一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备和方法技术

本发明专利技术公开了一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备和方法，属于机器人自动加工技术领域。该装备包括包括工业机器人、力控测量模块、加工工具快换模块、加工工具和工作台。加工方法包括：叶轮叶片特征曲线提取、排序与离散化，中轴线生成与提取，盖盘线的生成与离散化、加工余量计算、叶轮叶片焊接坡口的标架设定与调整，切削工具坐标系标定，工件坐标系标定，加工轨迹自动生产、基于力控方式的在位测量，基于加工去除量在线控制的走刀余量确定。本发明专利技术可以实现叶轮焊接坡口的机器人自动加工去除，相比于五轴数控加工机床，本发明专利技术提出的装备和方法成本低，适应性好，具有非常强的灵活性，较好地解决了叶轮焊接坡口的自适应加工问题。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备和方法
本专利技术涉及机器人自动加工
，具体涉及一种机器人自动加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备和方法。
技术介绍
离心压缩机作为一种工业装备现已广泛应用于石油石化、天然气输送、金属冶炼等与国民经济息息相关的重要领域。作为离心压缩机核心部件的三元叶轮，其加工质量直接影响离心压缩机的性能和效率，所以三元叶轮被形象地称作离心压缩机的“心脏”，如何能够在短周期内制造出精度更高且制造成本更低的三元叶轮是亟待工程技术人员研究和解决的一道难题。自由曲面的叶轮叶片大多采用点接触铣削加工，五轴加工中心主要进行叶片自由曲面型面和流道型面的加工。而对于叶片轮缘面焊接坡口的加工去除，采用此种方法加工成本又太高，所以现在对于整体叶轮叶片的焊接坡口的加工主要依靠人工打磨去除，由人工手持电磨机进行打磨。采用去除—测量—再去除—再测量的试凑加工方式，加工质量高度依赖于操作工人的经验，不仅难以保证焊接坡口加工精度和质量，加工一致性难以控制外，加工过程产生的噪声、粉尘等恶劣环境对工人的身体健康也有着极大地危害。机器人加工系统可以实现复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备，其特征在于：该装备包括工业机器人、力控测量模块、加工工具快换模块、加工工具和工作台；其中：/n工业机器人：将根据叶轮模型生产的加工轨迹输入机器人控制器，控制机器人的运动轨迹，带动安装在机器人末端的加工工具，进行叶片焊接坡口的加工去除；/n力控测量模块：包括六维力/力矩传感器，所述力控测量模块安装在机器人末端法兰上，用于加工过程中在线实时测量加工接触力的大小，为力-位控制方式提供测量数据；/n加工工具快换模块：包括快换头，所述快换头安装在六维力/力矩传感器的连接法兰上；/n加工工具：包括相连接的直磨机和圆柱旋转锉刀，直磨机通过夹具与加工工具快换模块连...

【技术特征摘要】
1.一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备，其特征在于：该装备包括工业机器人、力控测量模块、加工工具快换模块、加工工具和工作台；其中：
工业机器人：将根据叶轮模型生产的加工轨迹输入机器人控制器，控制机器人的运动轨迹，带动安装在机器人末端的加工工具，进行叶片焊接坡口的加工去除；
力控测量模块：包括六维力/力矩传感器，所述力控测量模块安装在机器人末端法兰上，用于加工过程中在线实时测量加工接触力的大小，为力-位控制方式提供测量数据；
加工工具快换模块：包括快换头，所述快换头安装在六维力/力矩传感器的连接法兰上；
加工工具：包括相连接的直磨机和圆柱旋转锉刀，直磨机通过夹具与加工工具快换模块连接安装，加工时直磨机带动旋转锉刀旋转；
工作台：用于叶轮工件的安装，并具有实现加工时叶轮工件沿Z轴和X轴的旋转功能。


2.根据权利要求1所述的机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备，其特征在于：该装备还包括上位机，用于完成叶轮模型的处理，包括轮缘线、中轴线、盖盘线的提取与离散化，加工轨迹的生成，加工接触力的提取处理，加工轨迹的补偿修正控制等。


3.根据权利要求1所述的机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备，其特征在于：该装备还包括加工工具库，用于加工工具的存放，可以根据加工所需刀具类型等进行数量设定，所述加工工具库放于固定位置，为机器人加工提供不同的加工工具。


4.一种利用权利要求1所述装备进行的机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的方法，其特征在于：该方法包括依次进行的叶轮叶片特征曲线提取、排序与离散化过程，中轴线的生成与提取过程，盖盘线的生成与离散化过程以及加工余量的计算，叶轮叶片焊接坡口的标架设定与调整，切削工具的重力平衡，切削工具坐标系标定，工件坐标系标定过程，加工轨迹自动生产过程，控制旋转锉刀与加工点的紧密贴合走刀，基于力控方式的在位测量过程，采用加工轨迹误差补偿方法，以及基于加工去除量在线控制的走刀余量确定过程，该方法具体包括如下步骤：
(1)叶轮叶片特征曲线提取、排序与离散化过程：
根据叶轮三维模型提取叶片轮缘面、压力面轮缘线、吸力面轮缘线，如果轮缘曲线多于一条，则需要对各加工曲线按照首尾相接的顺序进行排序，对选定曲线根据加工距离与精度要求进行离散化处理；
(2)中轴线的生成与提取过程：
提取轮缘面的中轴线：首先将轮缘面进行离散化，离散化方法是将叶片轮缘面离散成三角网格曲面，依次取压力面轮缘线离散点和与之对应的吸力面轮缘线离散点，对于对应的两个离散点对，分别求这两个点所在的三角网格三角形索引以及在该三角形中的重心坐标系值；将获得的三角形索引及重心坐标系值作为输入，应用三角网格离散测地线求解算法，求这两个点之间的三角网格离散测地线；对于压力面和吸力面轮缘线的所有离散点对，执行以下操作：对每个离散点对获得的离散测地线，求其中点位置，则此点坐标为对于轮缘线点对在轮缘面的中轴点；将所有点对的离散测地线中点进行曲线拟合，即获得叶片轮缘面的中轴线；
(3)盖盘线的生成与离散化过程以及加工余量的计算：
根据压力面轮缘线和吸力面轮缘线相对离散点对得到对应点的中轴点，计算离散点和中轴线在轮缘面内的距离为H，设轮缘面加工去除焊接坡口之后面剩余宽度为D，则以中轴线离散点为中心，在轮缘面内沿相对应的轮缘线离散点各偏置距离为D/2，此两个对应点就是压力面和吸力面的盖盘线上的点，则此点到对应轮缘线上相应点的距离就是加工余量，其值为H-D/2；采用相同方法依次以中轴线上各点为中心，形成轮缘面上两条盖盘线的对应点；将各点进行连接则形成盖盘线，盖盘线与轮缘线之间的距离就是总加工余量的大小，盖盘线和轮缘线之间的加工余量不是相同的，随着加工位置点的变化而变化，即H-D/2是变值；
(4)叶轮叶片焊接坡口的标架设定与调整：
根据离散点在轮缘面法向评估方向计算各离散点的局部标架：离散点法向矢量作为离散点局部标架的Z轴方向；根据离散点在轮缘线上的切向评估方法，计算各离散点的切向矢量，该切向矢量方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李论，田凤杰，赵吉宾，于彦凤，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21