一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统和打磨方法技术方案

一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统和打磨方法，包括机械手、力控单元、打磨装置、线扫激光传感器和控制系统；机械手的尾端与数控基座相连接；力控单元固定连接在机械手的头端；打磨装置与力控单元相连接；线扫激光传感器固定安装在打磨装置的外侧面；控制系统的控制端分别与机械手、力控单元和打磨装置相连；线扫激光传感器的信号输出端与控制系统的信号输入端相连；其打磨方法包括焊缝的录入；焊缝的解析；焊缝的现场轮廓获取；变姿打磨和主动式浮动打磨。本发明专利技术克服了现有技术的不足，通过参数形式导入理论焊缝数据，即可实现自动打磨，无需人工示教。使用难度低，无需专业工艺和技术人员，普通操作人员即可实现设备运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统和打磨方法


[0001]本专利技术涉及机器人控制
，尤其涉及柔性打磨系统，具体涉及一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统和打磨方法。

技术介绍

[0002]轨交和工程机械产品的板状机构件制造工序涉及大量的焊缝打磨工作，由于板件焊接后普遍存在着尺寸偏差，整体变形等一系列共性客观的情况，现有的作业方式绝大多数都是人工打磨。焊缝打磨要求的焊缝去除量大，因而不但效率低下，且产生的噪音和粉尘不利于工人健康，因此实现自动化柔性打磨是用户的迫切需求。目前虽然有机器人打磨应用的介入，但都只是根据实际工艺要求做定制化开发，无法兼容多种产品，且由于板件焊接后的尺寸一致性差，打磨效果均达不到理想状态。本专利技术就是针对板状结构件焊接后的焊缝打磨而提出的解决系统。
[0003]传统的自动打磨系统包括机械手、力控单元、打磨装置和控制系统进行打磨；其在实施过程主要是靠人工操作机器人沿着焊缝轨迹移动，移动中确保打磨工具以一定力贴合焊缝，期间分别选取若干个点进行机器人的轨迹示教；再记录当前焊缝轨迹存入机器人程序中；由控制系统调用当前机器人程序，机器人携带力控单元和打磨头沿着记录的焊缝轨迹对焊缝进行打磨。
[0004]因此现有的技术方案存在以下缺陷：1）焊缝打磨轨迹需要人工频繁示教，耗费大量人力；2）板件焊接后焊缝一致性差，示教轨迹不能跟踪焊缝的实际形状调整打磨姿态，打磨质量不可控；3）不能根据焊缝实际体积和高度实时调整打磨参数，打磨效率低；4）需针对单一产品定制化开发，无法兼容多种产品；5）单流程作业模式，无参数化打磨，产品换型需要大量调整工作。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统和打磨方法，克服了现有技术的不足，通过参数形式导入理论焊缝数据，即可实现自动打磨，无需人工示教。使用难度低，无需专业工艺和技术人员，普通操作人员即可实现设备运行。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统，包括机械手、力控单元、打磨装置、线扫激光传感器和控制系统；所述机械手的尾端与数控基座相连接，通过机械手 带动线扫激光传感器进行移动扫描，并带动力控单元和打磨装置进行移动打磨；所述力控单元固定连接在机械手的头端，通过力控单元控制打磨装置的端部刀具
与焊缝的接触作用力；所述打磨装置与力控单元相连接，通过打磨装置带动其端部刀具高速旋转，对焊缝进行铣削和抛光；所述线扫激光传感器固定安装在打磨装置的外侧面，通过机械手 带动线扫激光传感器对焊缝进行轮廓扫描；所述控制系统的控制端分别与机械手、力控单元和打磨装置相连，用于控制机械手、力控单元和打磨装置的运行；所述线扫激光传感器的信号输出端与控制系统的信号输入端相连，用于获取焊缝轮廓信息。
[0007]本专利技术还公开了一种利用上述的柔性打磨系统进行打磨的方法，包括以下步骤：步骤S1：焊缝的录入；根据客户提供的产品焊缝设计图，获得每条焊缝的焊头坐标信息和焊尾坐标信息；并将焊缝坐标信息录入Excel表，同时配置每条焊缝使用的加工刀具，形成Excel任务清单文件输出；步骤S2：焊缝的解析；通过控制系统获取并解析焊缝信息，输出每条焊缝的起始坐标，焊缝长度，焊缝类型；步骤S3：焊缝的现场轮廓获取；在获取焊缝位置、焊缝长度以及焊缝类型后，自动调用扫描姿态，通过线扫激光传感器对焊缝从头到尾进行全轮廓扫描；在扫描完成后，去除手尾无效的区域，得到真实的焊缝全轮廓信息；步骤S4：变姿打磨；由控制系统将获取的焊缝全轮廓信息进行拟合处理，并带入打磨工具参数，输出打磨轨迹；步骤S5：主动式浮动打磨；控制系统根据打磨轨迹，以控制机械手带动打磨装置移动，并自动获取当前打磨装置所处的焊缝位置，通过焊缝位置匹配焊缝轮廓数据库，获取当前焊缝的焊高和体积，自动调用对应的打磨压力和打磨参数；步骤S6：打磨完成后，控制系统记录当前打磨的完工状态，同时遍寻步骤S1中任务清单的完工信息，如果全部完工则停止打磨，设备回原位；如果未完工，则调用下一条任务，并返回步骤S3继续新一轮焊缝的扫描和打磨。
[0008]优选地，所述步骤S2中，设定焊缝的起始坐标为（X1，Y1，Z1），焊缝的焊尾坐标为（X2，Y2，Z2）；再根据空间两点的距离公式H
²
=(X1
‑
X2)
²
+(Y1
‑
Y2)
²
+(Z1
‑
Z2)
²
，得到焊缝长度H；焊缝类型分为：水平焊缝T1=(X1<>X2)&(Y1=Y2)&(Z1=Z2)；竖直焊缝T2=(X1=X2)&(Y1<>Y2)&(Z1=Z2)；Z向水平焊缝T3=(X1=X2)&(Y1=Y2)&(Z1<>Z2)；正向斜焊缝T4=(X<>X2)&(Y1<>Y2)&(Z1>Z2）；负向斜焊缝T5=(X<>X2)&(Y1<>Y2)&(Z1<Z2)。
[0009]优选地，所述步骤S5具体包括以下步骤：步骤S51：控制系统根据打磨轨迹，以控制机械手带动打磨装置执行打磨轨迹，随着焊缝空间位置的变化，机器人带动打磨装置进行变姿，保持与焊缝的最优贴合角度；步骤S52：由焊缝轮廓数据库提供焊缝数据 WeldData[y,h]；当前焊缝位置Yn=（机器人当前位置Yp
‑
机器人起始扫描位置Yp0）/扫描帧间距D；将Yn带入WeldData[y,h]进行遍寻，得到对应位置的H= WledData[yn,hn],（Yn=
yn）或H=WledData[yn,hn]（Yn<>yn且y(n
‑
1)<Yn<y(n+1)）；步骤S53：将得到的焊缝焊高H带入到力控工艺包，得到：力控压力Pn=PressData[h,p],(H=h)或Pn=PressData[h,p],(H<>h且h(n
‑
1)<H< h(n+1))；步骤S53：根据检测打磨装置3移动过程中的实时位置，获取焊缝位置，最终获得实时的力控压力，得到针对当前焊缝的准确打磨参数。
[0010]本专利技术提供了一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统和打磨方法。具备以下有益效果：针对板件焊接变形后的焊缝进行自动柔性打磨，不受焊缝变形的影响，自动寻找并获取焊缝真实轮廓数据，引导机器人进行实时变姿打磨和浮动打磨；同时进行焊缝打磨的多任务引导和管理，以及参数化的打磨功能， 实现多车型、多焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统，其特征在于：包括机械手、力控单元、打磨装置、线扫激光传感器和控制系统；所述机械手的尾端与数控基座相连接，通过机械手 带动线扫激光传感器进行移动扫描，并带动力控单元和打磨装置进行移动打磨；所述力控单元固定连接在机械手的头端，通过力控单元控制打磨装置的端部刀具与焊缝的接触作用力；所述打磨装置与力控单元相连接，通过打磨装置带动其端部刀具高速旋转，对焊缝进行铣削和抛光；所述线扫激光传感器固定安装在打磨装置的外侧面，通过机械手 带动线扫激光传感器对焊缝进行轮廓扫描；所述控制系统的控制端分别与机械手、力控单元和打磨装置相连，用于控制机械手、力控单元和打磨装置的运行；所述线扫激光传感器的信号输出端与控制系统的信号输入端相连，用于获取焊缝轮廓信息。2.一种利用权利要求1所述的柔性打磨系统进行打磨的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：焊缝的录入；根据客户提供的产品焊缝设计图，获得每条焊缝的焊头坐标信息和焊尾坐标信息；并将焊缝坐标信息录入Excel表，同时配置每条焊缝使用的加工刀具，形成Excel任务清单文件输出；步骤S2：焊缝的解析；通过控制系统获取并解析焊缝信息，输出每条焊缝的起始坐标，焊缝长度，焊缝类型；步骤S3：焊缝的现场轮廓获取；在获取焊缝位置、焊缝长度以及焊缝类型后，自动调用扫描姿态，通过线扫激光传感器对焊缝从头到尾进行全轮廓扫描；在扫描完成后，去除手尾无效的区域，得到真实的焊缝全轮廓信息；步骤S4：变姿打磨；由控制系统将获取的焊缝全轮廓信息进行拟合处理，并带入打磨工具参数，输出打磨轨迹；步骤S5：主动式浮动打磨；控制系统根据打磨轨迹，以控制机械手带动打磨装置移动，并自动获取当前打磨装置所处的焊缝位置，通过焊缝位置匹配焊缝轮廓数据库，获取当前焊缝的焊高和体积，自动调用对应的打磨压力和打磨参数；步骤S6：打磨完成后，控制系统记录当前打磨的完工状态，同时遍寻步骤S1中任务清单的完工信息，如果全部完工则停止打磨，设备回原位；如果未完工，则调用下一条任务，并返回步骤S3继续新一轮焊缝的扫描和打磨。3.根据权利要求2所述的打磨方法，其特征在于：所述步骤S2中，焊缝的起始坐标为（X1，Y1，Z1），焊缝的焊尾坐标为（X2，Y2，Z2）；再根据空间两点的距离公式H
²
=(X1
‑
X2)
²

【专利技术属性】
技术研发人员：阮诚中，覃江华，王诗祺，王鹏，杨杰，
申请(专利权)人：上海中车瑞伯德智能系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：