[發明專利]一種葉片型面機器人磨拋自適應加工系統及方法

在審

• 申請號: 201911036961.7
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110744406A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 嚴思杰;楊澤源;徐小虎;龐國鑫;葉松濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B24B21/16
• 分類號: B24B21/16;B24B21/18;B24B51/00;B24B41/06;B24B49/12;B24B41/00;B25J11/00
• 代理公司: 11014 北京恒和頓知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉親斌

本發明公開了一種葉片型面機器人砂帶磨拋自適應加工系統，包括磨拋單元，包括工業機器人(6)及設于該工業機器人(6)作業半徑范圍之內的磨拋機(1)，力控單元，包括設于所述工業機器人(6)末端的六維力傳感器(4)，控制單元，包括設于所述工業機器人(6)作業范圍之外的機器人控制柜(7)，測量反饋單元，包括線結構光在線測量裝置(10)，用于測量磨拋后葉片的型面點云數據并完成CAD模型重構。本發明還公開了一種加工方法。本發明的自適應加工系統，通過機器人和線結構光在線測量裝置的協同作業，實現葉片“測量?加工?監控”一體化，極大提高了葉片加工質量與效率，有效控制葉片型面加工的一致性和成品率。

技術領域

本發明屬于葉片機器人磨拋加工技術領域，更具體地，涉及一種葉片型面機器人砂帶磨拋自適應加工系統及方法。

背景技術

航空發動機葉片作為工業皇冠上的明珠，是典型的高精度自由曲面零件，需要承受高溫高壓等極其苛刻的工作環境，其表面輪廓的精度直接影響著發動機的性能。因此，葉片在經過數控加工后，需要進行磨拋形成高質量的型面，目前國內葉片打磨的主要方式是手工打磨和數控機床打磨，手工打磨存在工人勞動強度大、葉片成型質量不穩定等問題，數控機床打磨精度比較高，但是價格高昂且柔性差。

機器人葉片磨拋已經發展有近十年，但受限于測量手段與精度要求，仍存在人工參與度高、無法形成有效閉環反饋、型面測量檢測難等問題。專利文獻CN105290926A葉片智能磨削柔性制造系統，公開了一種磨削系統雖然實現了葉片磨削的自動化，但是由于采用數控磨床進行磨削，存在系統柔性不足的問題，葉片不能一次裝夾就完成加工，且成本高昂。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種葉片型面機器人砂帶磨拋自適應加工系統及方法，通過機器人和線結構光在線測量裝置的協同作業，實現葉片“測量-加工-監控”一體化，極大提高了葉片加工質量與效率，有效控制葉片型面加工的一致性和成品率。

為了實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供一種葉片型面機器人砂帶磨拋自適應加工系統，包括：

磨拋單元，包括工業機器人及設于該工業機器人作業半徑范圍之內的磨拋機，所述工業機器人末端夾持葉片，并確保所述葉片的型面與所述磨拋機的砂帶接觸；

力控單元，包括設于所述工業機器人末端的六維力傳感器，該六維力傳感器用于實時測量葉片與砂帶之間的接觸力；

控制單元，包括設于所述工業機器人作業范圍之外的機器人控制柜，該機器人控制柜根據所述接觸力控制所述工業機器人按照規劃路徑和選取的加工參數對葉片進行磨拋加工；

測量反饋單元，包括線結構光在線測量裝置，用于測量磨拋后葉片的型面點云數據并完成CAD模型重構，并將測量結果反饋給所述機器人控制柜，實現葉片的測量、加工、控制一體化。

進一步地，所述控制單元包括中控操作臺，該中控操作臺用于對所述測量反饋單元、六維力傳感器的測量信息、所述磨拋單元的加工信息進行控制。

進一步地，所述測量反饋單元包括探針及其支架，該探針及其支架固定安裝在地面上，用于對葉片的坐標系進行標定。

進一步地，所述磨拋單元包括氣動夾具，該氣動夾具設于所述六維力控傳感器末端。

進一步地，該加工系統包括供料單元，該供料單元包括葉片物料車，葉片物料車設于所述工業機器人可達到的范圍內。

進一步地，所述磨拋機固定安裝在地面上，用于實現對葉片的粗磨、精磨、進排氣邊打磨和拋光。

進一步地，所述磨拋機包括主動輪、張緊輪、砂帶和接觸輪組成，通過TCP/IP協議連接到中控操作臺，通過所述中控操作臺控制磨拋機的啟停時間和砂帶速度。

按照本發明的另一個方面，提供一種葉片型面機器人砂帶磨拋自適應加工方法，包括如下步驟：