[發(fā)明專利]針對(duì)碳纖維復(fù)合材料的雙機(jī)器人協(xié)同激光超聲銑邊方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210061758.0
• 申請(qǐng)日: 2022-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116493773A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭侃;廖文和;熊偉尉;孫連軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/38
• 分類號(hào): B23K26/38;B23K26/70
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 張祥

1.一種針對(duì)碳纖維復(fù)合材料的雙機(jī)器人協(xié)同激光超聲銑邊方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、雙機(jī)器人激光超聲銑邊系統(tǒng)的搭建：雙機(jī)器人激光超聲銑邊系統(tǒng)包括機(jī)器人激光切邊系統(tǒng)模塊、機(jī)器人超聲加工系統(tǒng)模塊、測(cè)量系統(tǒng)模塊、干涉碰撞檢測(cè)模塊；

步驟2：開(kāi)展機(jī)器人激光切邊實(shí)驗(yàn)研究：研究不同加工參數(shù)對(duì)熱損傷區(qū)域的寬度和軟化程度的影響，一方面據(jù)此選擇刀具直徑，另一方面建立不同厚度下加工參數(shù)與損傷區(qū)域?qū)挾鹊挠成淠Ｐ?，最后得出合適的進(jìn)給速度與激光功率；

步驟3：機(jī)器人超聲銑邊實(shí)驗(yàn)研究：研究激光切邊熱損傷區(qū)域軟化對(duì)超聲銑邊切削力及銑邊穩(wěn)定性的影響，研究激光切邊加工參數(shù)對(duì)機(jī)器人超聲銑邊質(zhì)量的影響，得出機(jī)器人激光切邊與機(jī)器人超聲銑邊工藝的匹配特性，從而確定合適的加工參數(shù)；

步驟4：進(jìn)行雙機(jī)器人協(xié)同激光超聲銑邊：首先進(jìn)行雙機(jī)器人協(xié)同激光超聲銑邊方案加工參數(shù)的制定，其次為避免雙機(jī)器人協(xié)同加工出現(xiàn)干涉與碰撞，進(jìn)行雙機(jī)器人協(xié)同激光超聲銑邊方案的模擬仿真，最后進(jìn)行雙機(jī)器人協(xié)同激光超聲銑邊加工。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對(duì)碳纖維復(fù)合材料的雙機(jī)器人協(xié)同激光超聲銑邊方法，其特征在于，所述步驟1具體為：

機(jī)器人激光切邊系統(tǒng)模塊的搭建：機(jī)器人激光切邊系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包含機(jī)器人系統(tǒng)、激光器系統(tǒng)、激光切割頭、機(jī)器人控制器，軟件部分包含離線編程系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)，機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械手臂作為運(yùn)動(dòng)載體，能夠帶動(dòng)激光切割頭對(duì)工件進(jìn)行加工，用戶能夠通過(guò)示教器手工示教或者離線軟件生成與產(chǎn)品相匹配的加工軌跡，機(jī)器人控制器控制機(jī)器手臂的運(yùn)動(dòng)；激光系統(tǒng)包括光纖激光器、隨動(dòng)器和比例閥，光纖激光器能夠產(chǎn)生各種波段的激光，作為切割用的光源，激光切割聚焦激光，隨動(dòng)器能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整激光切割頭與工件表面的距離，根據(jù)不同金屬材料，提供切割用的輔助氣體，比例閥用于調(diào)節(jié)氣體流量，機(jī)器人控制器能夠保存和修改運(yùn)動(dòng)軌跡和切割工藝，實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人位置與姿態(tài)及切割進(jìn)度，還具備工藝數(shù)據(jù)庫(kù)功能；通信傳輸系統(tǒng)用于接收機(jī)器人控制器給入的機(jī)器人啟動(dòng)、急停信號(hào)給機(jī)器人，同時(shí)接收控制器給出的激光器開(kāi)關(guān)、隨動(dòng)頭開(kāi)關(guān)、電子閥開(kāi)關(guān)等數(shù)字量信號(hào)，以及激光器功率、頻率、占空比、氣壓等模擬量信號(hào)，離線編程系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)虛擬的機(jī)器人控制、周期時(shí)間分析和機(jī)器人程序的生成；

機(jī)器人超聲加工系統(tǒng)模塊的搭建：超聲加工系統(tǒng)由超聲振動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)器人末端執(zhí)行器組成，超聲振動(dòng)系統(tǒng)由超聲發(fā)生器、電能傳輸模塊和超聲振動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成，首先超聲信號(hào)產(chǎn)生模塊能夠?qū)⒊曤娫刺峁┑?20V的電壓轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后再經(jīng)過(guò)換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率相同的振動(dòng)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)變幅桿的放大作用將振動(dòng)信號(hào)的振幅增大，并將放大后的振幅信號(hào)傳遞至銑刀上，從而使得銑刀產(chǎn)生一定頻率的軸向振動(dòng)，機(jī)器人主軸通過(guò)吸住刀柄，將超聲振動(dòng)系統(tǒng)固定在主軸上，使用支架將非接觸式電能傳輸端口固定在主軸上，使其與超聲換能器保持一定的距離，方便電信號(hào)在磁力線圈間傳輸，壓蓋用于將換能器壓緊，使超聲換能器和變幅桿固定在一起，超聲換能器用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成振動(dòng)信號(hào)，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，變幅桿用于放大超聲波振動(dòng)幅度和改變振動(dòng)方向，并將放大后的振動(dòng)信號(hào)傳給刀具，使其產(chǎn)生高頻的振動(dòng)，機(jī)器人超聲加工系統(tǒng)組裝完成后，接通末端執(zhí)行器裝置電源,接著對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試，將超聲換能器單獨(dú)連接到超聲電源上進(jìn)行匹配試驗(yàn)，使用萬(wàn)用表觀察諧振匹配頻率的變化，結(jié)果顯示工作頻率處于電源的工作頻率的范圍之內(nèi)，當(dāng)金屬薄片接觸換能器端面后，會(huì)產(chǎn)生金屬振動(dòng)的響聲，說(shuō)明超聲換能器的工作性能正常；

測(cè)量系統(tǒng)模塊：包括數(shù)字顯微鏡、測(cè)力儀，數(shù)字顯微鏡用來(lái)測(cè)量激光切邊后的碳纖維復(fù)合材料零件邊緣的最大熱損傷寬度與加工后碳纖維復(fù)合材料零件的表面質(zhì)量，測(cè)力儀用來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的銑削力檢測(cè)；

干涉碰撞檢測(cè)模塊：在TECNOMATIX模擬軟件上通過(guò)添加運(yùn)動(dòng)命令對(duì)雙機(jī)器人的加工末端路徑進(jìn)行模擬，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，用戶能夠直觀地了解到加工路徑規(guī)劃的合理性，并根據(jù)相應(yīng)的提示調(diào)整加工路徑點(diǎn)，從而避免雙機(jī)器人協(xié)同加工時(shí)發(fā)生干涉碰撞。