一种基于机器人的异形石材曲面的规划抛光方法技术

本发明专利技术公开了一种基于机器人的异形石材曲面抛光轨迹规划方法，通过建立全贴合式抛光模型，既实现了异形石材曲面抛光区域的全覆盖，又提升了抛光的效率。通过对异形石材进行分区域抛光轨迹规划，可以很好的保证每一区域抛光质量的均匀性，对提升异形石材整体质量有很大帮助；由机械手实现自动化抛光，取代传统人工抛光，将工人与加工环境隔离，可减少抛光加工中噪声和粉尘对人的伤害；自动化抛光也让各个抛光件抛光质量同一，加工效率高，成本低。

A robot based planning and polishing method for irregular stone surface

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器人的异形石材曲面的规划抛光方法
本专利技术属于石材抛光
，具体涉及一种基于机器人的异形石材曲面抛光轨迹规划方法。
技术介绍
石材制品往往给人一种回归自然的质感，要想体现石材的质感，最后一步的抛光加工尤为重要。对于平面石材制品，现在有比较成熟的加工工艺，而对于异形石材，比如常见的人或动物等雕刻品，罗马柱、栏杆柱等回转制品，弧形板、拱门等大型曲面建筑用品，基本靠抛光工人手工打磨抛光。手工抛光成品率低、效率低、劳动强度大，对于同一件模型，每个工人抛光效果不一，刚入职的工人需要经过长时间训练才能达到熟练的抛光手艺。又由于抛光环境恶劣，会产生大量粉尘，抛光工具转速快，容易对抛光工人的身体健康造成伤害。所以，对异形石材进行自动化抛光显得尤为重要。机器人技术是21世纪非常重要的技术之一，工业机器人是机器人的一个重要分支，其重复精度好，可用于一些重复操作的工作任务，功能强大，可以完成多种工作任务。将机器人应用在异形石材的抛光加工上，可以保证抛光件抛光质量均匀、加工效率高、成本低。对于抛光工人来说，将机器人加工环境与工人工作环境隔离，可以保证工人的身心健康，营造一个良好的工作氛围。但现有技术的机器人抛光系统大多针对合金等进行加工，诸如大连理工大学基于五轴加工中心用来加工钛合金，东京理工大学、西班牙马德里大学、加拿大瑞森大学和德国多特蒙德大学专利技术的研抛机器人，都是针对磨具进行加工；沈阳理工大学专利技术的研抛机器人，对飞机驾驶舱透明件进行抛光加工。现有技术针对的加工件材料较为均质，形状较为简单，所规划轨迹比较单一。由于异形石材表面形状多变，对其进行抛光时，既想获得很好的抛光效果，又想使抛光过程高效，用现有技术中的机器人抛光系统很难实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于机器人的异形石材曲面抛光轨迹规划方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于机器人的异形石材曲面抛光轨迹规划方法，包括如下步骤：(1)选制合适软硬程度的柔性抛光盘，该柔性抛光盘的柔性基体的邵氏硬度为30-50HSA，直径为10-100mm且厚度为5-30mm，呈圆柱状，该柔性抛光盘的表面通过半固结方式结合有抛光磨料；(2)制备一抛光工件，该抛光工件包括一基座和一待抛光面，该基座为立方体状，待抛光面设于其上顶面，该待抛光面为一圆锥体的部分侧壁，该圆锥体的顶角为30°-60°，母线的长度为200-300mm，底面圆的半径为100-200mm，该部分侧壁所在的圆锥体的最上侧母线平行于基座的上顶面，且该最上侧母线与基座的上顶面的距离为10-50mm；(3)用步骤(1)的柔性抛光盘沿所述最上侧母线的方向对所述待抛光面进行抛光，该柔性抛光盘的转速为3000-5000rpm，进给速度为1200-3600mm/min，压缩量为0.8-1.2mm；(4)对步骤(3)所得的已抛光的区域进行测量，拟合出曲率与贴合弦长关系式，从而得到柔性抛光盘对待抛光面上的不同曲率的曲面的贴合程度大小，该贴合弦长为步骤(3)中的已抛光的区域的圆弧所对应的弦长；(5)根据待抛光的异形石材曲面的表面特点对其进行分区；(6)将步骤(5)所分的每一区域的最大曲率带入步骤(4)所得的曲率与贴合弦长关系式，得到该区域的贴合弦长；(7)根据每一区域的贴合弦长确定轨迹间距，利用CAM软件编写抛光轨迹，并用机器人夹持所述柔性抛光盘对异形石材曲面进行抛光加工。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(4)中的曲率与贴合弦长的数据采集方法为：沿着所述最上侧母线的方向，每隔5-20mm，测量此处垂直该最上侧母线的方向的曲率圆的曲率，测量此处已抛光的圆弧所对应的弦长，该弦长即为贴合弦长。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述步骤(6)中的最大曲率是指将其所在区域的曲面导入三维建模软件中，生成曲率云图，在该曲率云图的最大曲率处取9-11个点，求得平均值即为该最大曲率。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过建立全贴合式抛光模型，既实现了异形石材曲面抛光区域的全覆盖，又提升了抛光的效率。通过对异形石材进行分区域抛光轨迹规划，可以很好的保证每一区域抛光质量的均匀性，对提升异形石材整体质量有很大帮助；由机械手实现自动化抛光，取代传统人工抛光，将工人与加工环境隔离，可减少抛光加工中噪声和粉尘对人的伤害；自动化抛光也让各个抛光件抛光质量同一，加工效率高，成本低。附图说明图1为本专利技术实施例1和2中所用的柔性抛光盘的结构示意图。图2为本专利技术实施例1和2中建立全贴式抛光模型时所用抛光工件。图3为本专利技术实施例1和2中建立全贴式抛光模型时数据采集方法图。图4为本专利技术实施例1和2中贴合弦长与曲率关系图。图5为本专利技术实施例1中的异型石材曲面的抛光轨迹规划图。图6为本专利技术实施例2中的异型石材曲面的分区图。图7为本专利技术实施例2中的异型石材曲面的抛光轨迹规划图。图8为本专利技术实施例2中的实际抛光加工图。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例1(1)选择合适软硬程度的柔性抛光盘，如图1所示，该柔性抛光盘的柔性基体的邵氏硬度为45HSA，直径为100mm且厚度为20mm，呈圆柱状，柔性抛光盘的表面通过凝胶用半固结的方式结合有W40粒度的金刚石磨料；(2)制备一如图2所示的抛光工件，该抛光工件包括一基座和一待抛光面，该基座为立方体状，待抛光面设于其上顶面，该待抛光面为一圆锥体的部分侧壁，该圆锥体的顶角为50°，母线的长度为223mm，底面圆的半径为100mm，该部分侧壁所在的圆锥体的最上侧母线平行于基座的上顶面，且该最上侧母线与基座的上顶面的距离为30mm；(3)将步骤(1)的柔性抛光盘装在机械手上，沿所述最上侧母线的方向对所述待抛光面进行抛光，该柔性抛光盘的转速为4000rpm，进给速度为2400mm/min，压缩量为1mm；(4)如图3所示，对步骤(3)所得的已抛光的区域进行测量，拟合出曲率与贴合弦长关系式，从而得到柔性抛光盘对待抛光面上的不同曲率的曲面的贴合程度大小，该贴合弦长为步骤(3)中的已抛光的圆弧所对应的弦长；具体为：对上述已抛光的区域在三维模型上进行标识，沿着最上侧母线方向每隔10mm测量垂直该最上侧母线方向已抛光的区域的圆弧对应的弦长，即得贴合弦长L，此处曲率圆半径为R，曲率C＝1/R。如图4所示，将采集到的数据进行拟合，得到贴合弦长与曲率的关系式：L＝0.17×C-1(5)根据如图5所示的待抛光的异形石材曲面的表面特点对其进行分区，其顶部圆弧为待抛光区域：首先测量其顶部的弧面曲率为0.01，由于该异型石材曲面的各处曲率均匀，将曲率0.01代入上述贴合弦长与曲率的关系式，得到贴合弦长L＝0.17×0.01-1＝17mm，取轨迹间距为17mm，再利用CAM软件对轨迹进行编写，得到如图5所示的机器人自动化抛光轨迹。实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器人的异形石材曲面抛光轨迹规划方法，其特征在于：包括如下步骤：/n(1)选制合适软硬程度的柔性抛光盘，该柔性抛光盘的柔性基体的邵氏硬度为30-50HSA，直径为10-100mm且厚度为5-30mm，呈圆柱状，该柔性抛光盘的表面通过半固结方式结合有抛光磨料；/n(2)制备一抛光工件，该抛光工件包括一基座和一待抛光面，该基座为立方体状，待抛光面设于其上顶面，该待抛光面为一圆锥体的部分侧壁，该圆锥体的顶角为30°-60°，母线的长度为200-300mm，底面圆的半径为100-200mm，该部分侧壁所在的圆锥体的最上侧母线平行于基座的上顶面，且该最上侧母线与基座的上顶面的距离为10-50mm；/n(3)用步骤(1)的柔性抛光盘沿所述最上侧母线的方向对所述待抛光面进行抛光，该柔性抛光盘的转速为3000-5000rpm，进给速度为1200-3600mm/min，压缩量为0.8-1.2mm；/n(4)对步骤(3)所得的已抛光的区域进行测量，拟合出曲率与贴合弦长关系式，从而得到柔性抛光盘对待抛光面上的不同曲率的曲面的贴合程度大小，该贴合弦长为步骤(3)中的已抛光的区域的圆弧所对应的弦长；/n(5)根据待抛光的异形石材曲面的表面特点对其进行分区；/n(6)将步骤(5)所分的每一区域的最大曲率带入步骤(4)所得的曲率与贴合弦长关系式，得到该区域的贴合弦长；/n(7)根据每一区域的贴合弦长确定轨迹间距，利用CAM软件编写抛光轨迹，并用机器人夹持所述柔性抛光盘对异形石材曲面进行抛光加工。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于机器人的异形石材曲面抛光轨迹规划方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)选制合适软硬程度的柔性抛光盘，该柔性抛光盘的柔性基体的邵氏硬度为30-50HSA，直径为10-100mm且厚度为5-30mm，呈圆柱状，该柔性抛光盘的表面通过半固结方式结合有抛光磨料；
(2)制备一抛光工件，该抛光工件包括一基座和一待抛光面，该基座为立方体状，待抛光面设于其上顶面，该待抛光面为一圆锥体的部分侧壁，该圆锥体的顶角为30°-60°，母线的长度为200-300mm，底面圆的半径为100-200mm，该部分侧壁所在的圆锥体的最上侧母线平行于基座的上顶面，且该最上侧母线与基座的上顶面的距离为10-50mm；
(3)用步骤(1)的柔性抛光盘沿所述最上侧母线的方向对所述待抛光面进行抛光，该柔性抛光盘的转速为3000-5000rpm，进给速度为1200-3600mm/min，压缩量为0.8-1.2mm；
(4)对步骤(3)所得的已抛光的区域进行测量，拟合出曲率与贴合弦长关系式，从而得到柔性抛光盘对待抛光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆静，申云，杨磊，黄身桂，崔长彩，徐西鹏，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35