CN112692726A - 一种铸件打磨砂轮补偿控制方法 - Google Patents

一种铸件打磨砂轮补偿控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铸件打磨砂轮补偿控制方法，先在砂轮轴中心安装尖型定位棒，并标定尖型定位棒的尖点TCP，以尖型定位棒为辅助来获取砂轮轴中心TCP；然后对砂轮的圆周表面进行等分，得到若干个砂轮表面点，并分别计算相应的砂轮表面点TCP。根据工艺需求以及工件形状将铸件的打磨区域分割成若干段，并为每段选择合适的砂轮表面点，使用选择的砂轮表面点来向机器人示教每段打磨轨迹，最后以此打磨轨迹来打磨铸件。打磨过程中，观察打磨效果并根据打磨效果来调节每段打磨轨迹上对应的砂轮表面点TCPZ轴的偏移量，以实现砂轮快速补偿。上述调节操作直接可以在程序上进行编辑，以实现在不停机的状态下实现偏差点补偿，最终提高铸件的整个打磨效率。

Description

一种铸件打磨砂轮补偿控制方法
技术领域
本发明属于铸件打磨技术领域，涉及一种铸件打磨砂轮补偿控制方法。
背景技术
铸件在铸造过程中，在温度、湿度、磨具等因素的影响下会出现相同产品、不同批次生产的铸件之间存在偏差。由于打磨工艺轨迹是由示教产生的，如果产生偏差再由人工去示教偏差点，那么机器人就得停机，导致打磨效率低下。所以提供一种在不停机的状态下实现偏差点补偿的方法是非常有必要的，对提高打磨效率以及降低调试技术要求很有助益。
发明内容
本发明提供一种铸件打磨砂轮补偿控制方法，可以在不停机的状态下实现偏差点补偿，以提高打磨效率以及降低调试技术要求。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种铸件打磨砂轮补偿控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：给机器人工作轴上安装砂轮，并在所述砂轮的轴中心安装尖型定位棒，然后标定所述尖型定位棒的尖点TCP，以使尖点TCP笛卡尔坐标与所述机器人工作轴的笛卡尔坐标相同；
步骤S2：根据所述尖点与砂轮轴中心之间的距离，结合所述尖点TCP，获取砂轮轴中心TCP；
步骤S3：将所述砂轮的圆周表面等分，以等分点为分段打磨用的砂轮表面点；再根据所述砂轮轴中心的位置与砂轮表面点的位置，得到所述砂轮表面点TCP；
其中，砂轮轴中心笛卡尔坐标为(X,Y,Z)，所述砂轮表面点笛卡尔坐标为(Xα,Yα,Zα)，所述砂轮表面点TCP为：
Xα＝X，Yα＝Y+Rsinα，Zα＝Z-Rcosα，α为等分点分割圆心角；
步骤S4：根据工件打磨要求将铸件打磨区域分割成若干段，并为每段打磨区域选择合适的所述砂轮表面点；
步骤S5：使用对应的砂轮表面点TCP来向机器人示教每段打磨区域的打磨轨迹；
步骤S6：示教完成后，由机器人按段运行所述打磨轨迹对铸件进行打磨；
在打磨过程中，若打磨发生偏差，上位机设置偏差量，由机器人调用偏移函数来调节所述打磨轨迹中每个砂轮表面点TCP Z轴的偏移量，以实现砂轮快速补偿。
所述步骤S1中，由机器人使用四点标定法来标定所述尖点TCP。
假定所述砂轮的厚度为R，尖型定位棒的长度为L；所述尖点TCP相较于砂轮轴中心TCP的X轴方向偏移距离为
Figure BDA0002872610560000021
所述步骤S2中，将所述砂轮轴中心TCP的表示方法自四元数转化为欧拉角；然后旋转所述砂轮轴中心，以满足所述机器人操作盒Z轴摇杆顺时针旋转时其Z轴方向为砂轮轴中心指向砂轮表面，Z轴摇杆逆时针旋转时其Z轴方向为砂轮表面指向砂轮轴中心，并得到旋转角度的欧拉角；再将所述旋转角度的欧拉角转化为所述机器人可识别的四元数。
将所述砂轮轴中心TCP的旋转表示方法自四元数转化为欧拉角的过程具体为：
用atan2来代替arctan，可得：
Figure BDA0002872610560000031
将所述旋转角度的欧拉角转化为所述机器人可识别的四元数的过程具体为：
Figure BDA0002872610560000032
其中，ψ、θ、
Figure BDA0002872610560000033
分别为绕Z轴、Y轴、X轴的旋转角度。
所述步骤S3中，将所述砂轮的圆周表面自0°起、每隔45°进行等分，得到0°砂轮表面点、45°砂轮表面点、90°砂轮表面点、135°砂轮表面点、180°砂轮表面点、225°砂轮表面点、270°砂轮表面点和315°砂轮表面点共八个砂轮表面点。
计算得到的八个所述砂轮表面点TCP为：
0°砂轮表面点TCP：X0＝X；Y0＝Y+Rsin0；Z0＝Z-Rcos0；
45°砂轮表面点TCP：X45＝X；
Figure BDA0002872610560000034
90°砂轮表面点TCP：X90＝X；
Figure BDA0002872610560000035
135°砂轮表面点TCP：X135＝X；
Figure BDA0002872610560000036
180°砂轮表面点TCP：X180＝X；Y180＝Y+Rsinπ；Z180＝Z-Rcosπ；
225°砂轮表面点TCP：X225＝X；
Figure BDA0002872610560000037
270°砂轮表面点TCP：X270＝X；
Figure BDA0002872610560000038
315°砂轮表面点TCP：X315＝X；
Figure BDA0002872610560000039
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明首先在砂轮轴中心安装尖型定位棒，并标定尖型定位棒的尖点TCP，以尖型定位棒为辅助来获取砂轮轴中心TCP；然后对砂轮的圆周表面进行等分，得到若干个砂轮表面点，并分别计算相应的砂轮表面点TCP。与此同时，根据工艺需求以及工件形状将铸件的打磨区域分割成若干段，并为每段选择合适的砂轮表面点，使用选择的砂轮表面点来向机器人示教每段打磨轨迹，最后以此打磨轨迹来打磨铸件。打磨过程中，观察打磨效果并根据打磨效果来调节每段打磨轨迹上对应的砂轮表面点TCP Z轴的偏移量，以实现砂轮快速补偿。上述调节操作直接可以在程序上进行编辑，以实现在不停机的状态下实现偏差点补偿，可以减轻调试人员的调试工作量并快速地实现打磨偏差的补偿，最终提高铸件的整个打磨效率。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明实施例的打磨区域分段选择砂轮表面点示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种铸件打磨砂轮补偿控制方法，参见图1，包括以下步骤：
步骤S1：给机器人工作轴上安装砂轮，并在所述砂轮的轴中心安装尖型定位棒，然后标定所述尖型定位棒的尖点TCP，以使尖点TCP笛卡尔坐标与所述机器人工作轴的笛卡尔坐标相同。其中，一般采用的尖型定位棒为尖型金属棒。
步骤S2：根据所述尖点与砂轮轴中心之间的距离，结合所述尖点TCP，获取砂轮轴中心TCP。
步骤S3：将所述砂轮的圆周表面等分，以等分点为分段打磨用的砂轮表面点；再根据所述砂轮轴中心的位置与砂轮表面点的位置，得到所述砂轮表面点TCP；这是因为直接对砂轮轴中心TCP进行标定非常不方便，所以需要先标定尖型定位棒TCP，再结合尖点与砂轮轴中心之间的距离，来获取砂轮轴中心TCP。
其中，假定砂轮轴中心笛卡尔坐标为(X,Y,Z)，所述砂轮表面点笛卡尔坐标为(Xα,Yα,Zα)，所述砂轮表面点TCP的计算公式为：
Xα＝X，Yα＝Y+Rsinα，Zα＝Z-Rcosα，α为等分点分割圆心角。
步骤S4：根据工件打磨要求将铸件打磨区域分割成若干段，并为每段打磨区域选择合适的所述砂轮表面点；此砂轮表面点为铸件与砂轮的接触点，通过机器人操作盒Z轴摇杆控制砂轮慢慢靠近铸件或远离铸件。
步骤S5：使用对应的砂轮表面点TCP来向机器人示教每段打磨区域的打磨轨迹；
步骤S6：示教完成后，由机器人按段运行所述打磨轨迹对铸件进行打磨；
在打磨过程中，若打磨发生偏差，上位机设置偏差量，由机器人调用偏移函数来调节所述打磨轨迹中每个砂轮表面点TCP Z轴的偏移量，以实现砂轮快速补偿。该偏移函数可以为ABB机器人自带的reltool函数。当打磨量过大时，则给该段选用的砂轮表面点TCP Z轴以负值，使之后退，以远离铸件；当打磨量过小时，则给该段选用的砂轮表面点TCP Z轴以正值，使之前进，以靠近铸件。
本发明首先在砂轮轴中心安装尖型定位棒，并标定尖型定位棒的尖点TCP，以尖型定位棒为辅助来获取砂轮轴中心TCP；然后对砂轮的圆周表面进行等分，得到若干个砂轮表面点，并分别计算相应的砂轮表面点TCP。与此同时，根据工艺需求以及工件形状将铸件的打磨区域分割成若干段，并为每段选择合适的砂轮表面点，使用选择的砂轮表面点来向机器人示教每段打磨轨迹，最后以此打磨轨迹来打磨铸件。打磨过程中，观察打磨效果并根据打磨效果来调节每段打磨轨迹上对应的砂轮表面点TCP Z轴的偏移量，以实现砂轮快速补偿。上述调节操作直接可以在程序上进行编辑，以实现在不停机的状态下实现偏差点补偿，可以减轻调试人员的调试工作量并快速地实现打磨偏差的补偿，最终提高铸件的整个打磨效率。
所述步骤S101中，使用所述机器人自带TCP四点标定法来标定所述尖点TCP，所述机器人可以是ABB机器人。
假定所述砂轮的厚度为R，尖型定位棒的长度为L；所述尖点TCP相较于砂轮轴中心TCP的X轴方向偏移距离为
Figure BDA0002872610560000061
这是因为一般打磨会利用砂轮圆周表面靠中间的位置处进行打磨，所以需要在计算中加上
Figure BDA0002872610560000062
在一种实施方式中，为了便于操作时顺手，在所述步骤S2中，将所述砂轮轴中心TCP的表示方法自四元数转化为欧拉角；然后旋转所述砂轮轴中心，以满足所述机器人操作盒Z轴摇杆顺时针旋转时其Z轴方向为砂轮轴中心指向砂轮表面，Z轴摇杆逆时针旋转时其Z轴方向为砂轮表面指向砂轮轴中心，并得到旋转角度的欧拉角；再将所述旋转角度的欧拉角转化为所述机器人可识别的四元数。当然，在另一种实施方式中，也可以采用相反的设定。
将所述砂轮轴中心TCP的旋转表示方法自四元数转化为欧拉角的过程具体为：
由于arctan和arcsin的结果是
Figure BDA0002872610560000071
不能覆盖所有朝向，所以用atan2来代替arctan；可得：
Figure BDA0002872610560000072
将所述旋转角度的欧拉角转化为所述机器人可识别的四元数的过程具体为：
Figure BDA0002872610560000073
其中，ψ、θ、
Figure BDA0002872610560000074
分别为所述砂轮绕砂轮中心TCP的Z轴、Y轴、X轴的旋转角度。
在实际打磨过程中，一般将砂轮的圆周表面以45°进行等分。所述步骤S3中，将所述砂轮的圆周表面自0°起、每隔45°进行等分，得到0°砂轮表面点、45°砂轮表面点、90°砂轮表面点、135°砂轮表面点、180°砂轮表面点、225°砂轮表面点、270°砂轮表面点和315°砂轮表面点共八个砂轮表面点。
八个所述砂轮表面点TCP的计算公式具体为：
0°砂轮表面点TCP：X0＝X；Y0＝Y+Rsin0；Z0＝Z-Rcos0；
45°砂轮表面点TCP：X45＝X；
Figure BDA0002872610560000075
90°砂轮表面点TCP：X90＝X；
Figure BDA0002872610560000076
135°砂轮表面点TCP：X135＝X；
Figure BDA0002872610560000077
180°砂轮表面点TCP：X180＝X；Y180＝Y+Rsinπ；Z180＝Z-Rcosπ；
225°砂轮表面点TCP：X225＝X；
Figure BDA0002872610560000078
270°砂轮表面点TCP：X270＝X；
Figure BDA0002872610560000081
315°砂轮表面点TCP：X315＝X；
Figure BDA0002872610560000082
下面以实施例来进行具体说明。
给机器人第六轴上安装电主轴，然后在电主轴上安装砂轮，砂轮的厚度为R。在砂轮的轴中心安装一个长度为L的尖锐铁棒作为定位棒，使用ABB机器人自带TCP四点标定法对铁棒的尖点TCP进行标定。
标定完尖点TCP后，自尖点向砂轮轴中心在X轴方向上偏转
Figure BDA0002872610560000083
进而计算出砂轮轴中心的TCP。由于铸件需要砂轮圆周表面上不同的表面点进行打磨，因此需要结合砂轮轴中心TCP，计算砂轮表面点TCP。
为了使用方便，将砂轮的圆周表面自0°起，每45°等分。对应的分割角度即等分点分割圆心角，具体分别是0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°，计算公式为Xα＝X；Yα＝Y+Rsinα；Zα＝Z-Rcosα，其中α为等分点分割圆心角。
根据铸件的外形以及工艺情况，对如图2所示的铸件的打磨区域进行划分，具体分为8段，选定第1段采用315°砂轮表面点进行打磨、第2段采用270°砂轮表面点进行打磨、第3段、第4段和第5段均采用225°砂轮表面点进行打磨、第6段、第7段和第8段均采用90°砂轮表面点进行打磨。
以上述分段和相应选用的砂轮表面点对机器人进行示教打磨，并以此形成打磨轨迹。
运行该打磨轨迹，并观察铸件的打磨情况，当打磨量过大时，则给该段选用的砂轮表面点TCP Z轴以负值，使之后退，以远离铸件；当打磨量过小时，则给该段选用的砂轮表面点TCP Z轴以正值，使之前进，以靠近铸件。通过编写软件来设置每段的打磨补偿量，机器人可以在不停机的状态下根据设置的补偿量，通过偏移砂轮表面TCP Z轴方向进行补偿控制。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种铸件打磨砂轮补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：给机器人工作轴上安装砂轮，并在所述砂轮的轴中心安装尖型定位棒，然后标定所述尖型定位棒的尖点TCP，以使尖点TCP笛卡尔坐标与所述机器人工作轴的笛卡尔坐标相同；
步骤S2：根据所述尖点与砂轮轴中心之间的距离，结合所述尖点TCP，获取砂轮轴中心TCP；
步骤S3：将所述砂轮的圆周表面等分，以等分点为分段打磨用的砂轮表面点；再根据所述砂轮轴中心的位置与砂轮表面点的位置，得到所述砂轮表面点TCP；
其中，砂轮轴中心笛卡尔坐标为(X,Y,Z)，所述砂轮表面点笛卡尔坐标为(Xα,Yα,Zα)，所述砂轮表面点TCP为：
Xα＝X，Yα＝Y+Rsinα，Zα＝Z-Rcosα，α为等分点分割圆心角；
步骤S4：根据工件打磨要求将铸件打磨区域分割成若干段，并为每段打磨区域选择合适的所述砂轮表面点；
步骤S5：使用对应的砂轮表面点TCP来向机器人示教每段打磨区域的打磨轨迹；
步骤S6：示教完成后，由机器人按段运行所述打磨轨迹对铸件进行打磨；
在打磨过程中，若打磨发生偏差，上位机设置偏差量，由机器人调用偏移函数来调节所述打磨轨迹中每个砂轮表面点TCP Z轴的偏移量，以实现砂轮快速补偿。
2.根据权利要求1所述的铸件打磨砂轮补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，由机器人使用四点标定法来标定所述尖点TCP。
3.根据权利要求1或2所述的铸件打磨砂轮补偿控制方法，其特征在于，假定所述砂轮的厚度为R，尖型定位棒的长度为L；所述尖点TCP相较于砂轮轴中心TCP的X轴方向偏移距离为
Figure FDA0002872610550000021
4.根据权利要求3所述的铸件打磨砂轮补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，将所述砂轮轴中心TCP的表示方法自四元数转化为欧拉角；然后旋转所述砂轮轴中心，以满足所述机器人操作盒Z轴摇杆顺时针旋转时其Z轴方向为砂轮轴中心指向砂轮表面，Z轴摇杆逆时针旋转时其Z轴方向为砂轮表面指向砂轮轴中心，并得到旋转角度的欧拉角；再将所述旋转角度的欧拉角转化为所述机器人可识别的四元数。
5.根据权利要求4所述的铸件打磨砂轮补偿控制方法，其特征在于，将所述砂轮轴中心TCP的旋转表示方法自四元数转化为欧拉角的过程具体为：
用atan2来代替arctan，可得：
Figure FDA0002872610550000022
将所述旋转角度的欧拉角转化为所述机器人可识别的四元数的过程具体为：
Figure FDA0002872610550000023
其中，ψ、θ、
Figure FDA0002872610550000024
分别为绕Z轴、Y轴、X轴的旋转角度。
6.根据权利要求5所述的铸件打磨砂轮补偿控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，将所述砂轮的圆周表面自0°起、每隔45°进行等分，得到0°砂轮表面点、45°砂轮表面点、90°砂轮表面点、135°砂轮表面点、180°砂轮表面点、225°砂轮表面点、270°砂轮表面点和315°砂轮表面点共八个砂轮表面点。
7.根据权利要求6所述的铸件打磨砂轮补偿控制方法，其特征在于，计算得到的八个所述砂轮表面点TCP为：
0°砂轮表面点TCP：X0＝X；Y0＝Y+Rsin0；Z0＝Z-Rcos0；
45°砂轮表面点TCP：
Figure FDA0002872610550000031
90°砂轮表面点TCP：
Figure FDA0002872610550000032
135°砂轮表面点TCP：
Figure FDA0002872610550000033
180°砂轮表面点TCP：X180＝X；Y180＝Y+Rsinπ；Z180＝Z-Rcosπ；
225°砂轮表面点TCP：
Figure FDA0002872610550000034
270°砂轮表面点TCP：
Figure FDA0002872610550000035
315°砂轮表面点TCP：
Figure FDA0002872610550000036
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