CN111168571A - 一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，包括基座(1)，夹具模块，该夹具模块包括载物台(3)及设于该载物台(3)上的夹具，三自由度运动平台，其包括沿所述基座(1)顶面相互垂直设置的第一运动单元、第二运动单元和第三运动单元，测量模块，该测量模块包括设于所述第三运动单元上的位移传感器(7)及设于该位移传感器(7)上的探头(19)；设于所述三自由度运动平台一侧计算机控制平台(18)和设于基座(1)内的电气控制柜(17)。本发明还公开了一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量方法。本发明测量精度高，自动化程度高，可快速适应不同类型工件的测量需求，可大大缩短材料去除量的测量时间。

Description

一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统及方法
技术领域
本发明属于机械加工测量技术领域，更具体地，涉及一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统及方法。
背景技术
砂带磨削是砂带这一特殊形式的磨削工具，借助于张紧机构使之张紧，和驱动轮使之高速运动，并在一定压力作用下，使砂带与工件表面接触以实现磨削加工的整个过程，在磨削加工中，材料去除量小，通常每次加工，去除厚度在微米级，测量要求精度高，且对测量效率有较高要求。
现有技术多为砂带磨削加工或装置方法、对砂带磨削力检测或控制方法所做的改进，并没有合适的用于测量砂带磨削材料去除量的系统或方法，目前，普通的非接触式测量砂带磨削材料去除量的设备成本高，测量局限性较大，测量较大尺寸工件时需要进行拼接，导致其整体测量精度低；而普通的接触式测量方案测量效率较低，不能适应大批量生产的需求。因此，采用一种合理且平价的装置对磨削加工后的材料去除量进行高效率、高精度、自动化的测量成为一个亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统及方法，夹具夹紧待测工件，选取测量起点，输入测量要求，计算机自动生成运动轨迹,三自由度运动平台带动末端位移传感器按照生成的轨迹运动，并逐点测量，并与计算机控制平台内的模型信息进行比对，根据夹角数据求得每个测点位置的材料去除量，测量精度高，自动化程度高，可快速适应不同类型工件的测量需求，可大大缩短材料去除量的测量时间。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，包括基座，包括：
设于所述基座顶面的夹具模块，该夹具模块包括载物台及设于该载物台上的夹具，所述夹具用于夹紧工件；
三自由度运动平台，其包括沿所述基座顶面相互垂直设置的第一运动单元、第二运动单元和第三运动单元，所述第一运动单元、第二运动单元及第三运动单元可沿所述基座顶面做三自由度运动；
测量模块，该测量模块包括设于所述第三运动单元上的位移传感器及设于该位移传感器上的探头；以及，
设于所述三自由度运动平台一侧计算机控制平台和设于所述基座内的电气控制柜，所述计算机控制平台发送指令给所述电气控制柜，所述电气控制柜控制所述第一运动单元、第二运动单元及第三运动单元动作，驱动所述位移传感器运动到指定测量点并控制探头进行测量。
进一步地，所述第一运动单元包括第一方向导轨和设于该第一方向导轨端部的第一方向伺服电机，所述第一方向导轨通过固定支架与所述基座的顶面平行设置。
进一步地，所述第二运动单元包括设于所述载物台上的第二方向导轨及设于第二方向导轨一端的第二方向伺服电机。
进一步地，所述第三运动单元包括垂直于所述第一方向导轨设置的第三方向导轨及设于所述第三方向导轨一端的第三方向伺服电机。
进一步地，所述位移传感器通过连接支架与所述第三方向导轨固定连接。
进一步地，所述夹具包括平面夹具或曲面夹具。
进一步地，所述第一方向为沿所述基座的长度方向。
进一步地，所述第二方向为沿所述基座的宽度方向。
按照本发明的另一个方面，提供一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量方法，包括如下步骤：
S100：根据工件表面形状选择对应夹具并装夹，调整三自由度运动平台各轴回到零点；
S200：选定测量起点，在计算机控制平台上输入测量起点坐标以及测量要求，包括横、纵向测量点数量和点间间距；
S300：计算机控制平台根据输入测量起点坐标以及测量要求进行自动查补，生成探头的运动轨迹；
S400：计算机控制平台向电气控制柜发送指令，通过控制第一方向伺服电机、第二方向伺服电机与第三方向伺服电机动作驱动位移传感器按照生成的运动轨迹到达指定测量点进行测量，计算机控制平台发送指令控制电气控制柜控制气源阀门向位移传感器供气，位移传感器的探头下落，触及待测量工件表面，完成测量，计算机控制平台读取测量数据后指令电气控制柜放气，控制位移传感器的探头抬升，完成一个测量点的测量工作，移动到下一个测量点进行测量；
S500：在完成所有点的测量后，三自由度运动平台各轴回到零点，计算机控制平台根据测量数据自动生成包含各截面的材料去除量及整体的材料去除量的测量报告；
S600：更换夹具和工件，并对应更改传感器的朝向，重复步骤S200-S500,完成对不同工件的磨削材料去除量自动测量。
进一步地，S600中：
所述工件为平面工件，对应的夹具为平面夹具；
所述工件为曲面类工件，对应的夹具为曲面夹具。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，能够取得下列有益效果：
1.本发明的自动测量系统，夹具夹紧待测工件，选取测量起点，输入测量要求，计算机自动生成运动轨迹,三自由度运动平台带动末端位移传感器按照生成的轨迹运动，并逐点测量，并与计算机控制平台内的模型信息进行比对，根据夹角数据求得每个测点位置的材料去除量，测量精度高，自动化程度高，可快速适应不同类型工件的测量需求，可大大缩短材料去除量的测量时间。
2.本发明的自动测量系统，三自由度运动平台由三个交流伺服电机和三个滚珠丝杠导轨组成，用于带动位移传感器运动至指定测量位置，所述导轨均设有软、硬限位开关，防止装置超出行程，三自由度运动平台各轴运动精度为可达0.02mm。
3.本发明的自动测量系统，载物台固定于所述三自由度运动平台的Y轴的导轨上方，所述载物台上开有一系列螺纹孔，可适应不同尺寸夹具的安装需求，更换不同的夹具可用于测量叶片类不规则曲面工件，方便大规模生产推广应用。
4.本发明的自动测量系统，计算机控制平台根据输入的测量起点坐标、横/或纵向测量点数量、点间间距自动插补生成运动轨迹，进而转化为可识别的G代码，通过电气控制柜控制三自由度运动平台的第一方向伺服电机、第二方向伺服电机与第三方向伺服电机运动，实现对工件的精准测量。
5.本发明的自动测量系统，位移传感器为一体化设计，可抵抗粉尘和油污污染，传感器便于固定，且直接采用气动的驱动方式，可避免误差积累，测量精度可达1微米。
6.本发明的自动测量方法，计算机控制平台向电气控制柜发送指令，通过控制第一方向伺服电机、第二方向伺服电机与第三方向伺服电机控制位移传感器按照生成的运动轨迹到达指定测量点进行测量，计算机控制平台发送指令控制电气控制柜向位移传感器供气，位移传感器的探头下落，触及待测量工件表面，完成测量。
附图说明
图1为本发明实施例一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统的整体结构示意图；
图2为本发明实施例三自由度运动平台的结构示意图；
图3为本发明实施例一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统测量曲面类工件的结构示意图；
图4为本发明实施例一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统测量曲面类工件的探头运动轨迹示意图；
图5为本发明实施例一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统测量平面类工件的运动轨迹示意图；
图6为本发明实施例一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量方法的流程图；
图7为本发明实施例一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统测量曲面类工件的材料去除高度示意图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-基座，2-第二方向导轨、3载物台、4-平面夹具、5-平面工件、6-第二方向伺服电机、7-位移传感器、8-连接支架、9-固定支架、10-第一方向导轨、11-第三方向导轨、12-第三方向伺服电机、13-第一方向伺服电机、14-曲面夹具、15-曲面类工件、16-运动轨迹、17-电气控制柜、18-计算机控制平台、19-探头。
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。
如图1所示，本发明实施例提供一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，包括基座1、三自由度运动平台、电气控制柜17和计算机控制平台18，基座1上方为平面桌面，下方设置电气控制柜17，所述计算机控制平台18可放置于基座1上方，所述电气控制柜17内部提供包括PLC在内的多种电气元件，电气控制柜17与计算机控制平台通过工业以太网连接。本发明的自动测量系统，夹具夹紧待测工件，选取测量起点，输入测量要求，计算机自动生成运动轨迹,三自由度运动平台带动末端位移传感器按照生成的轨迹运动，并逐点测量，并与计算机控制平台内的模型信息进行比对，根据夹角数据求得每个测点位置的材料去除量，测量精度高，自动化程度高，可快速适应不同类型工件的测量需求，可大大缩短材料去除量的测量时间。
进一步地，如图1和图2所示，所述三自由度运动平台包括三自由度运动平台、载物台3、夹具4、位移传感器7和探头19，所述三自由度运动平台包括第二方向导轨2、第二方向伺服电机6、连接支架8、固定支架9、第一方向导轨10、第三方向导轨11、第三方向伺服电机12和第一方向伺服电机13。所述固定支架9有两个，用于支撑和固定三自由度运动平台，固定支架9通过螺栓将三自由度运动平台固定于所述基座1上方，所述三自由度平台既可带动工件实现Y方向的移动，也可带动所述位移传感器实现X、Z方向的移动，使得测量更加灵活，所述载物台3固定安装于所述三自由度运动平台的第二方向导轨2上方，载物台3上开有一系列螺纹孔，可适应不同尺寸夹具4的安装需求，夹具4固定安装于XY平面的载物台3上方，用于固定待测的一般规则平面工件，第二方向导轨2末端固定安装第二方向伺服电机6，第一方向导轨10末端安装第一方向伺服电机13，第三方向导轨11末端安装第三方向伺服电机12，伺服电机为向导轨提供动力，所述连接支架8一侧安装于第三方向导轨11末端，连接支架8另一侧连接位移传感器7，用于带动位移传感器7移动至指定测量位置，使得位移传感器7不仅可以朝向Z轴负向实现对XOY平面的测量，也可以朝向X轴负向实现对YOZ平面的测量，所述位移传感器7直接采用气动的驱动方式，位移传感器7末端有探头19，所述探头19为可伸缩结构。
此外，电气控制柜17与第一方向伺服电机13、第二方向伺服电机6、第三方向伺服电机12和位移传感器7通过电缆连接，计算机控制平台18通过电气控制柜17控制三个伺服电机，进而控制位移传感器7移动至各个待测点，所述位移传感器7移动至指定位置后，计算机控制平台18指令电气控制柜17控制气源阀门向位移传感器7提供额定气压气体，控制探头19下落，进而测量工件测量点的数据，随后读取位移传感器7的数据，进行记录，完成后，计算机控制平台18通过电气控制柜17控制阀门放气，探头19抬升，位移传感器7运动到下一个测量点，所述计算机控制平台18在测量完成后，可根据运动轨迹自动生成包含各截面的材料去除量及整体的材料去除量的测量报告。
进一步地，如图3和图4所示，本发明提供一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，还包括曲面夹具14，可用于测量叶片类复杂曲面工件，所述平面夹具4可更换为曲面夹具14，该曲面夹具14可夹持曲面类工件15，将位移传感器7朝向YOZ平面，按照等间距的方式进行路径规划，使得位移传感器7可按照运动轨迹16对曲面类工件15表面进行高度变化测量，最后与计算机控制平台18内的模型信息进行比对，根据夹角数据求得每个测点位置的材料去除量。
进一步地，如图5所示，本发明提供一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，实心圆点表示测量点，直线表示运动轨迹，计算机控制平台18可根据输入的测量起点坐标、横/或纵向测量点数量、点间间距自动插补生成运动轨迹，进而转化为可识别的G代码，通过电气控制柜17控制三自由度运动平台的第一方向伺服电机13、第二方向伺服电机6与第三方向伺服电机12的运动，进而控制位移传感器7移动至各个待测点，实现对工件的精准测量。
如图6所示，本发明提供一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量方法，包括：
S100：选定测量起点，在计算机控制平台18上输入测量起点坐标；
S200：在计算机控制平台18上输入测量要求，包括横(纵)向测量点数量、点间间距；
S300：计算机控制平台18根据输入数据进行自动插补，生成位移传感器7的探头19运动轨迹；
S400：计算机控制平台18向电气控制柜17发送指令，通过控制第一方向伺服电机13、第二方向伺服电机6与第三方向伺服电机12控制位移传感器7按照生成的运动轨迹到达指定测量点进行测量，计算机控制平台18发送指令控制电气控制柜17控制气源阀门向位移传感器7供气，位移传感器7的探头19下落，触及待测量工件表面，完成测量，计算机控制平台18读取测量数据后指令电气控制柜17控制阀门放气，控制位移传感器7的探头19抬升，完成一个测量点的测量工作，移动到下一个测量点进行测量；
S500：在完成所有点的测量后，三自由度运动平台各轴回到零点，计算机控制平台18根据测量数据自动生成包含各截面的材料去除量及整体的材料去除量的测量报告；
S600：更换曲面夹具14和曲面类工件15进行测量，计算机控制平台18调出曲面类工件模型，经分析后输入测量起点坐标、横(纵)向测量点数量和点间间距，按上述步骤开始测量，在对曲面类工件15进行测量时，位移传感器7的探头19水平向前伸出，与接触点切线方向成夹角α，加工前后测量的读数差值为L，则该点处的材料去除高度为Lsinα，该方法可根据曲面的曲率变化程度调节测量点之间的间距，曲率小的地方可适当减小测量间距，更换位移传感器7朝向，实现对不同平面的测量。
如图7所示，本发明实施例提供一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量方法，包括：
位移传感器7的探头19水平向前伸出，与接触点切线T成夹角α，加工前后测量的读数差值为L，则该点处的材料去除高度为Lsinα，材料去除量为Lsinα×Spoint(mm3)；对于平面工件4，其整体材料去除量为LSface(mm3)。
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，并不用于限制本发明，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 (10)

1.一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，包括基座(1)，其特征在于，包括：
设于所述基座(1)顶面的夹具模块，该夹具模块包括载物台(3)及设于该载物台(3)上的夹具，所述夹具用于夹紧工件；
三自由度运动平台，其包括沿所述基座(1)顶面相互垂直设置的第一运动单元、第二运动单元和第三运动单元，所述第一运动单元、第二运动单元及第三运动单元可沿所述基座(1)顶面做三自由度运动；
测量模块，该测量模块包括设于所述第三运动单元上的位移传感器(7)及设于该位移传感器(7)上的探头(19)；以及，
设于所述三自由度运动平台一侧计算机控制平台(18)和设于所述基座(1)内的电气控制柜(17)，所述计算机控制平台(18)发送指令给所述电气控制柜(17)，所述电气控制柜(17)控制所述第一运动单元、第二运动单元及第三运动单元动作，驱动所述位移传感器(7)运动到指定测量点并控制探头(19)进行测量。
2.根据权利要求1所述的一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，其特征在于，所述第一运动单元包括第一方向导轨(10)和设于该第一方向导轨(10)端部的第一方向伺服电机(13)，所述第一方向导轨(10)通过固定支架(9)与所述基座(1)的顶面平行设置。
3.根据权利要求2所述的一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，其特征在于，所述第二运动单元包括设于所述载物台(3)上的第二方向导轨(2)及设于第二方向导轨(2)一端的第二方向伺服电机(6)。
4.根据权利要求3所述的一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，其特征在于，所述第三运动单元包括垂直于所述第一方向导轨(10)设置的第三方向导轨(11)及设于所述第三方向导轨(11)一端的第三方向伺服电机(12)。
5.根据权利要求4所述的一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，其特征在于，所述位移传感器(7)通过连接支架(8)与所述第三方向导轨(11)固定连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，其特征在于，所述夹具包括平面夹具(4)或曲面夹具(14)。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，其特征在于，所述第一方向为沿所述基座(1)的长度方向。
8.根据权利要求7所述的一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量系统，其特征在于，所述第二方向为沿所述基座(1)的宽度方向。
9.一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100：根据工件表面形状选择对应夹具并装夹，调整三自由度运动平台各轴回到零点；
S200：选定测量起点，在计算机控制平台(18)上输入测量起点坐标以及测量要求，包括横、纵向测量点数量和点间间距；
S300：计算机控制平台(18)根据输入测量起点坐标以及测量要求进行自动插补，生成探头(19)的运动轨迹；
S400：计算机控制平台(18)向电气控制柜(17)发送指令，通过控制第一方向伺服电机(13)、第二方向伺服电机(6)与第三方向伺服电机(12)动作驱动位移传感器(7)按照生成的运动轨迹到达指定测量点进行测量，计算机控制平台(18)发送指令控制电气控制柜(17)控制气源阀门向位移传感器(7)供气，位移传感器(7)的探头(19)下落，触及待测量工件表面，完成测量，计算机控制平台(18)读取测量数据后指令电气控制柜(17)放气，控制位移传感器(7)的探头(19)抬升，完成一个测量点的测量工作，移动到下一个测量点进行测量；
S500：在完成所有点的测量后，三自由度运动平台各轴回到零点，计算机控制平台(18)根据测量数据自动生成包含各截面的材料去除量及整体的材料去除量的测量报告；
S600：更换夹具和工件，并对应更改传感器的朝向，重复步骤S200-S500,完成对不同工件的磨削材料去除量自动测量。
10.根据权利要求9所述的一种机器人砂带磨削材料去除量自动测量方法，其特征在于，S600中：
所述工件为平面工件(5)，对应的夹具为平面夹具(4)；
所述工件为曲面类工件(15)，对应的夹具为曲面夹具(14)。
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