CN112571835A - 一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，用于自动倾斜铺放时数控程序的高效编制，采用专用的组合式压辊+配套的编程工艺来实现。其中，组合式压辊包括：芯轴辊、铺放辊和编程辊，可按工况可组合为编程辊装配状态和铺放辊装配状态；配套的编程工艺包括：划线、安装编程辊、位姿调整、按层逐点编程、单层程序验证、安装铺放辊、构建完整铺放程序和预浸布带铺放几个过程。本发明可实现自动倾斜铺放示教预编程，无需依赖已铺放表面，具有编程效率高、斜铺角精准、在机等待时间短等优点。

Description

一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法
技术领域
本发明属于复合材料自动化成型技术领域，尤其涉及一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法。
背景技术
异型复合材料/金属结构是由内层金属结构和外层复合材料结构复合而成。通过自动倾斜铺放技术，将预浸料倾斜铺覆于金属结构外层，固化后形成复合材料/金属结构。该类结构外形面由多种曲率曲面复合而成，存在正负曲率交变区域，外形结构复杂。该类产品将复合材料倾斜铺放与金属结构时，压辊与金属结构外母线成一固定夹角(简称为斜铺角)。铺放压辊为圆柱形，示教编程时必须将压辊与已铺放复合材料表面完全贴合，无法实现预编程，造成编程效率低，停机等待时间长、斜铺角波动大等问题。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，采用专用的组合式压辊及配套的编程工艺，可实现自动倾斜铺放示教预编程，无需依赖已铺放表面，具有编程效率高、斜铺角精准、在机等待时间短等优点。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，包括：
划线：采用激光投影方式，在金属壳体的外表面从下至上划出M条等高线，并在各条等高线上间隔划出多个划线点；
安装编程辊：将编程辊插入芯轴辊中，并保持连接稳固无间隙；
位姿调整：将编程辊的位置调整至中位状态，并保证连接编程辊的气缸压缩量为一半状态；
按层逐点编程：将初始第一条等高线记为H1，并确定等高线H1上的任意一个划线点H1j；控制编程辊的小端与划线点H1j对齐，同时，控制编程辊的侧面与金属壳体的外表面接触无缝隙，在控制系统中将该点记录为点位H’1j；重复对齐、记录过程，直至完成对等高线H1上所有划线点的记录，得到点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N；其中，1≤j≤N；
单层程序验证：在控制系统中，将记录得到的所有点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N的连接状态改为连续状态，形成单层铺放程序，并对单层铺放程序进行验证；
安装铺放辊：在单层铺放程序验证通过后，将编程辊从芯轴辊中取出，并更换为铺放辊，将铺放辊插入芯轴辊中并保持连接稳固无间隙；
构建完整铺放程序：对等高线H1上的所有点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N进行补偿；并根据所划的等高线的数量M加入循环语句，构建得到完整铺放程序；
预浸布带铺放：安装预浸布带，并调用构建得到的完整铺放程序，完成预浸布带的铺放。
在上述适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法中，金属壳体为：多种曲率曲面复合而成、且存在正负曲率交变区域的结构。
在上述适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法中，编程辊为上端小、下端大的锥形结构，且内部为中空腔体，用于插入芯轴辊；其中，编程辊的外表面与金属壳体的外表面形状相匹配。
在上述适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法中，中位状态为：柔性机构行程的一半位置；其中，机器人通过柔性机构与编程辊连接，实现对编程辊的控制。
在上述适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法中，任意一条等高线Hi上的任意两个相邻划线点之间的间距不超过150mm，且在曲率突变处的两个相邻划线点之间的间距在50mm～100mm范围内；其中，1≤i≤M。
在上述适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法中，30≤N≤50。
在上述适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法中，在对等高线H1上的所有点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N进行补偿时，补偿量是指各点位沿高度方向前进量，表示为fza；其中，fza＝fz/N，fza表示等高线H1对应的第一层的铺放进给量。
在上述适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法中，在执行循环语句时，若循环次数不超过30次，则每次循环时，根据
Figure BDA0002754189570000031
对当前层对应的等高线上的各点位进行补偿。
在上述适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法中，在执行循环语句时，若循环次数超过30次，则每次循环时，根据
Figure BDA0002754189570000032
和径向补偿量对当前层对应的等高线上的各点位进行补偿。
在上述适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法中，
Figure BDA0002754189570000033
其中，β表示金属壳体的半锥角。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，可实现自动倾斜铺放示教预编程，无需依赖已铺放表面，具有编程效率高、斜铺角精准、在机等待时间短等优点。
(2)本发明公开了一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，使用了专用的组合式压辊，该组合式压辊可实现快换：根据需要快换成编程及铺放两种状态，可根据斜铺角变化，定制系列化的编程辊，具有经济性高和适应性广的特点。
(3)本发明公开了一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，在编程时配合柔性机构及编程辊，可有效减少编程点数，提升编程效率，同时可以保证铺放时编程辊与舱体的随形贴合。
(4)本发明公开了一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，经实际运用验证表明，应用本发明所述的方法对异型复合材料结构进行倾斜铺放示教编程，可大幅提高编程效率，并保证斜铺角的一致性。
附图说明
图1是本发明实施例中一种组合式压辊的组合示意图；
图2是本发明实施例中一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法的步骤流程图；
图3是本发明实施例中一种高效示教编程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
本发明公开了一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，可以用于自动倾斜铺放时数控程序的高效编制。该高效示教编程工艺方法的核心思想之一在于：组合式压辊+配套的编程工艺。其中，如图1，组合式压辊包括：芯轴辊1、铺放辊2和编程辊3，按工况可组合为编程辊装配状态和铺放辊装配状态：编程辊装配状态为：芯轴辊1和编程辊3固定连接；铺放辊装配状态为：芯轴辊1和铺放辊2固定连接。进一步的，配套的编程工艺主要可以包括：划线、安装编程辊、位姿调整、按层逐点编程、单层程序验证、安装铺放辊、构建完整铺放程序和预浸布带铺放几个过程。
如图2和图3，在本实施例中，该适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，包括：
步骤101，划线。
在本实施例中，可以采用激光投影方式，在金属壳体4的外表面从下至上划出M条等高线H1、H2、···、Hi、···、HM(1≤i≤M)，并在各条等高线上间隔划出多个划线点。其中，金属壳体4为：多种曲率曲面复合而成、且存在正负曲率交变区域的结构。
优选的，任意一条等高线Hi上的任意两个相邻划线点之间的间距不超过150mm，且在曲率突变处的两个相邻划线点之间的间距在50mm～100mm范围内。
步骤102，安装编程辊。
在本实施例中，如前所述，本实施例使用了如图1所示的专用的组合式压辊，包括：芯轴辊1、铺放辊2和编程辊3。该组合式压辊包括两种装配状态：编程辊装配状态(芯轴辊1和编程辊3固定连接)和铺放辊装配状态(芯轴辊1和铺放辊2固定连接)。
优选的，如图1所示，芯轴辊1为一圆柱结构；铺放辊2为内部中空的圆柱结构，铺放辊2的内部中空腔体用于插入芯轴辊1；编程辊3为上端小、下端大、且内部中空的锥形结构，该锥形结构的外表面与金属壳体4的外表面形状相匹配，编程辊3的内部中空腔体用于插入芯轴辊1。
优选的，在步骤102中，将编程辊3插入芯轴辊1中，并保持连接稳固无间隙，处于编程辊装配状态，完成编程辊的安装。
步骤103，位姿调整。
在本实施例中，可以配合控制系统，将编程辊3的位置调整至中位状态，并保证连接编程辊的气缸压缩量为一半状态。其中，中位状态为：柔性机构行程的一半位置；进一步的，机器人可通过柔性机构抓取编程辊3，进而实现对编程辊3的控制。
步骤104，按层逐点编程。
在本实施例中，以初始第一条等高线为例进行说明：将初始第一条等高线记为H1，并确定等高线H1上的任意一个划线点H1j；调整机器人位姿，控制编程辊3的小端与划线点H1j对齐，同时，控制编程辊3的侧面与金属壳体4的外表面接触无缝隙，在控制系统中将该点记录为点位H’1j。
进一步的，其他等高线的处理方式与初始第一条等高线的处理方式相同，在此不一一赘述，重复对齐、记录过程，直至完成对等高线H1上所有划线点的记录，得到点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N(1≤j≤N)。其中，30≤N≤50。
步骤105，单层程序验证。
在本实施例中，通过在控制系统中将记录得到的所有点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N的连接状态改为连续状态，进而形成单层铺放程序，并对单层铺放程序进行验证。其中，若单层铺放程序运行应顺畅无碰撞，则确定该单层铺放程序验证通过。
步骤106，安装铺放辊。
在本实施例中，在单层铺放程序验证通过后，将编程辊3从芯轴辊1中取出并更换为铺放辊2；然后，将铺放辊2插入芯轴辊1中并保持连接稳固无间隙，处于铺放辊装配状态。
步骤107，构建完整铺放程序。
在本实施例中，可对等高线H1上的所有点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N进行补偿，在对等高线H1上的所有点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N进行补偿时，补偿量是指各点位沿高度方向前进量，表示为fza，fza＝fz/N，fza表示等高线H1对应的第一层的铺放进给量；并根据所划的等高线的数量M加入循环语句，构建得到完整铺放程序。
优选的，在执行循环语句时，若循环次数不超过30次，则每次循环时，根据
Figure BDA0002754189570000061
对当前层对应的等高线上的各点位进行补偿；若循环次数超过30次，则每次循环时，根据
Figure BDA0002754189570000062
和径向补偿量对当前层对应的等高线上的各点位进行补偿。其中，
Figure BDA0002754189570000063
Figure BDA0002754189570000064
β表示金属壳体的半锥角。
步骤108，预浸布带铺放。
在本实施例中，安装预浸布带，并调用构建得到的完整铺放程序，完成预浸布带的铺放。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，其特征在于，包括：
划线：采用激光投影方式，在金属壳体(4)的外表面从下至上划出M条等高线，并在各条等高线上间隔划出多个划线点；
安装编程辊：将编程辊(3)插入芯轴辊(1)中，并保持连接稳固无间隙；
位姿调整：将编程辊(3)的位置调整至中位状态，并保证连接编程辊(3)的气缸压缩量为一半状态；
按层逐点编程：将初始第一条等高线记为H1，并确定等高线H1上的任意一个划线点H1j；控制编程辊(3)的小端与划线点H1j对齐，同时，控制编程辊(3)的侧面与金属壳体(4)的外表面接触无缝隙，在控制系统中将该划线点记录为点位H’1j；重复对齐、记录过程，直至完成对等高线H1上所有划线点的记录，得到点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N；其中，1≤j≤N；
单层程序验证：在控制系统中，将记录得到的所有点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N的连接状态改为连续状态，形成单层铺放程序，并对单层铺放程序进行验证；
安装铺放辊：在单层铺放程序验证通过后，将编程辊(3)从芯轴辊(1)中取出，并更换为铺放辊(2)，将铺放辊(2)插入芯轴辊(1)中并保持连接稳固无间隙；
构建完整铺放程序：对等高线H1上的所有点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N进行补偿；并根据所划的等高线的数量M加入循环语句，构建得到完整铺放程序；
预浸布带铺放：安装预浸布带，并调用构建得到的完整铺放程序，完成预浸布带的铺放。
2.根据权利要求1所述的适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，其特征在于，金属壳体(4)为：多种曲率曲面复合而成、且存在正负曲率交变区域的结构。
3.根据权利要求2所述的适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，其特征在于，编程辊(3)为上端小、下端大的锥形结构，且内部为中空腔体，用于插入芯轴辊(1)；其中，编程辊(3)的外表面与金属壳体(4)的外表面形状相匹配。
4.根据权利要求1所述的适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，其特征在于，中位状态为：柔性机构行程的一半位置；其中，机器人通过柔性机构与编程辊(3)连接，实现对编程辊(3)的控制。
5.根据权利要求1所述的适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，其特征在于，任意一条等高线Hi上的任意两个相邻划线点之间的间距不超过150mm，且在曲率突变处的两个相邻划线点之间的间距在50mm～100mm范围内；其中，1≤i≤M。
6.根据权利要求1所述的适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，其特征在于，30≤N≤50。
7.根据权利要求1所述的适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，其特征在于，在对等高线H1上的所有点位H’11、H’12、···、H’1j、···、H’1N进行补偿时，补偿量是指各点位沿高度方向前进量，表示为fza；其中，fza＝fz/N，fza表示等高线H1对应的第一层的铺放进给量。
8.根据权利要求7所述的适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，其特征在于，在执行循环语句时，若循环次数不超过30次，则每次循环时，根据
Figure FDA0002754189560000021
对当前层对应的等高线上的各点位进行补偿。
9.根据权利要求1所述的适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，其特征在于，在执行循环语句时，若循环次数超过30次，则每次循环时，根据
Figure FDA0002754189560000022
和径向补偿量对当前层对应的等高线上的各点位进行补偿。
10.根据权利要求1所述的适应于自动倾斜铺放的高效示教编程工艺方法，其特征在于，
Figure FDA0002754189560000031
其中，β表示金属壳体的半锥角。
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