[發(fā)明專利]基于非接觸測(cè)量的大型結(jié)構(gòu)件智能切削系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010744082.6
• 申請(qǐng)日: 2020-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111940843A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫宇;王禹;董新雨;曹春平;武凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23D79/00
• 分類號(hào): B23D79/00;B23Q17/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 汪清

1.一種基于非接觸測(cè)量的大型結(jié)構(gòu)件智能切削系統(tǒng)，其特征在于，包括檢測(cè)單元(1)、控制通訊單元(2)以及加工切削單元(3)；

所述檢測(cè)單元(1)包括三軸移動(dòng)平臺(tái)(16)、非接觸測(cè)量傳感器(4)；所述非接觸測(cè)量傳感器(4)固定在位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)上；所述位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)固定在三軸移動(dòng)平臺(tái)上，所述三軸移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有裝夾工件的移動(dòng)平臺(tái)(15)；所述非接觸測(cè)量傳感器(4)用于對(duì)工件表面進(jìn)行特征點(diǎn)掃描測(cè)量，得到三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

所述控制通訊單元(2)包括系統(tǒng)控制主機(jī)(22)、信號(hào)處理器(21)、三軸移動(dòng)平臺(tái)控制器(12)；

所述系統(tǒng)控制主機(jī)(22)通過(guò)總線與三軸移動(dòng)平臺(tái)控制器(12)、加工切削單元(3)的CNC系統(tǒng)(23)以及非接觸測(cè)量傳感器(4)連接；所述三軸移動(dòng)平臺(tái)控制器(12)用于控制三軸移動(dòng)平臺(tái)(16)的移動(dòng)和位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)的旋轉(zhuǎn)，三軸移動(dòng)平臺(tái)(16)和位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)的位姿信息通過(guò)三軸移動(dòng)平臺(tái)控制器(12)實(shí)時(shí)反饋給系統(tǒng)控制主機(jī)(22)；所述非接觸測(cè)量傳感器(4)與信號(hào)處理器(21)相連，將測(cè)量得到的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫盘?hào)處理器(21)生成工件表面特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)字化模型；系統(tǒng)控制主機(jī)(22)中對(duì)測(cè)得特征位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)工件特征表面坐標(biāo)數(shù)據(jù)與已有CAD模型對(duì)比，對(duì)已有的CAD模型進(jìn)行修正，得到最終的實(shí)際待加工工件的CAD模型，生成在理論模型坐標(biāo)系下的刀具定位及加工路徑方案，將方案?jìng)鬏數(shù)紺NC系統(tǒng)(23)，CNC系統(tǒng)(23)進(jìn)而控制各軸上的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，完成刀具的定位及切削加工。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸移動(dòng)平臺(tái)16包括第一滑動(dòng)支架(6)、第二滑動(dòng)支架(11)、橫梁(9)、立柱(10)、Z軸導(dǎo)軌(7)、X軸導(dǎo)軌(8)、Y軸導(dǎo)軌(14)和滑軌固定座(12)；

所述位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)與Z軸滑動(dòng)導(dǎo)軌(7)伸出機(jī)構(gòu)相連；所述Z軸滑動(dòng)導(dǎo)軌7與X軸導(dǎo)軌(8)滑動(dòng)連接；所述第一滑動(dòng)支架(6)與設(shè)置在橫梁(9)上的X軸導(dǎo)軌(8)滑動(dòng)相接；所述橫梁(9)通過(guò)立柱(10)與第二滑動(dòng)支架(11)固定連接，第二滑動(dòng)支架(11)與安裝在滑軌固定座(12)上的Y軸導(dǎo)軌(14)滑動(dòng)相接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸移動(dòng)平臺(tái)(16)還包括移動(dòng)工作臺(tái)(15)；所述移動(dòng)工作臺(tái)(15)用于夾持工件，并將待加工工件送至切削單元(1)待加工區(qū)域。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切削系統(tǒng)，其特征在于，所述非接觸測(cè)量傳感器(4)為三維激光掃描儀。

5.一種基于非接觸測(cè)量的大型結(jié)構(gòu)件智能切削方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：測(cè)量前，在數(shù)控機(jī)床以外，將工件裝夾在移動(dòng)工作臺(tái)上，按照裝夾要求進(jìn)行固定；將三軸移動(dòng)平臺(tái)、位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)、非接觸測(cè)量傳感器裝配到初始位置，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線的方式將三軸移動(dòng)平臺(tái)控制器、非接觸測(cè)量傳感器及信號(hào)處理器與控制系統(tǒng)連接，完成三軸移動(dòng)平臺(tái)和三維激光掃描掃描儀的靜態(tài)標(biāo)定；

步驟S2：開(kāi)啟非接觸測(cè)量傳感器，通過(guò)控制三軸移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)和位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，使其攜帶非接觸測(cè)量傳感器對(duì)工件表面進(jìn)行三維坐標(biāo)掃描測(cè)量；

步驟S3：非接觸測(cè)量傳感器掃描得到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)信號(hào)處理器傳遞給系統(tǒng)控制主機(jī)，對(duì)獲得的特征點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和三軸移動(dòng)平臺(tái)控制器反饋的相關(guān)位姿信息進(jìn)行分析處理，并由系統(tǒng)控制主機(jī)將測(cè)得的工件的三維數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)坐標(biāo)變換，從掃描儀的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)坐標(biāo)系下，得到修正后CAD模型；

步驟S4:系統(tǒng)控制主機(jī)根據(jù)最終的CAD模型規(guī)劃刀具定位及加工路徑方案，通過(guò)總線將其傳給數(shù)控切削機(jī)床的CNC系統(tǒng)，將移動(dòng)工作臺(tái)和測(cè)量后的工件移至數(shù)控機(jī)床的待加工區(qū)域，開(kāi)啟數(shù)控切削機(jī)床，調(diào)用CNC系統(tǒng)內(nèi)已修改的數(shù)控切削程序，執(zhí)行刀具定位和切削路徑動(dòng)作，完成切削加工。