CN115592414A - 一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工装置及方法,其特征为,包括高精度导轨(11)、第一高精度导轨(11、第二高精度导轨(12)、数控自动定位工装(2)、工艺管理系统(5)、双目视觉跟踪系统(4)、激光扫描测量装置(6)和自动快换末端工具箱(8),其中,第一高精度导轨(11)和第二高精度导轨(12)水平放置,且第一高精度导轨(11)和第二高精度导轨(12)水平放置相互平行且相距设定距离;本发明通过机器人末端法兰集成夹具对零件实现装夹,通过高精度导轨来控制双机器人底座位置,通过机器人调节末端刀具和检测设备的加工位姿,实现对细长筒类零件的自适应装夹、多点位切削和加工后检测。
Description
本发明是一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工装置及方法,涉及一种多机器人协同加工系统,特别是涉及一种面向细长筒类零件的多机器人加工系统和方法。
背景技术
某产品呈细长筒状,其支撑部位有多处需要铣削和钻削加工,其工艺流程主要分为:定位装夹、切削加工、检验等。产品的定位装夹过程需要人工反复找正、手动划线,费时费力;对于铣削部分一般使用大型龙门铣床进行加工,设备成本非常高;孔位是通过手工使用钻模来钻削,效率低下,生产周期长,限制产能进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工装置及方法,以解决现有细长筒类的加工低效、自动程度低问题。
一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工装置,其特征为,包括高精度导轨11、第一高精度导轨11、第二高精度导轨12、数控自动定位工装2、工艺管理系统5、双目视觉跟踪系统4、激光扫描测量装置6和自动快换末端工具箱8,其中,第一高精度导轨11和第二高精度导轨12水平放置,且第一高精度导轨11和第二高精度导轨12水平放置相互平行且相距设定距离;在第一高精度导轨11一端设有第一电控柜9,在第二高精度导轨12一端设有第二电控柜3;数控自动定位工装2安置在第一高精度导轨11和第二高精度导轨12之间,且数控自动定位工装2包括多点支架21和安装在多点支架21上的多个夹具22,多个夹具22中心连接线与第一高精度导轨11和第二高精度导轨12平行,在数控自动定位工装2的一个端头外侧设有双目视觉跟踪系统4,在数控自动定位工装2的另一端头外侧设有激光扫描测量装置6和自动快换末端工具箱8;在第一高精度导轨11上至少安装有一个切削机器人13,切削机器人13通过移动平台10与第一高精度导轨11滑动连接的;在第二高精度导轨12上至少安装有一个辅助机器人14,辅助机器人14通过移动平台10与第二高精度导轨12滑动连接的;自动快换末端工具箱8集成了包括铣削、钻削刀具和检测设备,所述的铣削、钻削刀具和检测设备与切削机器人13和辅助机器人14的末端法兰快换头适配,切削机器人13和辅助机器人14在工艺管理系统5中读取工艺文件后,根据需求自主执行换铣削刀具、钻削刀具或检测设备的动作。
辅助机器人14末端高于切削机器人13,辅助机器人14末端用于安装检测设备,通过移动辅助机器人14,使检测设备在上方位置对被加工零件进行检测。
所述的安装在辅助机器人14末端用于安装检测设备为激光扫描头,激光扫描头与激光扫描测量装置6无线连接。
所述的切削机器人13末端用于安装铣削刀具或钻削刀具。
一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工方法,利用权利要求3的述的一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工系统对被加工零件进行加工,具体步骤如下,
步骤一、将被加工零件7放置在多个夹具22中,使被加工零件7在长度方向与第一高精度导轨11和第二高精度导轨12平行;
步骤二、用双目视觉跟踪系统4对被加工零件7进行定位,即双目视觉跟踪系统4通过测量被加工零件7端面上的靶标确定被加工零件7的位置;如果被加工零件7位置不在设定的角度位置,双目视觉跟踪系统4将误差数据传送给数控自动定位工装2,数控自动定位工装2其上的分度盘根据误差数据计算调正所需的旋转角度,进而对工装进行调节,直到双目视觉跟踪系统4检测到被加工零件7在设定位置;
步骤三、安装在辅助机器人14末端的激光扫描头,对被加工零件7的形状和位置进行扫描,并将扫描数据传送给激光扫描测量装置6,激光扫描测量装置6对扫描数据进行分析建立点云模型,得到对被加工零件7所有位置实际加工数据;并将被加工零件7所有位置加工数据传送给工艺管理系统5;
步骤四、工艺管理系统5将对被加工零件7当前位置实际加工的尺寸和位置的数据,传送给切削机器人13,切削机器人13利用其末端安装的刀具,对被加工零件7进行加工;
步骤五、当被加工零件7在当前位置的加工完成后,辅助机器人14末端的激光扫描头再次对被加工零件7的形状和位置进行扫描,检测铣削等加工位置处是否加工到位,工艺管理系统5检查是否完成所有任务:
如果完成所有任务,转入下一步;
如果没有完成的有任务,数控自动定位工装2转动被加工零件7到下一个位置,并执行下一任务:通过双目视觉跟踪系统4对被加工零件7当前位置进行定位后,转入步骤四;
步骤五、本次加工任务完成。
本发明有益之处:
本发明通过机器人末端法兰集成夹具对零件实现装夹,通过高精度导轨来控制双机器人底座位置,通过机器人调节末端刀具和检测设备的加工位姿,实现对细长筒类零件的自适应装夹、多点位切削和加工后检测,在很大程度上可以替代大型数控铣床完成对多种型号细长筒零件的加工,实用性强,推广性好。
本发明在被加工零件在吊挂到位之后,可以实现对多型号零件的定位、装夹和切削;不需要人工进行定位划线,效率高;多机器人交叉耦合,可以完成包括装夹、切削、检测在内的多种工艺,系统开放性好;多机协同控制实现对加工振动的抑制;底层控制器将各个系统进行有机统筹控制,工艺管理系统可以根据既定的工艺流程进行多工艺的连续作业,提升产能。
本发明是研发的一种灵活度更高、适应性能更好的加工系统,切削机器人13和为辅助机器人14为工业机器人具有柔性高、工作空间广等优点,通过多机器人协同加工的方式可以对大型细长筒类零件实现多点位自适应装夹、多加工面同时切削、加工后检测等功能,通过将机器人控制系统、末端执行器控制系统、双目视觉系统、导轨和移动平台10、工具箱快换系统等集成为一体,并基于人工智能算法对各道工艺的参数选择、流程切换等进行训练,得到智能化、人机界面友好的工艺管理系统5,可以对整个多机协同系统的运行状态、零件的加工情况等进行实时监控和反馈。
附图说明:
图1是本发明结构示意图。
图中:2为数控自动定位工装,3为第二电控柜,4为双目视觉跟踪系统,5为工艺管理系统,6为激光扫描测量装置,7为被加工零件,8为自动快换末端工具箱,9为第一电控柜,10为移动平台,11为第一高精度导轨,12为第二高精度导轨,13为切削机器人,14为辅助机器人,21为多点支架,22为多个夹具。
具体实施方式:
一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工系统,其特征为,包括高精度导轨11、第一高精度导轨11、第二高精度导轨12、数控自动定位工装2、工艺管理系统5、双目视觉跟踪系统4、激光扫描测量装置6和自动快换末端工具箱8,其中,第一高精度导轨11和第二高精度导轨12水平放置,且第一高精度导轨11和第二高精度导轨12水平放置相互平行且相距设定距离;在第一高精度导轨11一端设有第一电控柜9,在第二高精度导轨12一端设有第二电控柜3;数控自动定位工装2安置在第一高精度导轨11和第二高精度导轨12之间,且数控自动定位工装2包括多点支架21和安装在多点支架21上的多个夹具22,多个夹具22中心连接线与第一高精度导轨11和第二高精度导轨12平行,在数控自动定位工装2的一个端头外侧设有双目视觉跟踪系统4,在数控自动定位工装2的另一端头外侧设有激光扫描测量装置6和自动快换末端工具箱8;在第一高精度导轨11上至少安装有一个切削机器人13,切削机器人13通过移动平台10与第一高精度导轨11滑动连接的;在第二高精度导轨12上至少安装有一个辅助机器人14,辅助机器人14通过移动平台10与第二高精度导轨12滑动连接的;自动快换末端工具箱8集成了包括铣削、钻削刀具和检测设备,所述的铣削、钻削刀具和检测设备与切削机器人13和辅助机器人14的末端法兰快换头适配,切削机器人13和辅助机器人14在工艺管理系统5中读取工艺文件后,根据需求自主执行换铣削刀具、钻削刀具或检测设备的动作。
辅助机器人14末端高于切削机器人13,辅助机器人14末端用于安装检测设备,通过移动辅助机器人14,使检测设备在上方位置对被加工零件进行检测。
所述的安装在辅助机器人14末端用于安装检测设备为激光扫描头,激光扫描头与激光扫描测量装置6无线连接。
所述的切削机器人13末端用于安装铣削刀具或钻削刀具。
一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工方法,利用权利要求3的述的一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工系统对被加工零件进行加工,具体步骤如下,
步骤一、将被加工零件7放置在多个夹具22中,使被加工零件7在长度方向与第一高精度导轨11和第二高精度导轨12平行;
步骤二、用双目视觉跟踪系统4对被加工零件7进行定位,即双目视觉跟踪系统4通过测量被加工零件7端面上的靶标确定被加工零件7的位置;如果被加工零件7位置不在设定的角度位置,双目视觉跟踪系统4将误差数据传送给数控自动定位工装2,数控自动定位工装2其上的分度盘根据误差数据计算调正所需的旋转角度,进而对工装进行调节,直到双目视觉跟踪系统4检测到被加工零件7在设定位置;
步骤三、安装在辅助机器人14末端的激光扫描头,对被加工零件7的形状和位置进行扫描,并将扫描数据传送给激光扫描测量装置6,激光扫描测量装置6对扫描数据进行分析建立点云模型,得到对被加工零件7所有位置实际加工数据;并将被加工零件7所有位置加工数据传送给工艺管理系统5;
步骤四、工艺管理系统5将对被加工零件7当前位置实际加工的尺寸和位置的数据,传送给切削机器人13,切削机器人13利用其末端安装的刀具,对被加工零件7进行加工;
步骤五、当被加工零件7在当前位置的加工完成后,辅助机器人14末端的激光扫描头再次对被加工零件7的形状和位置进行扫描,检测铣削等加工位置处是否加工到位,工艺管理系统5检查是否完成所有任务:
如果完成所有任务,转入下一步;
如果没有完成的有任务,数控自动定位工装2转动被加工零件7到下一个位置,并执行下一任务:通过双目视觉跟踪系统4对被加工零件7当前位置进行定位后,转入步骤四;
步骤五、本次加工任务完成。
实施例:
下面结合附图来对本发明做进一步的阐述。
如图1所示,本发明的一种面向细长筒类零件的多机器人协同加工系统,主要包括切削机器人13和辅助机器人14两种工业机器人、第一高精度导轨11、第二高精度导轨12、工艺管理系统5、双目视觉跟踪系统4、激光扫描测量装置6、自动快换末端工具箱8等。其特征在于:利用第一高精度导轨11调节切削机器人13站位、利用第二高精度导轨12调节辅助机器人14站位,基于人机功效和安全性设计,配置相应的工艺管控系统5、操作面板和急停装置等便于操作人员进行操作;双轨正中布置可适用于多种不同型号尺寸的细长筒类的被加工零件7的数控自动定位工装2,可实现对零件的翻转、找正、自适应装夹等;切削机器人13末端法兰主要用于安装多功能切削执行器,用以完成对吊挂和支脚的切削加工;辅助机器人14末端法兰用于安装检测系统,配合激光扫描测量装置6和双目视觉跟踪系统4对工件装夹、加工过程中的定位进行即时监测;自动快换末端工具箱8集成了包括自适应夹具、铣刀、激光扫描头、检测工具等多种可以和机器人末端法兰适配的工具,可以实现装夹、加工、检测各个阶段的快速转换。
第一高精度导轨11和第二高精度导轨12平行固定在地面,第一高精度导轨11的第一电控柜3、第二高精度导轨12的第二电控柜9,第一高精度导轨11的导轨上可以有多个移动平台10,切削机器人13固定在移动平台10上,移动平台10和机器人数目可以根据实际加工需求进行调整,安装时经过激光跟踪仪、千分表水平仪等打表标定,保证两个移动平台10的表面处于同一平面;切削机器人13和辅助机器人14末端法兰装有快换头,可以和工具箱8内的切削执行器、激光扫描头、检测装置等根据工艺流程设定进行快换;激光扫描测量装置6接收并分析零件定位情况、加工余量、机器人和执行器定位精度等信号,并反馈到工艺管理系统5中。
双目视觉系统4对被加工零件7的定位、数控定位系统2的旋转定位动作、多机器人的位姿协同运动、移动平台10的行程协同运动、工具箱各类执行器的快换动作、执行器刀具进给、转速、压脚压出与退回等动作都是由工艺管理系统5集中控制。本系统单元布局结构较为简单,加工范围由两组导轨之间的距离、移动平台10的站位、机械臂的臂展等因素共同决定,加工范围广;多台机械臂协同配合下,可以覆盖细长筒零件的钻削、铣削等多个加工位置。
本发明多机器人协同调整细长筒件的加工位置,双目视觉跟踪系统4识别筒类零件端面安装的靶标,并将对应的位姿信息发送给数控工装系统和机器人控制系统,机器人末端的夹持执行器配合工装上的分度盘等对加工筒件进行旋转调姿,使加工执行器能够覆盖筒件的所有加工位置;
本发明机器人末端通过快换头更换激光扫描装置,可以对机器人的位姿、工件定位特征、工件加工特征、加工余量等进行实时追踪测量,基于测量得到的点云数据对加工余量等工况状态进行分析;
本发明自动快换末端工具箱8集成了包括铣削、钻削刀具、检测设备等多种和机器人末端法兰快换头适配的工具,机器人在管理系统读取工艺文件后可根据需求进行自主换刀动作。
切削机器人和辅助机器人分置在高精度导轨上,协同完成对零件多个部位的加工;零件的装夹过程、加工过程由双目视觉跟踪系统4进行原位自动化测量和实时状态监测,保证零件划线定位的准确性和零件位姿、加工余量的自动化检测。
Claims (5)
1.一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工装置,其特征为,包括高精度导轨(11)、第一高精度导轨(11)、第二高精度导轨(12)、数控自动定位工装(2)、工艺管理系统(5)、双目视觉跟踪系统(4)、激光扫描测量装置(6)和自动快换末端工具箱(8),其中,第一高精度导轨(11)和第二高精度导轨(12)水平放置,且第一高精度导轨(11)和第二高精度导轨(12)水平放置相互平行且相距设定距离;在第一高精度导轨(11)一端设有第一电控柜(9),在第二高精度导轨(12)一端设有第二电控柜(3);数控自动定位工装(2)安置在第一高精度导轨(11)和第二高精度导轨(12)之间,且数控自动定位工装(2包括多点支架(21和安装在多点支架(21)上的多个夹具(22),多个夹具(22中心连接线与第一高精度导轨(11)和第二高精度导轨(12)平行,在数控自动定位工装(2)的一个端头外侧设有双目视觉跟踪系统(4),在数控自动定位工装(2)的另一端头外侧设有激光扫描测量装置(6)和自动快换末端工具箱(8);在第一高精度导轨(11)上至少安装有一个切削机器人(13),切削机器人(13通过移动平台(10)与第一高精度导轨(11)滑动连接的;在第二高精度导轨(12)上至少安装有一个辅助机器人(14),辅助机器人(14)通过移动平台(10)与第二高精度导轨(12)滑动连接的;自动快换末端工具箱(8)集成了包括铣削、钻削刀具和检测设备,所述的铣削、钻削刀具和检测设备与切削机器人(13)和辅助机器人(14)的末端法兰快换头适配,切削机器人(13)和辅助机器人(14)在工艺管理系统(5)中读取工艺文件后,根据需求自主执行换铣削刀具、钻削刀具或检测设备的动作。
2.根据权利要求1所述的一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工装置,其特征为,辅助机器人(14)末端高于切削机器人(13),辅助机器人(14)末端用于安装检测设备,通过移动辅助机器人(14),使检测设备在上方位置对被加工零件进行检测。
3.根据权利要求2所述的一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工装置,其特征为,所述的安装在辅助机器人(14)末端用于安装检测设备为激光扫描头,激光扫描头与激光扫描测量装置(6)无线连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工系统,其特征为,所述的切削机器人(13)末端用于安装铣削刀具或钻削刀具。
5.一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工方法,利用权利要求3的述的一种用于细长筒类零件的多机器人协同加工装置对被加工零件进行加工,具体步骤如下,
步骤一、将被加工零件(7)放置在多个夹具(22)中,使被加工零件(7)在长度方向与第一高精度导轨(11)和第二高精度导轨(12)平行;
步骤二、用双目视觉跟踪系统(4)对被加工零件(7)进行定位,即双目视觉跟踪系统(4)通过测量被加工零件(7)端面上的靶标确定被加工零件(7)的位置;如果被加工零件(7)位置不在设定的角度位置,双目视觉跟踪系统(4)将误差数据传送给数控自动定位工装(2),数控自动定位工装(2)其上的分度盘根据误差数据计算调正所需的旋转角度,进而对工装进行调节,直到双目视觉跟踪系统(4)检测到被加工零件(7)在设定位置;
步骤三、安装在辅助机器人(14)末端的激光扫描头,对被加工零件(7)的形状和位置进行扫描,并将扫描数据传送给激光扫描测量装置(6),激光扫描测量装置(6)对扫描数据进行分析建立点云模型,得到对被加工零件(7)所有位置实际加工数据;并将被加工零件(7)所有位置加工数据传送给工艺管理系统(5);
步骤四、工艺管理系统(5)将对被加工零件(7)当前位置实际加工的尺寸和位置的数据,传送给切削机器人(13),切削机器人(13)利用其末端安装的刀具,对被加工零件(7)进行加工;
步骤五、当被加工零件(7)在当前位置的加工完成后,辅助机器人(14)末端的激光扫描头再次对被加工零件(7)的形状和位置进行扫描,检测铣削等加工位置处是否加工到位,工艺管理系统(5)检查是否完成所有任务:
如果完成所有任务,转入下一步;
如果没有完成的有任务,数控自动定位工装(2)转动被加工零件(7)到下一个位置,并执行下一任务:通过双目视觉跟踪系统(4)对被加工零件(7)当前位置进行定位后,转入步骤四;
步骤五、本次加工任务完成。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116197668A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-06-02 | 山东金泰轧辊股份有限公司 | 一种轧辊制备用深孔镗钻床及使用方法 |
CN117655421A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-03-08 | 江苏大洋精锻有限公司 | 一种金属零部件加工轮廓切削装备 |
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CN116197668B (zh) * | 2023-03-09 | 2023-09-12 | 山东金泰轧辊股份有限公司 | 一种轧辊制备用深孔镗钻床及使用方法 |
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