能化程度更高，全程不停机，加工效率高，且采用六自由度机器人，姿态变化丰富，降低了工装夹具的要求，又可3秒内自动快速切换刀头，使用灵活性高，通用性强。
附图说明
图1为本发明抛光装置的整体结构示意图；
图2为本发明快速换刀局部结构示意图。
图中各个标记分别为：1、二维激光位移传感器，2、支架，3、防碰撞传感器，4、力矩传感器，5、快速换刀装置，6、刀头，7、机器人。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，包括二维激光位移传感器1、支架2、快速换刀装置5、刀头6和机器人7，所述机器人为工业用六自由度器人，为了避免机器人在自动移动过程中碰撞物体，机器人与支架之间设置有防碰撞传感器3，用于检测到扭矩瞬时变化超限将发出急停信号，使得机器人系统急停，保证安全；支架为L型支架，支架上固定安装二维激光位移传感器和快速换刀装置，所述二维激光位移传感器可得到被测物体的点云数据和表面坐标，快速换刀装置上安装有刀头，且刀头的刀柄满足快速换刀装置加持要求，以实现快速换刀，为避免磨损导致的刀头摩擦力变化而产生加工工件不一致的问题，设置有力矩传感器4，所述力矩传感器与支架相连接，力矩传感器能补偿刀头因磨损导致的摩擦力变化，保证刀头恒力输出，延长了刀头使用时间，降低成本。
本发明中的二维激光位移传感器1的运算单元采用了DSP+FPGA架构，实现了对采样信号的实时处理；采用了低功耗芯片，降低了传感器的整体发热量，使传感器能够长时间处于工作状态，其主要用于扫描被测物体，根据发射的激光计算出光点到二维激光位移传感器之间的距离，然后通过机器人带动二维激位移光传感器扫描移动，即可得到被测物体的表面三维坐标和表面点云数据，将采样信号处理后传给机器人控制系统，机器人控制系统将点云数据于物体原始CAD数据对比，即可得到不合格区域，并进行自动修磨。
机器人控制系统中的软件控制模块包括离线编程模块和在线修正模块，所述离线编程模块用于生成工件的加工路径，其包括加工路径生成单元和自动换刀单元，加工路径生成单元根据加工工序生成固定的加工路径，自动换刀单元根据加工工序的不同更换相应的加工工具，以实现快速换刀；所述在线修正模块是根据工件的实际坐标和标准坐标数据之间的差异，根据不合格的区域进行自动修正加工路径。
本发明的加工过程如下：离线编程模块控制机器人带动二维激光位移传感器以特定的路径位姿扫描工件，得到工件的表面点云数据和表面坐标数据，在线修正模块对比工件表面坐标数据与标准坐标数据，从而修正机器人的加工轨迹，同时在线修正模块对比工件表面点云数据与工件原始CAD数据，而得出工件不合格区域，进行自动修磨，当需要切换刀头时，离线编程模块控制机器人以适当位姿移动到工具架，进而离线编程模块控制快速换刀装置切换刀头。
本发明具有开放性、柔性设计、精度高、安全性可靠性强等诸多优点，采用闭环控制系统，满足不同的抛光打磨的工况要求，既能够实现加工表面压力恒定且可调，又能够在一定程度上补偿工件表面形状变化，可以保证抛光打磨过程平稳，保证质量。
以上所述仅是本发明的实施方式，再次声明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进，这些改进也列入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，其特征在于：包括二维激光位移传感器、支架、快速换刀装置、刀头和机器人，所述机器人与所述支架固定连接，二维激光位移传感器和快速换刀装置分别安装在支架上，所述刀头安装在快速换刀装置中，且刀头的刀柄满足快速换刀装置加持要求，所述二维激光位移传感器、机器人、快速换刀装置分别与机器人控制系统连接，机器人控制系统中含有软件控制模块，所述软件控制模块包括离线编程模块和在线修正模块，离线编程模块用于生成工件的加工路径，在线修正模块用于根据工件的实际坐标和标准坐标之间的差异来修正加工路径。
2.根据权利要求1所述的一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，其特征在于：所述离线编程模块包括加工路径生成单元和自动换刀单元，所述加工路径生成单元根据加工工序生成固定的加工路径，所述自动换刀单元根据加工工序的不同更换相应的加工工具，以实现快速换刀。
3.根据权利要求1所述的一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，其特征在于：所述支架与快速换刀装置之间设有力矩传感器，力矩传感器为六轴力矩传感器，用于补偿因磨损导致刀头输出力的变化，保证刀头的恒力输出，延长刀头使用寿命。
4.根据权利要求1所述的一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，其特征在于：所述机器人与支架之间设置有防碰撞传感器，用于检测到扭矩瞬时变化超限将发出急停信号，使得机器人系统急停，保证安全，所述机器人、防碰撞传感器、支架依次连接。
5.根据权利要求1所述的一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，其特征在于：所述支架为L形支架。
6.根据权利要求1所述的一种应用二维激光位移传感器的全自动打磨抛光装置，其特征在于：所述机器人为工业用六自由度机器人，有效防止机械臂震颤，是本装置的运动和位姿控制载体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20171208 |