控制机床中的接触力制造技术

提供用于响应于不受单轴力受控致动器控制的动态工艺变量，如相对于工件的工具取向、工件的曲率、研磨介质的磨损和其他动态工艺变量，控制单轴力受控工具中的接触力的技术。一种控制系统包括：传感器，其用于确定所述工具和所述工件之间沿着单一依从轴的接触力；以及一个或多个附加工艺参数，如由工件的取向和表面曲率导致的工具上的倾覆力矩、围绕所述工具的旋转轴的扭矩等。控制电路使用这些附加参数的测量结果来确定所述工具与所述工件之间的接触力。

【技术实现步骤摘要】
控制机床中的接触力相关申请的交叉引用本申请要求于2020年2月28日提交的标题为“ControllingContactForceinaMachineTool”的美国专利申请No.16/804,870的优先权，该申请的公开内容通过引用整体并入本文。
本公开总体上涉及材料去除和表面抛光工艺，并且更具体地，涉及对自动表面抛光和材料去除工具的力控制。
技术介绍
许多制成零件需要表面抛光，例如研磨、砂磨和磨光，以提供光滑的表面。这些接触任务是劳动密集型的，但可以通过机床自动进行。许多制造商提供了可以安装在机械臂或操纵器上的机床，以对制成零件的表面进行研磨、砂磨或磨光。通常，通过致动器将机床安装到操纵器，该致动器使机床沿着单个轴运动，并且使用某种形式的反馈控制来保持工件和工具之间的接触力恒定。机床产生的结果可以根据所施加的接触压力而变化，即使当接触力保持恒定时，结果也可能动态变化。例如，在平坦表面的情况下砂磨垫不平行于工件的表面时，或者在曲线表面的情况下砂磨垫不平行于工件表面的切线时，砂磨工具与工件之间的接触区域的面积减小。接触区域的面积也可以由于可能变化的表面曲率而减小。当接触区域的面积减小时，如果接触力保持恒定，则接触压力将增加。在这种情况下，相同的力施加在较小的面积上，因此接触压力在接触区域上增加。此外，在材料去除过程中使用的研磨介质会随着时间而磨损。随着研磨介质的磨损，摩擦减小，因此需要更多的力才能执行相同的材料去除。因此，随着研磨介质的磨损，可能需要更大的接触力。手动执行材料去除工艺的技术工人可以补偿影响砂磨工艺的动态因素。当前，尚无办法为单轴受力受控的工具提供类似的控制，以补偿材料去除工艺中的动态变量。
技术实现思路
本公开提供了用于响应于不受单轴力受控致动器控制的动态工艺变量，如相对于工件的工具取向、工件的曲率、研磨介质的磨损和其他动态工艺变量，控制单轴力受控工具中的接触力的技术。一种控制系统包括：传感器，其用于确定所述工具和所述工件之间沿着单一依从轴的接触力；以及一个或多个附加工艺参数，如由于工件的取向和表面曲率而导致的工具上的倾覆力矩、围绕所述工具的旋转轴的扭矩、马达电流等。控制电路使用这些附加参数的测量结果来控制所述工具与所述工件之间的接触力。附图说明图1示出安装于机械臂的用于执行接触任务的机床。图2A和图2B示出设置在机床和操纵器之间的致动器，该致动器用于控制机床和工件之间的接触力。图3是致动器的分解立体图。图4示出设置在工具和致动器之间的力/扭矩传感器。图5示出用于控制致动器的控制电路。图6示出砂磨工具以一角度接触平坦表面工件的情形。图7示出控制电路，其中响应于由于工具取向引起的倾覆力矩来调节接触力，以补偿工具与工件之间接触面积的减小。图8A和图8B示出砂磨工具以一角度接触曲面工件的情形。图9示出控制电路，其中响应于由于工具取向和表面曲率引起的倾覆力矩来调节接触力，以补偿工具与工件之间接触面积的减小。图10示出控制电路，其中响应于围绕工具的旋转轴的扭矩来调节接触力，以补偿研磨介质的磨损。图11示出用于沿着单一依从轴控制工具与工件之间的接触力的示例性方法。具体实施方式现在参考附图，将在材料去除设备10的背景下描述根据本公开的力控制原理。本领域技术人员将理解，本文描述的技术不限于用于材料去除工艺，而是更普遍地适用于任何具有单一依从轴的力受控接触任务。材料去除设备10通常包括由操纵器30支撑的工具20(例如，砂光机)，用于对工件12进行砂磨。工具20包括电动或气动马达22和砂磨垫24。工具20可以包括旋转式砂光机或轨道式砂光机。操纵器30包括提供6个自由度(DOF)的机械臂32。操纵器30的功能是在砂磨工件12时将工具20定位在操作位置。安装在机械臂32的末端执行器板34和工具20之间的致动器40控制工具20和工件12之间沿着单一依从轴的接触力。控制系统100(图5)控制接触力的量，如下所述。图2A、图2B和图3示出致动器40的示例性实施方式。致动器40包括壳体42，壳体42包含致动器组件80，致动器组件80提供用于使工具20沿着单一依从轴移动的原动力。壳体42包括基部44和顶板46。基部44包括容纳致动器组件80的腔86。顶板46通过螺栓(未示出)牢固地紧固到基部44，并且包括开口48。安装适配器板(MAP)50可滑动地安装于壳体42的顶板46。一对线性导轨52紧固于顶板46的顶表面。MAP50安装于滑架54，滑架54沿着线性导轨52滑动。图4中所示的6轴力/扭矩传感器60设置在MAP50和工具适配器板(TAP)70之间。力/扭矩传感器60包括通过三个短梁66连接到外环64的中心毂62。中心毂62通过螺栓(未示出)牢固地紧固于TAP70，而外环64通过螺栓(未示出)牢固地紧固于MAP50。传感器60包括：六个应变仪68，其中三个安装于相应梁66的顶表面，三个安装于相应梁66的垂直表面之一。在图4中可见这六个应变仪68中的四个。当力在TAP70和MAP50之间传输时，应变仪68测量梁66的变形。TAP70提供用于将工具20安装于操纵器30的平台。在所示的实施方式中，TAP70包括大体上平坦的板，该板通过螺栓(未示出)牢固地紧固到力/扭矩传感器60的毂62。机床20安装到力/扭矩传感器60的TAP70。MAP50、传感器60和TAP70共同提供操纵器30和工具20之间的接口，具有集成传感器60。在图1中所示的示例中，致动器40被安装到末端执行器板34，并且被取向为沿着依从轴(例如，垂直轴)线性地移动工具20。致动器组件80设置在壳体42内，并且使工具20沿着依从轴(例如，垂直轴)线性地移动，以控制由工具20施加到工件12的力的量。致动器组件80包括气缸82、连接块84和测力传感器88。气缸82通过测力传感器88固定到基部44的内壁。连接块84安装到气缸82的柄。连接块84穿过壳体42的顶板46中的开口48并连接至MAP50。气缸82的致动使MAP50沿着线性导轨前后移动。因此，工具20的运动被约束为沿着单一依从轴。开口48的尺寸为连接块84的运动提供间隙。在所示的实施方式中，致动器40由机械臂32支撑，并且力传感器60布置在致动器40和工具20之间。本领域技术人员将理解，替代的力感测布置也是可能的。例如，力传感器60可以位于致动器40和机械臂32上的末端执行器板34之间。在另一个示例中，力传感器60可以布置在致动器40和工件12之间。因此，本文对力感测装置的描述意图仅是说明性的，以帮助理解本公开，而不意图进行限制。在操作过程中，控制电路100控制气缸82沿着工具20和工件12之间的单一依从轴保持恒定的力。在图5中示出了控制电路100的一般实施方式。控制电路100包括处理电路102，该处理电路102包括内环路控制过程104和外环路控制过程106。第一传感器或第一组传感器110向处理电路102提供反馈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制接触任务的方法，所述方法包括：/n测量工具与工件之间沿着一个依从轴的接触力；/n测量除了所述接触力之外的至少一个动态工艺变量；和/n基于所述至少一个动态工艺变量来控制沿着所述依从轴的所述接触力。/n

【技术特征摘要】
20200228 US 16/8048701.一种控制接触任务的方法，所述方法包括：
测量工具与工件之间沿着一个依从轴的接触力；
测量除了所述接触力之外的至少一个动态工艺变量；和
基于所述至少一个动态工艺变量来控制沿着所述依从轴的所述接触力。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述工件与所述工具之间的接触力包括利用下列之一测量所述接触力：所述工具上的测力传感器；布置在所述工件或工具与用于控制所述工具和工件沿着单一依从轴的相对位置的致动器之间的力传感器；以及布置在用于控制所述工具和工件沿着所述单一依从轴的相对位置的所述致动器与机械臂的末端执行器板之间的力传感器。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述动态工艺变量包括以下列之一：所述工具与用于控制所述工具和工件沿着单一依从轴的相对位置的致动器之间的线性力或扭矩；所述工具的马达电流；和所述工具的马达扭矩。


4.一种自动化工具，包括：
用于加工工件的工具；
致动器，用于使所述工具沿着单一依从轴相对于所述工件移动；
第一传感器，用于确定所述工具和所述工件之间沿着依从轴的接触力；
第二传感器，用于确定除了沿着所述依从轴的所述接触力之外的动态工艺变量；
用于控制所述致动器的处理电路，所述处理电路被配置为基于所述动态工艺变量来控制沿着所述依从轴的所述接触力。

【专利技术属性】
技术研发人员：D·浮士德，
申请(专利权)人：奥腾工业自动化廊坊有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US