一种叶片进排气边磨削机器人自动化装备

摘要

本发明公开了一种叶片进排气边磨削机器人自动化装备，包括基台、六自由度机器人、磨削装置、变位机、三维激光测量装置和系统控制主机，六自由度机器人安装在基台上；磨削装置用于磨削叶片进排气边；变位机安装在基台上；三维激光测量装置安装在变位机上，其包括三轴运动平台和三维激光测量装置；三维激光测量装置其包括两个三维激光轮廓扫描仪；系统控制主机与六自由度机器人和三维激光测量装置连接，用于规划磨削装置加工路径以及三维激光测量装置的移动路径，并将路径和指令发送给六自由度机器人执行。本发明集成了自适应磨削和测量，可以保证叶片进排气边轮廓的加工精度。

主权项

一种采用叶片进排气边磨削机器人自动化装备测量叶片进排气边的方法，其特征在于：所述自动化装备包括基台、六自由度机器人、磨削装置、变位机、三维激光测量装置和系统控制主机，所述六自由度机器人、变位机和系统控制主机均安装在基台上，六自由度机器人，用于夹持磨削装置移动和驱动磨削装置作业，其包括末端腕部；磨削装置，与六自由度机器人的末端腕部连接，用于磨削叶片进排气边；变位机，用于夹持叶片并带动叶片旋转，其包括转台和台架，所述转台包括固定安装在基台上的机壳和设置在机壳内的旋转轴，所述台架固定安装在机壳上，所述旋转轴用于带动叶片旋转且其旋转中心线竖直设置；三维激光测量装置，用于在每道磨削工序完成后对叶片进排气边进行在线测量，其包括三轴运动平台和三维激光测量装置，其中，三轴运动平台安装在台架上，能带动三维激光测量装置沿三轴移动，所述三维激光测量装置用于对叶片靠近进排气边的部位的侧面轮廓进行测量，以将测量数据传送给系统控制主机；系统控制主机，与六自由度机器人和三维激光测量装置连接，用于采集三维激光测量装置测量得到的叶片侧面轮廓并将该轮廓与叶片理论模型进行比对，以对加工路径进行修正或者补偿，进而将更新后的加工路径发送给六自由度机器人执行；其特征在于：该方法包括以下步骤：1)第一次磨削：系统控制主机根据转台的位置，将转台夹具所在全局坐标系下的位置通过运动学变换转换到机器人基坐标系下，系统控制主机同时给出机器人本体末端执行器的在机器人坐标系下的相应位置，根据转台夹具的尺寸形状计算出转台夹具末端的坐标值即叶片叶根坐标，控制机器人本体夹持叶片垂直放置到转台上的准确位置，变位机顶针在竖直方向上可上下微调，以使变位机对叶片装夹定位；将机器人本体末端执行器移动至工作区域之外进行磨削装置安装操作，将带有冷却装置的气动夹具安装在机器人本体末端腕部上，通过气动阀控制机器人本体夹持由电主轴直接驱动的砂轮；然后根据已有的叶片模型进行磨削加工的程序编程，根据叶片型面和进排气边的特征以及轮廓信息规划刀具路径，将刀具路径通过运动学变换转换为机器人坐标系下的坐标值并通过系统控制主机生成机器人磨削加工代码，系统控制主机将生成的机器人加工代码发送给机器人控制器，机器人控制器同时对机器人本体，磨削装置以及变位机发出指令，开始磨削加工，当第一次磨削结束，机器人代码执行结束，机器人控制器控制磨削装置停止并将机器人转向非工作区域，此时机器人控制器将磨削停止信息返回给系统控制主机，系统控制主机接收到信号，自动运行自适应磨削程序；2)进入自适应磨削阶段：系统控制主机根据已有的叶片的进排气边轮廓形状生成进排气边三维轮廓测量多轴联动指令，并将三维测量机器人指令代码发送给机器人控制器，机器人控制器开始执行三维测量，机器人控制器控制三轴运动平台从初始位置延X轴移动到转台夹具的圆弧位置停止，机器人控制器控制转台旋转180°，三维激光测量装置打开，此时机器人控制器控制台架电机与三轴运动平台中控制YZ方向运动的伺服电机联动，三维激光测量装置根据叶片的进排气边形状从叶片叶根开始向叶缘处扫描；对于曲率变化较小的进排气边部位，扫描时三轴运动平台的Y轴静止，这时通过三轴运动平台的Z轴和台架单自由度旋转轴的联动完成进排气边的测量；对于曲率变化较大的进排气边部位，扫描时，三维激光测量装置沿Y轴和Z轴移动，变位机的旋转轴旋转，这时机器人控制器根据系统控制主机发送的三维测量扫描路径机器人代码指令，对台架单自由度的旋转轴以及三轴运动平台中控制Y和Z方向运动的两个电机轴同时进行控制以实现三轴联动，完成对复杂曲面轮廓的三维测量；3)三维测量结束后，机器人控制器将三轴运动平台归置原位，并控制台架反转180°，三维激光测量装置将叶片轮廓数据反馈给系统控制主机，系统控制主机将三维测量所得到的叶片轮廓数据通过运动学变换从三维激光测量装置坐标系转换到机器人基坐标系下，并与已有的叶片的CAD模型进行点云匹配，根据设定形位精度，系统控制主机计算轮廓误差并重新规划叶片的进排气边磨削加工路径，并将修正或者补偿后的机器人磨削加工代码发送给机器人控制器；机器人控制器接收到代码后，控制机器人本体夹持磨削装置进行进一步的磨削加工；4)循环往复以上“加工‑测量”操作，直至轮廓误差控制在期望范围以内。