一种切割打磨系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种切割打磨系统及其控制方法，该切割打磨系统包括机器人，机器人末端的力控单元上安装有高速电机和低速电机，两电机的主轴轴线平行，力控单元的浮动方向与两电机的主轴轴线垂直；两电机带有自动换刀机构，能够从换刀库中自动取放打磨头、切割片和标定尖端；该切割打磨系统的控制方法包括机器人工具坐标系标定、切割打磨轨迹示教、轨迹补偿和自动切割打磨作业，其中机器人工具坐标系标定包括确定力控单元输出侧在机器人末端法兰中心坐标系中的浮动方向向量。本发明专利技术结构紧凑，占地小，投资少，通用性强；确定浮动方向向量后，能够保证力控单元位移方向平行于切割力方向，能够提供最优的缓冲效果。能够提供最优的缓冲效果。能够提供最优的缓冲效果。

【技术实现步骤摘要】
一种切割打磨系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及工件的切割和打磨，具体涉及一种切割打磨系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]一些工件，例如金属铸件的浇铸口，加工时需先切割再打磨切口。
[0003]上述的加工过程通常由两个机器人协同完成，其中一个机器人末端安装切割执行机构，例如切割机、激光切割器、线切割机等；另一个机器人末端安装打磨执行机构，例如砂轮机、砂带机、磨头电机等。加工时，工件固定在工作台上不动或变位机上随动，随后进行切割和打磨作业。该两个机器人，一个工作时，另一个闲置，造成制造资源浪费；而且占地大，投资成本高。
[0004]另一方面，工件材料不同，对应的切割和打磨工艺也不同。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的第一目的是提出一种以单个机器人实现切割打磨功能，并且能够适应不同材料工件对应的不同切割和打磨工艺的切割打磨系统，本专利技术的第二目的是提出该切割打磨系统的控制方法。
[0006]技术方案：本专利技术第一方面提供一种切割打磨系统，包括机器人和变位机，还包括换刀库，机器人末端安装有力控单元，力控单元上安装有高速电机和低速电机，两电机的主轴轴线平行，力控单元的浮动方向与所述两电机的主轴轴线垂直；两电机带有自动换刀机构，能够从换刀库中自动取放打磨头、切割片和标定尖端。
[0007]本专利技术结构紧凑，占地小，投资少。高速电机转速高、扭矩低，低速电机转速低、扭矩高，针对不同的工件材料，在切割或打磨时，可针对性地选用具有不同特性的电机，例如切割使用高速电机，打磨使用低速电机；或者切割使用低速电机，打磨使用高速电机；或者切割和打磨均使用高速电机；或者切割和打磨均使用低速电机；从而本专利技术能够实现不同切割打磨工艺的全覆盖，通用性强。此外，切割和打磨用的电机安装到机器人末端的力控单元上，利用力控单元能够降低刚性接触损坏的风险。
[0008]进一步地，机器人末端还安装有激光检测单元，用以检测工件的位姿及切割处的尺寸状态。
[0009]进一步地，力控单元为单轴恒力浮动型。
[0010]进一步地，高速电机转速≥12000r/min；低速电机转速≤5000r/min。
[0011]进一步地，所述自动换刀机构采用BT30刀柄气动换刀机构。
[0012]本专利技术第二方面提供一种切割打磨系统的控制方法，包括如下步骤：
[0013](1)机器人工具坐标系标定，包括确定力控单元输出侧在机器人末端法兰中心坐标系中的浮动方向向量；
[0014](2)以切割进给方向和打磨进给方向始终平行于所述浮动方向向量为前提，进行机器人切割轨迹示教和打磨轨迹示教；
[0015](3)工件上料，激光检测单元获取工件的实际位姿，得到工件的实际数据；计算所述实际数据与预先获取的基准数据之间的尺寸偏差；
[0016](4)基于所述尺寸偏差，对切割轨迹进行补偿后，对工件进行切割作业；
[0017](5)基于所述尺寸偏差，对打磨轨迹进行补偿后，对工件进行打磨作业。
[0018]如前所述，本专利技术整合了切割和打磨功能，且适用不同材料的工件加工，通用性强。确定浮动方向向量能够保证力控单元位移方向平行于切割力方向，能够提供最优的缓冲效果，保证切割质量。
[0019]进一步地，步骤(1)包括：
[0020](1
‑
1)力控单元工作，其浮动方向力存在，力控单元上的高速电机和低速电机处于机器人末端法兰中心坐标系的第一位置；
[0021](1
‑
2)机器人从换刀库中取标定尖端，通过6点标定法，对高速电机进行工具坐标系的标定，得到工具坐标系O1‑
X1Y1Z1；
[0022](1
‑
3)机器人从换刀库中取标定尖端，通过6点标定法，对低速电机进行工具坐标系的标定，得到工具坐标系O2‑
X2Y2Z2；
[0023](1
‑
4)力控单元不工作，其浮动方向力消失，力控单元的输出侧浮动至极限位置处并机械锁定，力控单元上的高速电机和低速电机处于机器人末端法兰中心坐标系的第二位置；
[0024](1
‑
5)重复步骤(1
‑
2)，得到高速电机在第二位置处的新的工具坐标系O
11
‑
X
11
Y
11
Z
11
，即力控单元输出侧在机器人末端法兰中心坐标系中的浮动方向向量。
[0025]进一步地，步骤(2)中，在进行机器人切割轨迹示教和打磨轨迹示教时，设置关键参数，包括：(a)选择高速电机/低速电机；(b)取出切割片种类/打磨头种类；(c)选择切割转速/打磨转速；(d)选择机器人末端切割移动速度/打磨移动速度；上述(a)、(b)、(c)、(d)各自确定一种工艺数据，组合的(a)、(b)、(c)和(d)记为一组参数。
[0026]进一步地，对打磨轨迹示教的关键参数按照工艺顺序作跟随调整：打磨轨迹运行最后一遍之前磨削量优先，设置第一组参数；打磨轨迹运行最后一遍时磨削量少，设置第二组参数；缺陷修补，设置第三组参数。通过作业过程中工艺参数的适时跟随调整，提高了工件去除材料的效率和品质。
[0027]进一步地，步骤(4)中，以力控单元位移变化量以及电机切割力变化量双重判断切割作业是否完成，同时激光检测单元获取工件被切割处的尺寸状态，判断是否切割到位。
[0028]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：(1)结构紧凑，占地小，投资少，能够实现不同切割打磨工艺的全覆盖，通用性强；(2)通过确定浮动方向向量，能够保证力控单元位移方向平行于切割力方向，能够提供最优的缓冲效果，保证切割质量。
附图说明
[0029]图1是本申请实施例一种切割打磨系统结构示意图；
[0030]图2是本申请实施例切割打磨执行机构结构示意图；
[0031]图3是本申请实施例标定尖端结构示意图；
[0032]图4是本申请实施例工件切割打磨过程示意图。
[0033]附图标记：1，机器人；2，激光检测单元；3，工件；4，变位机；5，切割打磨执行机构；
501，高速电机；502，力控单元；503，低速电机；504，打磨头；505，切割片；506，标定尖端；6，换刀库。
具体实施方式
[0034]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0035]如图4所示，本实施例针对的工件3为阀座铸件，该阀座铸件根据浇铸材料不同，共有两种，一种是由铸铁材料浇铸而成(简称铸铁阀座)，另一种是由不锈钢材料浇铸而成(简称不锈钢阀座)。铸铁阀座和不锈钢阀座使用同样的模具铸造，除模具浇铸误差外，形状基本相同。阀座铸件上有浇铸口，浇铸口为实心金属圆柱，外径约80mm，长度约150mm，需要去除浇铸口。因浇铸口分布在阀座铸件的非平面上，因此选择图4所示的切割打磨作业流程，即先完成浇铸口的主要废料的切割，因切痕是平面，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切割打磨系统，包括机器人(1)和变位机(4)，其特征在于：还包括换刀库(6)，机器人(1)末端安装有力控单元(502)，力控单元(502)上安装有高速电机(501)和低速电机(503)，两电机的主轴轴线平行，力控单元(502)的浮动方向与所述两电机的主轴轴线垂直；两电机带有自动换刀机构，能够从换刀库(6)中自动取放打磨头(504)、切割片(505)和标定尖端(506)。2.根据权利要求1所述的切割打磨系统，其特征在于：机器人(1)末端还安装有激光检测单元(2)，用以检测工件(3)的位姿及切割处的尺寸状态。3.根据权利要求1所述的切割打磨系统，其特征在于：力控单元(502)为单轴恒力浮动型。4.根据权利要求1所述的切割打磨系统，其特征在于：高速电机(501)转速≥12000r/min；低速电机(503)转速≤5000r/min。5.根据权利要求1所述的切割打磨系统，其特征在于：所述自动换刀机构采用BT30刀柄气动换刀机构。6.一种切割打磨系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)机器人(1)工具坐标系标定，包括确定力控单元(502)输出侧在机器人(1)末端法兰中心坐标系中的浮动方向向量；(2)以切割进给方向和打磨进给方向始终平行于所述浮动方向向量为前提，进行机器人(1)切割轨迹示教和打磨轨迹示教；(3)工件(3)上料，激光检测单元(2)获取工件(3)的实际位姿，得到工件(3)的实际数据；计算所述实际数据与预先获取的基准数据之间的尺寸偏差；(4)基于所述尺寸偏差，对切割轨迹进行补偿后，对工件(3)进行切割作业；(5)基于所述尺寸偏差，对打磨轨迹进行补偿后，对工件(3)进行打磨作业。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：步骤(1)包括：(1
‑
1)力控单元(502)工作，其浮动方向力存在，力控单元(502)上的高速电机(501)和低速电机(503)处于机器人(1)末端法兰中心坐标系的第一位置；(1
‑
2)机器人(1)从换刀库(6)中取标定尖端(506)，通过6点标定法，对高...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄文臣，丁朝景，何杏兴，李松领，王富林，徐立轩，孙晓林，高旭，
申请(专利权)人：南京熊猫电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：