用于双五轴镜像铣设备的防碰撞系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于双五轴镜像铣设备的防碰撞系统和方法，借助非接触式的水浸式超声波探头，在设定长度内自动获取测量法向量，实时测量得到在线厚度；通过超声厚度仪采集在线厚度，将在线厚度进行预处理并存储；基于在线厚度，执行测量程序，得到程序运行结果，根据程序运行结果计算补偿数据，根据补偿数据对机床参数进行调整，生成控制指令控制运动机构；根据控制指令实现双五轴镜像铣设备的顶撑头随双五轴镜像铣设备的切削铣头同步运动。本发明专利技术易于实现，且灵活性高，能够适应于复杂加工的环境。通过算出预估厚度，当预估厚度小于设定值时，系统提示由碰撞风险，报警并法向回退，高效保障碰撞检测的可靠性。

Anti collision system and method for double five axis mirror milling equipment

The invention provides an anti-collision system and method for the double five axis mirror milling equipment. With the help of the non-contact water immersion ultrasonic probe, the measurement normal vector is automatically obtained within the set length, and the online thickness is measured in real time; the online thickness is collected by the ultrasonic thickness meter, and the online thickness is preprocessed and stored; based on the online thickness, the measurement program is executed, and the process is obtained According to the results of sequence operation, calculate the compensation data according to the program operation results, adjust the machine parameters according to the compensation data, generate the control command to control the motion mechanism; according to the control command, realize the top support head of the double five axis mirror milling equipment to move in the same step with the cutting milling head of the double five axis mirror milling equipment. The invention is easy to realize and has high flexibility, and can be adapted to a complex processing environment. By calculating the estimated thickness, when the estimated thickness is less than the set value, the system will prompt the collision risk, alarm and normal back, and effectively guarantee the reliability of collision detection.

【技术实现步骤摘要】
用于双五轴镜像铣设备的防碰撞系统和方法
本专利技术涉及自动控制
，具体地，涉及一种用于双五轴镜像铣设备的防碰撞系统和方法。
技术介绍
在航空航天领域中，蒙皮的加工方式采用传统的化铣加工，存在壁厚精度难以保证、高消耗、高污染的问题，采用先铣后弯的加工形式，又存在应力集中和滚弯质量缺陷问题。因此，急需发展蒙皮的高效、精确、绿色制造技术。双五轴镜像铣设备是实现蒙皮等薄壁工件高效率、高精度加工的有效工具。在五轴数控加工技术中，由于旋转轴的存在使得机床各部件和夹具等容易发生碰撞。双五轴镜像铣设备在五轴基础上又多了支撑侧五轴，支撑侧含有测厚装置和阻尼气缸等部件，这样使得支撑侧与铣削侧之间的位置关系更复杂，产生碰撞的情况更可能发生。目前，大部分防碰撞系统一般采用简单并且体积较大的模型来包围原先几何体，通过对原先几何体形状的简化来实现碰撞检测。但这样的方法通常比较复杂，且包围体的紧密性比较差。因此，对于碰撞检测精度要求高的机床方面，上述防碰撞系统会造成控制难度的提高。与本申请相关的现有技术是专利文献CN103728917A，公开了一种数控加工与测量设备的防碰撞方法：将数控设备的现实空间虚拟成可数字化操作的图像空间，实现防碰撞，具体为：将实体空间中包括数控设备及其刀具或测头模型、待测或待加工工件模型、夹具模型、相关环境模型数字化到虚拟空间，使实体空间与虚拟空间有完全一一对应关系；在实体空间中将要发生的任何运动或者运动企图，都首先经过虚拟空间的防碰撞算法计算后，才发出执行实体空间运动的控制指令，那些有碰撞危险的运动或者运动企图都被防碰撞算法过滤掉，避免发出有碰撞危险的指令。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于双五轴镜像铣设备的防碰撞系统和方法。根据本专利技术提供的一种用于双五轴镜像铣设备的防碰撞系统，包括：厚度测量模块：借助非接触式的水浸式超声波探头，在设定长度内自动获取测量法向量，实时测量得到在线厚度；数据采集模块：通过超声厚度仪采集在线厚度，将在线厚度进行预处理并存储；数控模块：基于在线厚度，执行测量程序，得到程序运行结果，根据程序运行结果计算补偿数据，根据补偿数据对机床参数进行调整，生成控制指令控制运动机构；运动机构模块：根据控制指令实现双五轴镜像铣设备的顶撑头随双五轴镜像铣设备的切削铣头同步运动。优选地，所述测量程序是基于西门子数控系统进行编程。根据本专利技术提供的一种用于双五轴镜像铣设备的防碰撞方法，包括：厚度测量步骤：借助非接触式的水浸式超声波探头，在设定长度内自动获取测量法向量，实时测量得到在线厚度；数据采集步骤：通过超声厚度仪采集在线厚度，将在线厚度进行预处理并存储；数控步骤：基于在线厚度，执行测量程序，得到程序运行结果，根据程序运行结果计算补偿数据，根据补偿数据对机床参数进行调整，生成控制指令控制运动机构；运动机构步骤：根据控制指令实现双五轴镜像铣设备的顶撑头随双五轴镜像铣设备的切削铣头同步运动。优选地，所述的用于双五轴镜像铣设备的防碰撞方法，还包括厚度预估计步骤，在工件坐标系下，计算双五轴镜像铣设备的刀具侧的刀尖点与双五轴镜像铣设备的支撑侧的支撑点之间的距离关系，并结合剩余壁厚估计，预估刀具侧与支撑侧的碰撞距离。优选地，所述厚度预估计步骤包括：步骤1：提取数控系统中机床绝对坐标系下的坐标，以及机床G54坐标系下的坐标偏移量，算出G54坐标系下的实际机床坐标；步骤2：根据刀具侧的刀尖点跟随数据计算得到的各轴局部坐标系之间的位置关系，算出刀尖点在工件坐标系下的坐标；步骤3：根据支撑侧的支撑点跟随数据计算得到的各轴局部坐标系之间的位置关系，算出支撑点在工件坐标系下的坐标；步骤4：将刀尖点与支撑点之间的距离修正为刀尖点与支撑点的连线沿刀轴方向的投影距离；步骤5：通过剩余壁厚估计，判断刀具侧与支撑侧的碰撞距离。优选地，所述各轴局部坐标系是指机床绝对坐标系下X轴、Y轴、Z轴、A轴和B轴。优选地，所述步骤2包括：步骤2.1：根据刀尖点跟随数据计算得到A1轴局部坐标系相对于C1轴局部坐标系的位置(Lcax1,Lcay1,Lcaz1)；步骤2.2：根据刀尖点跟随数据计算得到主轴端面中心点局部坐标系相对于A1轴局部坐标系的位置(Latx1,Laty1,Latz1)；步骤2.3：主轴端面中心点(x10,y10,z10)在工件坐标系下的坐标为：步骤2.4：刀尖点(x1,y1,z1)在工件坐标系下的坐标可以表示为：其中，Lt表示在数控系统中设定的刀具长度，X1、Y1、Z1、C1、A1分别表示当前机床刀具侧各轴在G54坐标系下的机床坐标，A、C分别表示当前刀具侧A轴和C轴的角度。优选地，所述步骤3包括：步骤3.1：根据计算得到A2轴局部坐标系相对于B2轴局部坐标系的位置(Lbax2,Lbay2,Lbaz2)；步骤3.2：根据计算得到支撑点局部坐标系相对于A2轴局部坐标系的位置(Latx2,Laty2,Latz2)；步骤3.3：支撑点在工件坐标系下的坐标为：其中，X2、Y2、Z2、A2、B2分别表示当前机床支撑侧各轴在G54坐标系下的机床坐标。优选地，所述步骤4包括：步骤4.1：将刀尖点与支撑点的连线表示为：步骤4.2：刀轴方向表示为：步骤4.3：刀尖点与支撑点之间的距离记为刀尖点与支撑点的连线沿刀轴方向的投影距离d表示为：其中，刀尖点坐标表示为(x1,y1,z1)，支撑点坐标表示为(x2,y2,z2)，i1,j1,k1分别表示刀轴在x、y和z轴方向的分量，A1表示为刀具侧旋转轴A轴的角度，C1表示为刀具侧旋转轴C轴的角度。优选地，所述剩余壁厚PT估计为：PT＝d+(Lt-Lt0)+ΔW1+ΔW2+(L-L0)+δ其中，d为刀尖点与支撑点的连线沿刀轴方向的投影距离；设定刀具长度和刀具的实际长度Lt、Lt0；设定W1轴和W2轴的补偿量ΔW1、ΔW2；设定电涡流参考距离L0；设定预估厚度修正量δ；计算多个电涡流的距离平均值L。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术易于实现，且灵活性高，能够适应于复杂加工的环境。2、本专利技术通过算出预估厚度，当预估厚度小于设定值时，系统提示由碰撞风险，报警并法向回退，高效保障碰撞检测的可靠性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术的系统框架示意图；图2为双五轴镜像铣设备的结构组合示意图。图3为刀尖点与支撑点在不同轴下的示意图。图2中示出：1、厚度测量装置，2、数据采集软件，3、数控系统，4运动机构。图3中示出：d为刀尖点与支撑点连线d0沿刀轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于双五轴镜像铣设备的防碰撞系统，其特征在于，包括：/n厚度测量模块：借助非接触式的水浸式超声波探头，在设定长度内自动获取测量法向量，实时测量得到在线厚度；/n数据采集模块：通过超声厚度仪采集在线厚度，将在线厚度进行预处理并存储；/n数控模块：基于在线厚度，执行测量程序，得到程序运行结果，根据程序运行结果计算补偿数据，根据补偿数据对机床参数进行调整，生成控制指令控制运动机构；/n运动机构模块：根据控制指令实现双五轴镜像铣设备的顶撑头随双五轴镜像铣设备的切削铣头同步运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于双五轴镜像铣设备的防碰撞系统，其特征在于，包括：
厚度测量模块：借助非接触式的水浸式超声波探头，在设定长度内自动获取测量法向量，实时测量得到在线厚度；
数据采集模块：通过超声厚度仪采集在线厚度，将在线厚度进行预处理并存储；
数控模块：基于在线厚度，执行测量程序，得到程序运行结果，根据程序运行结果计算补偿数据，根据补偿数据对机床参数进行调整，生成控制指令控制运动机构；
运动机构模块：根据控制指令实现双五轴镜像铣设备的顶撑头随双五轴镜像铣设备的切削铣头同步运动。


2.根据权利要求1所述的用于双五轴镜像铣设备的防碰撞系统，其特征在于，所述测量程序是基于西门子数控系统进行编程。


3.一种用于双五轴镜像铣设备的防碰撞方法，其特征在于，包括：
厚度测量步骤：借助非接触式的水浸式超声波探头，在设定长度内自动获取测量法向量，实时测量得到在线厚度；
数据采集步骤：通过超声厚度仪采集在线厚度，将在线厚度进行预处理并存储；
数控步骤：基于在线厚度，执行测量程序，得到程序运行结果，根据程序运行结果计算补偿数据，根据补偿数据对机床参数进行调整，生成控制指令控制运动机构；
运动机构步骤：根据控制指令实现双五轴镜像铣设备的顶撑头随双五轴镜像铣设备的切削铣头同步运动。


4.根据权利要求3所述的用于双五轴镜像铣设备的防碰撞方法，其特征在于，还包括厚度预估计步骤，在工件坐标系下，计算双五轴镜像铣设备的刀具侧的刀尖点与双五轴镜像铣设备的支撑侧的支撑点之间的距离关系，并结合剩余壁厚估计，预估刀具侧与支撑侧的碰撞距离。


5.根据权利要求4所述的用于双五轴镜像铣设备的防碰撞方法，其特征在于，厚度预估计步骤包括：
步骤1：提取数控系统中机床绝对坐标系下的坐标，以及机床G54坐标系下的坐标偏移量，算出G54坐标系下的实际机床坐标；
步骤2：根据刀具侧的刀尖点跟随数据计算得到的各轴局部坐标系之间的位置关系，算出刀尖点在工件坐标系下的坐标；
步骤3：根据支撑侧的支撑点跟随数据计算得到的各轴局部坐标系之间的位置关系，算出支撑点在工件坐标系下的坐标；
步骤4：将刀尖点与支撑点之间的距离修正为刀尖点与支撑点的连线沿刀轴方向的投影距离；
步骤5：通过剩余壁厚估计，判断刀具侧与支撑侧的碰撞距离。


6.根据权利要求5所述的用于双五轴镜像铣设备的防碰撞方法，其特征在于，所述各轴局部坐标系是指机床绝对坐标系下X轴、Y轴、Z轴、A轴和B轴。


7.根据权利要求5所述的用于双五...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕庆贞，王宇晗，
申请(专利权)人：上海拓璞数控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31