CN108890468B - 一种适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法 - Google Patents

一种适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于智能制造相关技术领域，其公开了一种适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，该方法包括以下步骤：(1)提供磨抛装置，并将待磨抛的整体叶盘安装于所述磨抛装置的三自由度自动化夹具上；(2)调整所述三自由自动化夹具来使所述整体叶盘到达所述最优姿态；(3)所述磨抛装置开始打磨所述整体叶盘的一个叶片，且在打磨完成后对该叶片进行检测以判断所述叶片的磨抛表面是否满足要求，若不满足要求，则所述磨抛装置对不符合要求的部位再次进行打磨直至满足要求；若满足要求，则转至步骤(4)；(4)所述磨抛装置继续进行下一个叶片的打磨，直至所述整体叶盘的全部叶片被打磨完成。本发明提高了效率，降低了成本，改善了加工质量。

Description

一种适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法
技术领域
本发明属于智能制造相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法。
背景技术
叶盘是发动机、燃气轮机、压气机等设备中直接参与能量转换的关键零部件，加工后的表面质量要求很高，整体叶盘是把叶片和轮盘设计成一个整体，采用整体加工方式制造而成的，无需榫头和榫槽。整体叶盘的轮缘径向高度及厚度都有很大程度上的减小，减重效果明显，并且消除了分体结构榫齿根部缝隙中气体的逸流损失，避免了叶片和轮盘装配不当造成的微动磨损、裂纹以及锁片损坏带来的故障，从而有利于提高工作效率，可靠性得以进一步提升。
然而，整体叶盘的加工过程较为困难且要求更高，整体叶盘的磨抛加工是指去除叶盘表面铣削加工的纹路使其表面光滑，整体叶盘待磨抛的部位有叶片进排气边、叶片内外弧面、叶根转角和轮盘型面流道。由于磨抛部位多，并且各个部位加工方式不同，目前，整体叶盘磨抛多由人工磨抛完成，劳动强度大，粉尘污染严重，人力成本较高，一个中型尺寸整体叶盘大约需要3天～4天的打磨时间，另外手工磨抛加工受人工师傅的经验影响，加工一致性较差。相应地，本领域存在着发展一种效率较高的整体叶盘的机器人智能磨抛方法的技术需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，其基于现有整体叶盘的磨抛特点，研究及设计了一种效率较高的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法。所述机器人智能磨抛方法通过模拟人的视觉和力觉感知系统来实现机器人对整体叶盘的磨抛，能够有效地提升整体叶盘磨抛效率和零件表面质量，取代了人工作用，提高了效率，降低了成本，保证了精度。此外，基于所述机器人来确定所述整体叶盘相对于所述机器人的最优姿态，并通过调整所述三自由自动化夹具来使所述整体叶盘到达所述最优姿态，由此提高了磨抛精度和效率。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，该方法主要包括以下步骤：
(1)提供磨抛装置，并将待磨抛的整体叶盘安装于所述磨抛装置的三自由度自动化夹具上；所述机器人磨抛装置还包括机器人，所述机器人与所述三自由度自动化夹具通讯；
(2)基于所述机器人来确定所述整体叶盘相对于所述机器人的最优姿态，并通过调整所述三自由自动化夹具来使所述整体叶盘到达所述最优姿态；
(3)所述磨抛装置开始打磨所述整体叶盘的一个叶片，且在打磨完成后对该叶片进行检测以判断所述叶片的磨抛表面是否满足要求，若不满足要求，则所述磨抛装置对不符合要求的部位再次进行打磨直至满足要求；若满足要求，则转至步骤(4)；
(4)所述磨抛装置继续进行下一个叶片的打磨，直至所述整体叶盘的全部叶片被打磨完成。
(5)所述磨抛装置继续对所述整体叶盘的叶片以外的其他部件进行打磨，直至所述整体叶盘待磨抛的部位全部打磨完为止。
进一步地，以所述机器人的运动学性能、动力学性能及刚度性能的最优为目标，通过磨抛刀路规划来确定所述机器人在其可到达空间内的最佳磨抛空间，进而确定所述整体叶盘相对于所述机器人的最优姿态。
进一步地，所述磨抛装置还包括双目位姿检测组件，所述双目位姿检测组件用于检测所述整体叶盘的当前姿态，并将当前姿态数据传输给所述三自由度自动化夹具，所述三自由度自动化夹具将当前姿态与最优姿态进行比对以得到偏差，若该偏差在允许范围内，则所述三自由度自动化夹具不进行动作；若该偏差不在允许范围内，所述三自由度自动化夹具再次进行动作以使所述整体叶盘到达所述最优姿态。
进一步地，步骤(3)中还包括检测所述磨抛装置与所述磨抛表面之间的接触力，所述机器人根据所述接触力的数值来调整所述磨抛装置与所述磨抛表面之间的间距的步骤。
进一步地，所述磨抛装置包括连接于所述机器人末端的柔性磨抛组件，所述柔性磨抛组件包括力控磨头；所述磨抛装置还包括压力传感器，所述压力传感器设置在所述力控磨头上，其用于检测所述力控磨头与所述磨抛表面之间的接触力，并将检测到的接触力数据传输给所述机器人。
进一步地，所述磨抛装置还包括视觉刀纹检测组件，所述视觉刀纹检测组件与所述机器人通讯，其用于检测所述磨抛表面是否有刀纹残留，并将检测结果传输给所述机器人；所述机器人根据接收到的所述检测结果来带动所述柔性磨抛组件进行相应动作。
进一步地，在步骤(4)之前还包括所述三自由度自动化夹具带动所述整体叶盘进行运动以调整所述整体叶盘的位姿的步骤。
进一步地，磨抛时，通过所述三自由度自动化夹具的俯仰、偏航及滚转角度的改变来调整所述整体叶盘的位姿。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法主要具有以下有益效果：
1.所述机器人智能磨抛方法采用机器人带动柔性磨抛组件对整体叶盘进行磨抛，并模拟人的视觉系统对磨抛表面进行检测，同时模拟人的力觉系统对磨抛表面与磨抛装置之间的接触力进行检测，进而保证接触力在一定范围内，由此提高了磨抛质量及磨抛效率，且一致性较好，自动化程度较高，绿色环保。
2.基于所述机器人来确定所述整体叶盘相对于所述机器人的最优姿态，并通过调整所述三自由度自动化夹具来使所述整体叶盘到达所述最优姿态，由此提高了磨抛精度和效率。
3.所述磨抛装置开始打磨所述整体叶盘的一个叶片，且在打磨完成后对该叶片进行检测以判断所述叶片的磨抛表面是否满足要求，若不满足要求，则所述磨抛装置对不符合要求的部位再次进行打磨直至满足要求，实现了实时自动的检测磨抛表面的质量，并进行相应改善，保证了磨抛质量，且灵活性较高。
4.在步骤(4)之前还包括所述三自由度自动化夹具带动所述整体叶盘进行运动以调整所述整体叶盘的位姿的步骤，以确保下一个将打磨的叶片处于最优加工位姿，保证了磨抛质量及效率。
附图说明
图1是本发明提供的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法的流程图。
图2是图1中的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法涉及的磨抛装置的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-机器人，2-柔性磨抛组件，3-视觉刀纹检测组件，4-三自由度自动化夹具，5-整体叶盘，6-双目位姿检测组件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1及图2，本发明提供的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，所述机器人智能磨抛方法模拟了人的视觉和力觉感知系统来实现机器人对整体叶盘的磨抛，从而有效地提高了整体叶盘的磨抛效率和零件表面质量，取代了人工作业，降低了成本，且避免了人工打磨中的粉尘污染对人体造成的危害。
所述机器人智能磨抛方法主要包括以下步骤：
步骤一，提供磨抛装置，并将待磨抛的整体叶盘安装于所述磨抛装置的三自由度自动化夹具上；所述机器人磨抛装置包括电性连接于所述三自由度自动化夹具的机器人。
具体地，提供磨抛装置，所述磨抛装置包括机器人1、柔性磨抛组件2、视觉刀纹检测组件3、三自由度自动化夹具4及双目位姿检测组件6，所述柔性磨抛组件2连接于所述机器人1的末端，所述机器人1用于带动所述柔性磨抛组件2对待磨抛的整体叶盘5进行磨抛，所述整体叶盘5设置在所述三自由度自动化夹具4上。
本实施方式中，所述柔性磨抛组件2包括力控磨头，所述力控磨头用于与所述整体叶盘5相接触以对所述整体叶盘5进行磨抛；所述磨抛装置还包括压力传感器，所述压力传感器设置于所述力控磨头上，其用于检测所述力控磨头与所述整体叶盘5之间的接触力，并将检测到的接触力数据传输给所述机器人1，所述机器人1根据接收到的所述接触力数据进行判断，并根据判断结果来调整所述力控磨头与待磨抛部位之间的距离，以保证所述力控磨头与待磨抛部位较好的贴合。
所述三自由度自动化夹具4设置有微控制器，所述微控制器用于根据来自所述视觉刀纹检测组件3或/及所述双目位姿检测组件的数据进行判断，并根据判断结果来驱动所述三自由度自动化夹具4进行相应动作，进而调整所述整体叶盘5的位姿。通过调整所述三自由度自动化夹具4的俯仰、偏航及滚转角来改变所述整体叶盘5在空间中的姿态。本实施方式中，所述视觉刀纹检测组件3包括微型相机，所述微型相机用于对磨抛中的部位进行图像拍摄，所述视觉刀纹检测组件3根据拍摄到的图像来判断待磨抛部位是否磨抛到位，是否残留铣削纹路，并将判断结果反馈给所述机器人1。
所述三自由度自动化夹具4设置在工作台上，所述视觉刀纹检测组件3设置与所述双目视觉位姿检测组件6分别设置在所述三自由度自动化夹具4相背的两侧，且两者均不影响所述三自由度自动化夹具4的运动，所述整体叶盘5在所述双目位姿检测组件6的视野内。
步骤二，基于所述机器人来确定所述整体叶盘相对于所述机器人的最优姿态，并通过调整所述三自由度自动化夹具来使所述整体叶盘到达所述最优姿态。
具体地，首先，以所述机器人1的运动学性能、动力学性能和刚度性能最优为目标，通过磨抛刀路规划来确定所述机器人在可达空间内的最佳磨抛空间，进而确定所述整体叶盘5相对于所述机器人1的最优姿态。之后，所述三自由度自动化夹具4依据所述最优姿态来进行动作以带动所述整体叶盘5进行运动，进而使所述整体叶盘5到达所述最优姿态，此时，所述双目位姿检测组件6检测所述整体叶盘5的当前姿态，并将所述当前姿态数据传输给所述三自由度自动化夹具4，所述三自由度自动化夹具4将当前姿态与最优姿态进行比对以得到偏差，若偏差在允许范围内，则不进行相应动作；若偏差不在允许范围内，所述三自由度自动化夹具4再次进行动作以使所述整体叶盘5到达所述最优姿态。最后，当所述整体叶盘5到达所述最优姿态后，锁紧所述三自由度自动化夹具4。
步骤三，所述磨抛装置开始打磨所述整体叶盘的一个叶片，且在打磨完成后对该叶片进行检测以判断所述叶片的磨抛表面是否满足要求，若不满足要求，则所述磨抛装置对不符合要求的部位再次进行打磨直至满足要求；若满足要求，则转至步骤四。
具体地，所述机器人1带动所述柔性磨抛组件2对所述整体叶盘5的一个叶片开始进行打磨，打磨的同时，所述压力传感器检测所述力控磨头的接触力，并将检测到所述接触力数据传输给所述机器人1，所述机器人1根据接收到的数据来调整所述力控磨头与待磨抛部位之间的距离。本实施方式中，当接触力为零时，所述力控磨头与待磨抛部位没有接触，所述机器人1带动所述力控磨头朝向所述整体叶盘5移动；当接触力过大时容易造成过度打磨，此时所述机器人1带动所述力控磨头朝远离所述整体叶盘5的方向移动，以保证力控磨头与待磨抛部位在一定的接触力范围内贴合，由此提高打磨质量。
当该叶片打磨完后，所述视觉刀纹检测组件3检测打磨的叶片是否光滑，磨抛表面是否满足要求，若满足要求，则所述磨抛装置继续进行下一个叶片的打磨。否则，所述视觉刀纹检测组件3向所述机器人1反馈未打磨到位的部位信息，所述机器人1带动所述柔性磨抛组件2再次对未打磨到位的部位进行打磨直至满足要求。
步骤四，所述磨抛装置继续进行下一个叶片的打磨，直至所述整体叶盘的全部叶片被打磨完成。具体地，在进行一个叶片的打磨之前，所述三自由度自动化夹具4带动所述整体叶盘5进行运动以调整所述整体叶盘5的位姿，以确保下一个将打磨的叶片处于最优加工位姿。
步骤五，所述磨抛装置继续对所述整体叶盘的叶片以外的其他部件进行打磨，直至所述整体叶盘待磨抛的部位打磨完全为止。具体地，待所述整体叶盘5的叶片打磨完毕后，所述磨抛装置继续对所述整体叶盘5的叶片以外的其他部件进行打磨，直至所述整体叶盘5的所有需要打磨的部位都被打磨完成。
本发明提供的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，所述机器人智能磨抛方法采用机器人带动柔性磨抛组件对整体叶盘进行磨盘，并模拟人的视觉系统对磨抛表面进行检测，同时模拟人的力觉系统对磨抛表面与磨抛装置之间的接触力进行检测，进而保证接触力在一定范围内，由此提高了磨抛质量及磨抛效率，且一致性较好，自动化程度较高，绿色环保。基于所述机器人来确定所述整体叶盘相对于所述机器人的最优姿态，并通过调整所述三自由自动化夹具来使所述整体叶盘到达所述最优姿态，由此提高了磨抛精度和效率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)提供磨抛装置，并将待磨抛的整体叶盘(5)安装于所述磨抛装置的三自由度自动化夹具(4)上；所述机器人磨抛装置还包括机器人(1)，所述机器人(1)与所述三自由度自动化夹具(4)通讯；
(2)基于所述机器人(1)来确定所述整体叶盘(5)相对于所述机器人(1)的最优姿态，并通过调整所述三自由度自动化夹具来使所述整体叶盘(5)到达所述最优姿态；
(3)所述磨抛装置开始打磨所述整体叶盘(5)的一个叶片，且在打磨完成后对该叶片进行检测以判断所述叶片的磨抛表面是否满足要求，若不满足要求，则所述磨抛装置对不符合要求的部位再次进行打磨直至满足要求；若满足要求，则转至步骤(4)；
(4)所述磨抛装置继续进行下一个叶片的打磨，直至所述整体叶盘(5)的全部叶片被打磨完成；
(5)所述磨抛装置继续对所述整体叶盘(5)的叶片以外的其他部件进行打磨，直至所述整体叶盘(5)待磨抛的部位全部打磨完为止；
其中，步骤(3)中还包括检测所述磨抛装置与所述磨抛表面之间的接触力，所述机器人(1)根据所述接触力的数值来调整所述磨抛装置与所述磨抛表面之间的间距的步骤；
所述磨抛装置还包括视觉刀纹检测组件(3)，所述视觉刀纹检测组件(3)与所述机器人(1)通讯，其用于检测所述磨抛表面是否有刀纹残留，并将检测结果传输给所述机器人(1)；所述机器人(1)根据接收到的所述检测结果来带动柔性磨抛组件(2)进行相应动作。
2.如权利要求1所述的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，其特征在于：以所述机器人(1)的运动学性能、动力学性能及刚度性能的最优为目标，通过磨抛刀路规划来确定所述机器人(1)在其可到达空间内的最佳磨抛空间，进而确定所述整体叶盘(5)相对于所述机器人(1)的最优姿态。
3.如权利要求1所述的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，其特征在于：所述磨抛装置还包括双目位姿检测组件(6)，所述双目位姿检测组件(6)用于检测所述整体叶盘(5)的当前姿态，并将当前姿态数据传输给所述三自由度自动化夹具(4)，所述三自由度自动化夹具(4)将当前姿态与最优姿态进行比对以得到偏差，若该偏差在允许范围内，则所述三自由度自动化夹具(4)不进行动作；若该偏差不在允许范围内，所述三自由度自动化夹具(4)再次进行动作以使所述整体叶盘(5)到达所述最优姿态。
4.如权利要求1所述的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，其特征在于：所述磨抛装置包括连接于所述机器人(1)末端的柔性磨抛组件(2)，所述柔性磨抛组件(2)包括力控磨头；所述磨抛装置还包括压力传感器，所述压力传感器设置在所述力控磨头上，其用于检测所述力控磨头与所述磨抛表面之间的接触力，并将检测到的接触力数据传输给所述机器人(1)。
5.如权利要求1-4任一项所述的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，其特征在于：在步骤(4)之前还包括所述三自由度自动化夹具(4)带动所述整体叶盘(5)进行运动以调整所述整体叶盘(5)的位姿的步骤。
6.如权利要求1-4任一项所述的适用于整体叶盘的机器人智能磨抛方法，其特征在于：磨抛时，通过所述三自由度自动化夹具(4)的俯仰、偏航及滚转角度的改变来调整所述整体叶盘(5)的位姿。
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