CN114756992A - 双点渐进成形制造方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双点渐进成形制造方法、装置及电子设备，方法包括：获取待成形件的三维模型；对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，并根据每个所述2D曲线路径分别生成主机器人的主工作路径；针对每个所述主工作路径，根据所述主工作路径和所述三维模型的形状确定并生成从机器人的支撑路径；根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造。本发明能够及时有效的提高成型件的精度，降低实验成本。

Description

双点渐进成形制造方法、装置及电子设备

技术领域

本发明属于双点渐进成形技术领域，具体涉及到一种双点渐进成形制造方法、装置及电子设备。

背景技术

渐进成形是一种柔性制造技术，不需要专用的模具便能加工出目标制件。渐进成形使用一个半球形工具附在机械臂或数控机床上。工具沿着预先编程的路径移动，在金属板材上产生局部塑性变形，从而使其达到所需的外壳形状。双点渐进成形利用两个半球形成形工具实现材料局部增量变形获得终成形零件。然而，该技术存在许多缺点，主要是成型结果的几何精度低与成形范围小，从而限制了其广泛的工业应用。目前渐进成形精度问题的改进方法以测量材料的反弹量进行补偿为主，在成形控制方面很难优化。

发明内容

本发明提供一种双点渐进成形制造方法、装置及电子设备，以解决现有的双点渐进成形精度低的问题。

基于上述目的，本发明实施例提供了一种双点渐进成形制造方法，包括：获取待成形件的三维模型；对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，并根据每个所述2D曲线路径分别生成主机器人的主工作路径；针对每个所述主工作路径，根据所述主工作路径和所述三维模型的形状确定并生成从机器人的支撑路径；根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造。

可选的，所述对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，包括：应用沿曲面偏移函数根据预设厚度将所述三维模型沿成形方向进行分层，构建多个所述2D曲线路径。

可选的，所述预设厚度由成形工具头的尺寸决定，在0.5-2mm之间。

可选的，所述根据所述2D曲线路径生成主机器人的主工作路径，包括：对所述2D曲线路径按照预设间距划分成多个离散点，并按照每个所述离散点在曲线的切平面方向建立一系列平面，所述离散点为所述平面的中心点；将所述平面的中心点设置为成形工具头的移动位置，将所述平面的法向Z轴设置为所述成形工具头的成形方向；集合所述2D曲线路径上的所有所述离散点的所述移动位置和与所述移动位置对应的成形方向，构成主机器人的所述主工作路径。

可选的，所述根据所述主工作路径和所述三维模型的形状确定并生成从机器人的支撑路径，包括：根据所述主工作路径和所述三维模型的形状从预存的多个候选的支撑策略中选择其中一种；根据所述主工作路径和所述三维模型的形状按照选择的所述支撑策略生成从机器人的所述支撑路径。

可选的，所述支撑路径包括：局部正面支撑路径、局部外围支撑路径、全局支撑路径以及跟随支撑路径的至少其中之一。

可选地，所述根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造，包括：控制所述主机器人的成形工具头根据所述主工作路径运动，同时控制所述从机器人的支撑工具头根据所述支撑路径运动，完成对所述待成形件的加工制造。

基于同一发明构思，本发明实施例还提出了一种双点渐进成形制造装置，包括：模型获取单元，用于获取待成形件的三维模型；主路径获取单元，用于对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，并根据每个所述2D曲线路径分别生成主机器人的主工作路径；支撑路径获取单元，用于针对每个所述主工作路径，根据所述主工作路径和所述三维模型的形状选择并生成从机器人的支撑路径；双点加工制造单元，用于根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造。

基于同一发明构思，本发明实施例还提出了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述的方法。

基于同一发明构思，本发明实施例还提出了一种计算机存储介质，存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行前述的方法。

本发明的有益效果是：从上面所述可以看出，本发明实施例提供的一种双点渐进成形制造方法、装置及电子设备，方法包括：获取待成形件的三维模型；对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，并根据每个所述2D曲线路径分别生成主机器人的主工作路径；针对每个所述主工作路径，根据所述主工作路径和所述三维模型的形状确定并生成从机器人的支撑路径；根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造，能够及时有效的提高成型件的精度，降低实验成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的双点渐进成形制造方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中的局部正面支撑策略示意图；

图3为本发明实施例中的局部外围支撑策略示意图；

图4为本发明实施例中的全局支撑策略示意图；

图5为本发明实施例中的跟随支撑策略示意图；

图6为本发明实施例中的双点渐进成形示意图；

图7为本发明实施例中的双点渐进成形制造装置的结构示意图；

图8为本发明实施例中电子设备示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本发明实施例提供了一种双点渐进成形制造方法。如附图1所示，双点渐进成形制造方法包括：

步骤S11：获取待成形件的三维模型。

本发明实施例的双点渐进成形制造方法应用于控制两个主从机器人双点渐进成形的机器人控制系统。机器人控制系统在硬件上，两个库卡KR-210机器人相互协作完成双点渐进成形制造。在步骤S11中，将三维曲面模型导入基于Rhino的Grasshopper编程环境中。

步骤S12：对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，并根据每个所述2D曲线路径分别生成主机器人的主工作路径。

可选的，应用沿曲面偏移(Offset on surface)函数根据预设厚度将所述三维模型沿成形方向进行分层，构建多个所述2D曲线路径。其中，预设厚度由成形工具头的尺寸决定，优选的可以在0.5-2mm之间选择。成形方向也可以自由选择，例如，成形方向选择x轴方向，则在步骤S12中应用Offset on surface函数以预设厚度将三维模型沿x轴方向进行分层，得到多个2D曲线路径。

在本发明实施例中，得到多个2D曲线路径后，对所述2D曲线路径按照预设间距划分成多个离散点，并按照每个所述离散点在曲线的切平面方向建立一系列平面，所述离散点为所述平面的中心点；将所述平面的中心点设置为成形工具头的移动位置，将所述平面的法向Z轴设置为所述成形工具头的成形方向；集合所述2D曲线路径上的所有所述离散点的所述移动位置和与所述移动位置对应的成形方向，构成主机器人的所述主工作路径。其中预设间距可以需要进行设置，一般优选为1-3mm。

步骤S13：针对每个所述主工作路径，根据所述主工作路径和所述三维模型的形状确定并生成从机器人的支撑路径。

可选地，根据所述主工作路径和所述三维模型的形状从预存的多个候选的支撑策略中选择其中一种；根据所述主工作路径和所述三维模型的形状按照选择的所述支撑策略生成从机器人的所述支撑路径。支撑路径包括：局部正面支撑路径、局部外围支撑路径、全局支撑路径以及跟随支撑路径的至少其中之一。支撑策略包括：局部正面支撑策略、局部外围支撑策略、全局支撑策略以及跟随支撑策略。

在本发明实施例中，根据局部正面支撑策略，参见图2，对成形区域的路径以金属板材面平面镜像，将路径点平面反向，生成局部正面支撑路径。局部正面支撑策略是从机器人的支撑工具头直接跟在主机器人的成形工具头的正对面。如果根据主工作路径和三维模型确定待成形件在该主工作路径成形部分既存在凹形区域又存在凸形区域，则选择局部正面支撑策略，并根据局部正面支撑策略以及主工作路径生成局部正面支撑路径。

根据局部外围支撑策略，参见图3，将跟随支撑路径向后偏移一层，生成局部外围支撑路径。局部外围支撑策略是从机器人的支撑工具头直接跟在主机器人的成形工具头的相对的偏移路径，在成形工具之间形成一个成形间隙。如果根据主工作路径和三维模型确定待成形件在该主工作路径成形部分存在尖锐部分，例如尖锐部分的夹角小于预设夹角，则选择局部外围支撑策略，并根据局部外围支撑策略以及主工作路径生成局部外围支撑路径。

根据全局支撑策略，参见图4，对成形区域的外轮廓进行距离偏移(成形工具头半径尺寸)，生成全局支撑曲线，并将成形路径点映射到全局支撑曲线上生成全局支撑路径。即全局支撑策略是从机器人沿零件边界移动支撑工具头。默认使用全局支撑策略。

根据跟随支撑策略，参见图5，对成形区域的路径以金属板材面平面镜像，将路径点平面反向，并将路径点清单(list)向前偏移3项，生成跟随支撑路径。需要说明的是，每个路径会生成一系列离散点，偏移3个点大致等于成形工具头的直径的距离。如此，跟随支撑策略是在局部正面支撑的情况下，从机器人的支撑工具头与主机器人的成形工具头落后预设距离，预设距离可以根据需要进行放置，优选为成形工具头的直径。

在本发明实施例中，四种支撑策略各有优劣，局部支撑策略能够加强对局部细节的成形，整体误差会较大；全局支撑策略能够统一整体误差，但是细节成形误差大；跟随支撑策略能够提高成形的表面质量。在成形过程中，通过互换机器人的主从角色，可以在同一部件内形成凹形和凸形。

步骤S14：根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造。

具体地，控制所述主机器人的成形工具头根据所述主工作路径运动，同时控制所述从机器人的支撑工具头根据所述支撑路径运动，完成对所述待成形件的加工制造。如图6所示，金属板材通过夹具固定，控制主机器人的成形工具头和从机器人的支撑工具头分别根据主工作路径和支撑路径方向移动，成形路径与主工作路径一致，主机器人进行成形工作时，将金属板材沿刀具路径方向逐步产生局部塑性变形。

本发明实施例的双点渐进成形制造方法通过获取待成形件的三维模型；对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，并根据每个所述2D曲线路径分别生成主机器人的主工作路径；针对每个所述主工作路径，根据所述主工作路径和所述三维模型的形状确定并生成从机器人的支撑路径；根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造，能够及时有效的提高成型件的精度，降低实验成本。

上述对本发明特定实施例进行了描述。在一些情况下，在本发明实施例中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

基于同一个构思，本发明实施例还提供了一种双点渐进成形制造装置。附图7所示，双点渐进成形制造装置包括：模型获取单元、主路径获取单元、支撑路径获取单元以及双点加工制造单元。其中，

模型获取单元，用于获取待成形件的三维模型；

主路径获取单元，用于对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，并根据每个所述2D曲线路径分别生成主机器人的主工作路径；

支撑路径获取单元，用于针对每个所述主工作路径，根据所述主工作路径和所述三维模型的形状选择并生成从机器人的支撑路径；

双点加工制造单元，用于根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的装置应用于前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一实施例所述的方法。

本发明实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有至少一可执行指令，该计算机可执行指令可执行如上任意一实施例中所述的方法。

图8示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器801、存储器802、输入/输出接口803、通信接口804和总线805。其中处理器801、存储器802、输入/输出接口803和通信接口804通过总线805实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器801可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本发明方法实施例所提供的技术方案。

存储器802可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(RandomAccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器802可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本发明方法实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器802中，并由处理器801来调用执行。

输入/输出接口803用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口804用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线805包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器801、存储器802、输入/输出接口803和通信接口804)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器801、存储器802、输入/输出接口803、通信接口804以及总线805，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本发明实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本申请旨在涵盖落入本发明实施例的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双点渐进成形制造方法，其特征是，所述方法包括：

获取待成形件的三维模型；

对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，并根据每个所述2D曲线路径分别生成主机器人的主工作路径；

针对每个所述主工作路径，根据所述主工作路径和所述三维模型的形状确定并生成从机器人的支撑路径；

根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，包括：

应用沿曲面偏移函数根据预设厚度将所述三维模型沿成形方向进行分层，构建多个所述2D曲线路径。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述预设厚度由成形工具头的尺寸决定，在0.5-2mm之间。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述根据所述2D曲线路径生成主机器人的主工作路径，包括：

对所述2D曲线路径按照预设间距划分成多个离散点，并按照每个所述离散点在曲线的切平面方向建立一系列平面，所述离散点为所述平面的中心点；

将所述平面的中心点设置为成形工具头的移动位置，将所述平面的法向Z轴设置为所述成形工具头的成形方向；

集合所述2D曲线路径上的所有所述离散点的所述移动位置和与所述移动位置对应的成形方向，构成主机器人的所述主工作路径。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述根据所述主工作路径和所述三维模型的形状确定并生成从机器人的支撑路径，包括：

根据所述主工作路径和所述三维模型的形状从预存的多个候选的支撑策略中选择其中一种；

根据所述主工作路径和所述三维模型的形状按照选择的所述支撑策略生成从机器人的所述支撑路径。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述支撑路径包括：局部正面支撑路径、局部外围支撑路径、全局支撑路径以及跟随支撑路径的至少其中之一。

7.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造，包括：

控制所述主机器人的成形工具头根据所述主工作路径运动，同时控制所述从机器人的支撑工具头根据所述支撑路径运动，完成对所述待成形件的加工制造。

8.一种双点渐进成形制造装置，其特征是，所述装置包括：

模型获取单元，用于获取待成形件的三维模型；

主路径获取单元，用于对所述三维模型进行切片分层，获取多个2D曲线路径，并根据每个所述2D曲线路径分别生成主机器人的主工作路径；

支撑路径获取单元，用于针对每个所述主工作路径，根据所述主工作路径和所述三维模型的形状选择并生成从机器人的支撑路径；

双点加工制造单元，用于根据所述主工作路径和所述支撑路径应用双点渐进成形方法对所述待成形件进行加工制造。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的方法。

10.一种计算机存储介质，其特征是，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。

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