一种基于激光位移测量的工件打磨自动定位方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于激光位移测量的工件打磨自动定位方法及装置，属于智能加工和智能检测技术领域。

背景技术

在工业制造领域，许多发动机机匣、叶盘等零部件由于曲面复杂，导致许多研磨抛光工艺流程仍采用人工使用手持气动、电动工具进行打磨、研磨的方式实现去毛刺和抛光工序，人工参与过程容易产生产品不良率上升，效率低下，加工后的产品表面粗糙度不均匀等问题。打磨的同时产生大量粉尘，对人体健康也造成危害。

近年来，随着工业机器人的普遍应用，越来越多的厂家开始使用机器人安装电动或气动工具进行自动化打磨。机器人打磨抛光的方案一般包括两种形式，一是机器人装载加工工具，固定工件，另一个是机器人抓取工件，固定加工工具。与手持打磨比较，机器人去毛刺能有效提高生产效率和产品良率。而随着产品工艺标准的要求提升，许多制造流程仅靠传统的操作员手工对刀已难以胜任。传统的手工对刀方式依靠人眼和经验判断，无法定量的评判工件的定位误差范围，造成工件加工质量问题。

发明内容

为克服上述研磨抛光中工件定位误差偏高的问题，本发明提出基于激光位移传感器精确测定工件并自动调整工件位置的方法，通过理论计算分析与自动化控制结合的方式达到工件精准定位的目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于激光位移测量的工件打磨自动定位方法，包括以下步骤：

步骤1、设定待打磨工件位置，根据待打磨工件位置和工件轮廓形状计算定位夹紧滑块的目标位置；所述工件位置为待打磨工件的圆心；

步骤2、控制旋转工作台上的若干个定位夹紧滑块在旋转台上滑动至目标位置，用于推动工件移动至设定位置；

步骤3、控制机器人带动激光位移传感器移动至工件边缘，控制旋转工作台转动使其载着待打磨工件围绕圆心自转；同时控制激光位移传感器按照采样时间间隔采集待打磨工件的圆周数据；

步骤4、根据待打磨工件的圆周数据，计算工件的径向偏心量；

步骤5、控制机器人带动激光位移传感器测量工件上的定位销块的位置，计算角向的偏差量；

步骤5、根据工件的径向偏心量计算各个定位夹紧滑块的移动量，使得定位夹紧滑块在旋转台上滑动，从而推动工件使其移动至设定的圆心位置；

步骤6、根据角向的偏差量补偿控制旋转台转动的角向加工参数，使得待打磨工件矫正角度偏差；

步骤7、激光传感器实时检测待打磨工件位置和转向角度，判断与设定位置和角度的差值是否超出误差阈值范围，若是则返回步骤1继续迭代执行若干次纠偏，直到满足误差阈值停止矫正。

所述若干个定位夹紧滑块均匀分布在旋转台的圆周上，且能沿半径由外向内或由内向外地在旋转台上滑动；所述定位夹紧滑块与旋转台沿径向方向滑动连接。

所述采集的圆周数据样本集为(θ

所述计算工件的偏心量是采用

角向计算过程为：

控制激光位移传感器移动至对准旋转台上的定位销块的位置，使得激光传感器、定位销块、圆心三点一线，通过控制旋转台若干次微动，使得激光位移传感器测量定位销块的参数值M，计算偏差角度

一种基于激光位移测量的工件打磨自动定位装置,该装置包括测量装置、分析计算系统、调整装置；所述测量装置用于采集工件位置信息并反馈至分析计算系统；所述分析计算系统根据所测信息进行分析，确定工件放置的偏移量，向调整装置发送位置调整指令，改变工件的偏移量控制加工误差在允许范围内。

所述测量装置，包括在机器人手臂末端的激光位移传感器，用于采集工件位置信息并反馈至分析计算系统；

所述分析计算系统，包括在计算机上搭载的程序；计算机通过通信线缆1与机器人和激光位移传感器进行通信，通过通信线缆2与旋转工作台和若干个定位夹紧滑块进行通信；

所述调整装置，包括旋转工作台，其上设有用于定位夹紧待打磨的加工工件的若干个定位夹紧滑块，旋转工作台旋转带动待加工工件转动。

旋转工作台旋转范围不小于360度。

所述定位夹紧滑块为三个：定位夹紧滑块1、定位夹紧滑块2、定位夹紧滑块3以120度间隔均匀分布在旋转工作台上。

通过气动信号的方式控制3个滑块起落来完成工件的夹紧和松开，每个滑块上配置一个伺服电机，计算机通过通信线缆2控制每个滑块独自进给量，完成工件在单个方向上的调节。

本发明具有以下优点：

本发明通过对平台的各分系统进行集成控制，实现了加工工件位置测量、分析计算及加工工件上下料偏差的调整过程。控制过程中匹配了工件型号与机器人程序，同时整合了定位测量块的控制信号，使整个测量过程安全高效。本发明避免操作人员人工对刀，大大改善操作人员的作业环境和工件加工质量。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明系统结构图；

图3为本发明旋转平台工件位置调整建模图；

图4为本发明角向测量时激光器、工件、定位销块的位置关系俯视图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方法做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明所述一种基于激光位移测量的工件打磨自动定位方法及装置，下面结合机匣零件的定位实例对本发明进一步详细说明。

本发明涉及种基于激光位移测量的工件打磨自动定位的装置，本发明实施采用的装置由1个工业机器人、机器人末端夹持工装、1个激光位移传感器、1个计算机控制系统、1个旋转工作台、3个定位工装滑台组成，本发明实施采用的是库卡KR60工业机器人，基恩士位移传感器。

本系统的整体结构如图2所示，包括机器人1、连接装置2、激光位移传感器3、计算机4、旋转工作台5、加工工件6、第一定位夹紧滑块7、第二定位夹紧滑块8、第三定位夹紧滑块9、角向定位销块10、第一通信线缆11、第二通信线缆12。其中，机器人1与激光位移传感器3通过连接装置2固接，待加工工件6通过第一定位夹紧滑块7、第二定位夹紧滑块8、第三定位夹紧滑块9紧固在旋转工作台5上，旋转工作台5通过旋转带动待加工工件6转动。计算机4通过第一通信线缆11与机器人1和激光位移传感器3进行通信，通过第二通信线缆12与旋转工作台5和第一定位夹紧滑块7、第二定位夹紧滑块8、第三定位夹紧滑块9进行通信。控制系统安装在工控机上，上位机通过网线与机器人、位移传感器、旋转工作台相连，定位工装安装在旋转工作台上，旋转工作台的布局如图3所示。其中，旋转工作台5从中心向外均布3个用于放置滑轨的凹槽，定位夹紧滑块与滑轨滑动连接，每个滑块配置一个伺服电机接收计算机4的控制信号，按照进给量移动。定位夹紧滑块上设有气动吸盘，用于夹紧吸住待打磨工件。

本发明涉及种基于激光位移测量的工件打磨自动定位的方法，包括以下步骤：

打磨抛光设备在打磨加工过程中，需要先通过计算机上的测量分析软件系统确定打磨工件位置。具体包含以下步骤：

1)操作人员在计算机上选定待加工工件的型号规格，测量分析软件系统根据工件的型号按照设定的定位夹紧滑块的目标位置向定位夹紧滑块发送运动夹紧指令，固定好工件。

2)测量分析软件系统根据工件的型号向机器人1、旋转工作台5发送运动指令，测量工件的某一标准圆周特征，机器人1和旋转工作台5联动，完成工件的圆周数据信息采集。旋转工作台5复位，机器人1带动激光位移传感器3测量工件6上的定位块，得到角向的偏差量。

3)根据工件1的圆周数据，分析计算工件1的偏心量，测量分析软件系统控制第一、第二、第三定位滑块调整位置，使工件1对正。计算角向偏差量，加工过程中矫正角度偏差。

4)在定位精度要求较高时，可多次测量对正工件1，直到满足加工要求。

其中，所述的工件1圆周数据的采集样本集(θ

具体计算步骤为：

样本集(θ

其中：R为加工工件1的半径；

X

Y

令：

原始数据X点总和SUM_X；

原始数据Y点总和SUM_Y；

原始数据X的平方和SUM_XSquare；

原始数据Y的平方和SUM_YSquare；

原始数据X的立方和SUM_XCube；

原始数据Y的立方和SUM_YCube；

原始数据XYY的和SUM_XYY；

原始数据XY的和SUM_XY；

原始数据XXY的和SUM_XXY；

定义用于拟合的参数D，C，E，G，H；

求取过程为：

D＝N*SUM_XY-SUM_X*SUM_Y；

C＝N*SUM_XSquare-SUM_X*SUM_X；

E＝N*SUM_XCube+N*SUM_XYY-(SUM_XSquare+SUM_YSquare)*SUM_X；

G＝N*SUM_YSquare-SUM_Y*SUM_Y；

H＝N*SUM_YCube+N*SUM_XXY-(SUM_XSquare+SUM_YSquare)*SUM_Y；

求出参数a，b，c。

a＝(H*D-E*G)/(C*G-D*D)；

b＝(H*C-E*D)/(D*D-G*C)；

c＝-((SUM_XSquare+SUM_YSquare)+a*SUM_X+b*SUM_Y)/N；

则圆心值为：

X

Y

R＝0.5*1.00000*sqrt(a*a+b*b-4*c)；

步骤三：如图4所示，角向计算过程为激光位移传感器3在固定位置上多次测量定位销块，根据激光位移传感器3的测量值M计算偏差角度。

步骤四：所述计算机4向工作台5上的定位夹紧滑块发送位置调整指令，具体实现过程为在测量分析系统中进行计算，确定每个定位夹紧块的移动量。如图3所示，由(X

M1＝X

M2＝M1/sin(30°)-X

M3＝M1/sin(30°)+X

控制3个定位加紧滑块采用先退后进(让出滑台的运动空间)的方式，推动工件调整位置，角向偏差在加工时补偿到加工程序中的角向加工位置。

步骤五：每种工件对应一套测量参数(待打磨工件位置和转向角度)及测量程序，设置误差阈值后，测量过程及调整过程自动化实现，直到达到设定阈值范围内。采用非接触方式完成加工对刀，快捷安全。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰应视为本发明的保护范围。