本發(fā)明涉及一種工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域,特別涉及一種打磨拋光機器人工件夾持自動糾偏方法,其主要應(yīng)用在水暖衛(wèi)浴的生產(chǎn)工藝中。
背景技術(shù):
打磨拋光機器人是現(xiàn)代工業(yè)機器人眾多種類的一種,用于替代傳統(tǒng)人工進行工件的打磨拋光工作,主要用于工件的表面打磨,棱角去毛刺,焊縫打磨,內(nèi)腔內(nèi)孔去毛刺,孔口螺紋口加工等工作。打磨拋光機器人系統(tǒng)一般由示教盒、控制柜、機器人本體、壓力傳感器、磨頭組件等部分組成,可以在計算機的控制下實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制和點位控制,其應(yīng)用領(lǐng)域包括衛(wèi)浴五金行業(yè)、IT行業(yè)、汽車零部件、工業(yè)零件、醫(yī)療器械、木材建材家具制造、民用產(chǎn)品等。
打磨拋光是水暖衛(wèi)浴行業(yè)最基礎(chǔ)的一道工序,傳統(tǒng)人工打磨方式存在勞動強大度、工作環(huán)境粉塵多,且面臨嚴重的用工短缺問題。打磨拋光機器人打磨顏色更均勻,可24小時不間斷工作,對環(huán)境要求較人低,因此打磨拋光機器人替代人工打磨是大勢所趨。在水暖衛(wèi)浴行業(yè)進行機器人打磨拋光時,機器人首先應(yīng)通過夾持具夾取工件,然后再通過各關(guān)節(jié)的軌跡運動或點位運動到達砂輪后,按程序設(shè)定打磨方式進行打磨作業(yè)。但是,由于水暖衛(wèi)浴工件(例如水龍頭)其夾持的定位孔徑較小,夾持具在夾取定位孔邊沿時可能因為受力不均而存在工件夾取偏轉(zhuǎn),該偏轉(zhuǎn)是與離線編程或示教編程過程中夾持的工件位置相比較在角度或位移的偏差。一旦工件夾持出現(xiàn)工件偏轉(zhuǎn)就會在打磨過程中,出現(xiàn)一些部位打磨不到,或者一些部位打磨過度,從而影響打磨效果。這種夾取偏轉(zhuǎn)有可能發(fā)生在每個工件上。機器人打磨水暖衛(wèi)浴工件的特點是加工時間短、產(chǎn)品種類多,通常一個水暖衛(wèi)浴產(chǎn)品機器打磨時間在1分鐘左右,如果通過操作員利用手持設(shè)備人工檢測偏轉(zhuǎn)值,是非常耗時的,不可能實現(xiàn)加工時對每個工件的偏轉(zhuǎn)檢測,因此人工檢測方法根本無法滿足大批量機器人加工要求。
根據(jù)查詢國內(nèi)文獻、專利資料情況看,還未見打磨拋光機器人工件糾偏方法相關(guān)報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題,在于提供一種打磨拋光機器人工件夾持自動糾偏方法,實現(xiàn)工件在線自動糾偏功能,大幅提高產(chǎn)品加工質(zhì)量,減少殘次品率。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種打磨拋光機器人工件夾持的自動糾偏方法,包括如下步驟:
步驟10、對每一批次待打磨的工件,首先通過操作員手動示教方式選取一個標準件,再通過檢測裝置測定該標準件的位置數(shù)據(jù);
步驟20、由控制計算機發(fā)送指令,使機器人自動夾取待糾偏工件,通過檢測裝置測定該待糾偏工件的位置數(shù)據(jù);
步驟30、控制計算機對標準件的位置數(shù)據(jù)和待糾偏工件的位置數(shù)據(jù)進行糾偏計算,得出待糾偏工件相對于標準件的位移和角度的偏轉(zhuǎn)值,并輸送給機器人控制器;機器人控制器根據(jù)所述位移和角度的偏轉(zhuǎn)值對待糾偏工件進行坐標調(diào)整,控制機械臂以坐標調(diào)整后的位置進行打磨拋光作業(yè),完成工件的在線糾偏加工。
進一步的,所述檢測裝置包括依次通過傳輸電纜連接的位移傳感器、信號變送器及多路采集器;
所述位移傳感器把被測距離轉(zhuǎn)換為電阻信號;
所述信號變送器對位移傳感器電阻信號進行處理,通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換成4~20mA的電流信號變化,然后通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換,以對電流信號作進一步優(yōu)化;
所述多路采集器從信號變送器自動采集電流信號,并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后送到控制計算機進行分析處理。
進一步的,所述步驟10的具體過程是:
(11)對于每一批待打磨的工件,首先操作人員通過示教盒操作機器人夾取一工件作為標準件,通過示教裝置手動調(diào)整機器人各軸的運動軌跡,使夾取的標準件相對于參考坐標系原點的直線坐標偏轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)角度偏轉(zhuǎn),滿足打磨加工精度要求的誤差范圍;
(12)操作人員通過示教盒操作機器人手臂將標準件移動到檢測裝置待檢區(qū)的檢測起始位置,使工件在XY、YZ、ZX三個測試平面內(nèi)去接觸檢測裝置的位移傳感器的探針;
(13)所述位移傳感器將探針的直線位移轉(zhuǎn)換為電阻變化量,再由信號變送器將位移傳感器電阻變化進行處理,調(diào)制變換成電流信號,并通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換,多路采集器從信號變送器自動采集電流信號,并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號表示的位移值,傳送至控制計算機;
(14)所述控制計算機記錄當前XY、YZ、ZX三個測試平面,讀取多路采集器的位移值,將標準件的工件面所在平面及相對應(yīng)的位移傳感器的位移值形成一個包含平面和位移量的二元組數(shù)據(jù),即{(XY,x),(YZ,y),(ZX,z)},這樣就形成了糾偏對比標準數(shù)據(jù),同時,保存機器人從參考坐標原點移動到所述檢測起始位置的運動路徑,以及工件在XY、YZ、ZX三個測試平面接觸位移傳感器探針的運動路徑,作為以后自動糾偏的運動程序文件;
其中,{(XY,x),(YZ,y),(ZX,z)}中的XY、YZ、ZX表示三個測試平面,x、y、z分別表示標準件在三個測試平面內(nèi)接觸位移傳感器探針所測得的距離。
所述步驟20的具體過程為:
(21)機器人自動夾取待打磨工件,按所述運動程序文件將待打磨工件移動到檢測裝置待檢區(qū);
(22)機器人根據(jù)所述運動程序文件控制機械臂使待打磨工件分別在XY、YZ、ZX三個測試平面去接觸檢測裝置的位移傳感器的探針;
(23)所述位移傳感器將探針的直線位移轉(zhuǎn)換為電阻變化量,再由信號變送器將位移傳感器電阻變化進行處理,調(diào)制變換成電流信號,并通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換,以對電流信號進一步優(yōu)化,多路采集器對信號變送器自動采集電流信號,并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號表示的位移值,傳送至控制計算機;控制計算機記錄當前XY、YZ、ZX測試平面,讀取多路采集器位移值,將待打磨工件的工件面所在平面及相對應(yīng)的位移傳感器位移值,形成一個包含平面和位移量的二元組數(shù)據(jù),即{(XY,x'),(YZ,y'),(ZX,z')},這樣就形成了待打磨工件的位置數(shù)據(jù);
其中,{(XY,x'),(YZ,y'),(ZX,z')}中的XY、YZ、ZX表示三個測試平面,x'、y'、z'分別表示工件在三個測試平面內(nèi)接觸位移傳感器探針所測得的距離。
所述步驟30具體過程是:
控制計算機將待打磨工件在三個平面內(nèi)測得的位置數(shù)據(jù),結(jié)合步驟(14)測得的糾偏對比標準數(shù)據(jù),進行糾偏計算得到在笛卡爾坐標系中X,Y,Z三個坐標方向的線性偏移值以及角度偏轉(zhuǎn)值;控制計算機將線性偏移值以及角度偏轉(zhuǎn)值傳輸給機器人控制器,機器人控制器對待打磨工件進行坐標調(diào)整,控制機械臂做出相應(yīng)運動,使待打磨工件糾正到正確位置,即可進行打磨拋光程序。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點:本發(fā)明糾偏方法解決機器人打磨拋光水暖衛(wèi)浴毛坯件時,由于夾具和定位孔受力不均而導(dǎo)致的工件偏轉(zhuǎn)問題,實現(xiàn)機器人夾持工件時在線自動糾偏,并將工件偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成機器人系統(tǒng)程序偏轉(zhuǎn)指令,再由控制計算機通過機器人交互接口,將程序偏轉(zhuǎn)指令傳輸給機器人控制系統(tǒng),隨后在打磨拋光過程中,機器人控制系統(tǒng)將根據(jù)偏轉(zhuǎn)指令來調(diào)整工件打磨拋光角度和位置,實現(xiàn)在線糾偏,以解決機器人打磨拋光水暖衛(wèi)浴產(chǎn)品出現(xiàn)的過打磨或欠打磨,大幅提高產(chǎn)品加工質(zhì)量,減少殘次品率。
附圖說明
下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
圖1為本發(fā)明水暖衛(wèi)浴打磨拋光機器人工件夾持自動糾偏方法系統(tǒng)框架圖。
圖2為本發(fā)明標準件位置檢測流程圖。
圖3為本發(fā)明工件在線糾偏流程圖。
圖4為本發(fā)明以XY平面為例計算工件偏轉(zhuǎn)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明自動糾偏方法需提供檢測裝置和控制計算機,檢測裝置與控制計算機連接,上傳位置數(shù)據(jù)給控制計算機,并接受控制計算機的指令控制。所述檢測裝置包括依次連接的位移傳感器、信號變送器及多路采集器;所述位移傳感器把被測距離轉(zhuǎn)換為電阻信號;所述信號變送器對位移傳感器電阻信號進行處理,通過半導(dǎo)體器件調(diào)制變換成4~20mA的電流信號,然后通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換,以對電流信號進一步優(yōu)化;所述多路采集器從信號變送器自動采集電流信號,并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后送到控制計算機進行分析處理。
如圖1所示,本發(fā)明自動糾偏方法分為三個階段,第一階段為標準件測定,作為以后糾偏的對比標準;第二階段為待糾偏工件偏轉(zhuǎn)檢測;第三階段為糾偏處理,包括偏轉(zhuǎn)計算和偏轉(zhuǎn)調(diào)整;自動糾偏結(jié)束后即可進行打磨拋光操作。
第一階段
該階段是對每一批次待打磨的工件,首先通過操作員手動示教方式選取一個標準件,再通過檢測裝置測定該標準件的位置數(shù)據(jù);具體過程是:
(11)對于每一批待打磨的工件,首先操作人員通過示教盒操作機器人夾取一工件作為標準件,并使用測量儀器(測量儀器只要具有三個垂直平面即可,測量時通過機械手臂夾取工件去靠三個平面,例如先選取XY平面,用眼觀察在XY平面的誤差,并手動操作進行糾偏處理,使得工件XY平面與測量儀器XY平面平行,記錄整個糾偏過程中的運動軌跡,并計算出標準件的位移和角度偏差值),通過示教裝置手動調(diào)整機器人各軸的運動軌跡,使夾取的標準件相對于參考坐標系原點的直線坐標偏轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)角度偏轉(zhuǎn),滿足打磨加工精度要求的誤差范圍;
(12)操作人員通過示教盒操作機器人手臂將標準件移動到檢測裝置待檢區(qū)的檢測起始位置,使工件在XY、YZ、ZX三個測試平面內(nèi)去接觸檢測裝置的位移傳感器的探針;
(13)所述位移傳感器將探針的直線位移轉(zhuǎn)換為電阻變化量,再由信號變送器將位移傳感器電阻變化進行處理,調(diào)制變換成電流信號,并通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換,多路采集器從信號變送器自動采集電流信號,并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號表示的位移值,傳送至控制計算機;
(14)所述控制計算機記錄當前XY、YZ、ZX三個測試平面,讀取多路采集器的位移值,將標準件的工件面所在平面及相對應(yīng)的位移傳感器的位移值形成一個包含平面和位移量的二元組數(shù)據(jù),即{(XY,x),(YZ,y),(ZX,z)},這樣就形成了糾偏對比標準數(shù)據(jù),同時,保存機器人從參考坐標原點移動到所述檢測起始位置的運動路徑,以及工件在XY、YZ、ZX三個測試平面接觸位移傳感器探針的運動路徑,作為以后自動糾偏的運動程序文件;
其中,{(XY,x),(YZ,y),(ZX,z)}中的XY、YZ、ZX表示三個測試平面,x、y、z分別表示標準件在三個測試平面內(nèi)接觸位移傳感器探針所測得的距離。
第二階段
該階段是由控制計算機發(fā)送指令,使機器人自動夾取待糾偏工件,通過檢測裝置測定該待糾偏工件的位置數(shù)據(jù);具體過程為:
(21)機器人自動夾取待打磨工件,按所述運動程序文件將待打磨工件移動到檢測裝置待檢區(qū);
(22)機器人根據(jù)所述運動程序文件控制機械臂使待打磨工件分別在XY、YZ、ZX三個測試平面去接觸檢測裝置的位移傳感器的探針;
(23)所述位移傳感器將探針的直線位移轉(zhuǎn)換為電阻變化量,再由信號變送器將位移傳感器電阻變化進行處理,調(diào)制變換成電流信號,并通過光感或磁感器件進行隔離轉(zhuǎn)換,以對電流信號作進一步優(yōu)化,多路采集器對信號變送器自動采集電流信號,并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號表示的位移值,傳送至控制計算機;控制計算機記錄當前XY、YZ、ZX測試平面,讀取多路采集器位移值,將待打磨工件的工件面所在平面及相對應(yīng)的位移傳感器位移值,形成一個包含平面和位移量的二元組數(shù)據(jù),即{(XY,x'),(YZ,y'),(ZX,z')},這樣就形成了待打磨工件的位置數(shù)據(jù);
其中,{(XY,x'),(YZ,y'),(ZX,z')}中的XY、YZ、ZX表示三個測試平面,x'、y'、z'分別表示工件在三個測試平面內(nèi)接觸位移傳感器探針所測得的距離。
第三階段
該階段是控制計算機對標準件的位置數(shù)據(jù)和待糾偏工件的位置數(shù)據(jù)進行糾偏計算,得出待糾偏工件相對于標準件的位移和角度的偏轉(zhuǎn)值,并輸送給機器人控制器;機器人控制器根據(jù)所述位移和角度的偏轉(zhuǎn)值對待糾偏工件進行坐標調(diào)整,控制機械臂以坐標調(diào)整后的位置進行打磨拋光作業(yè),完成工件的在線糾偏加工。具體過程是:
控制計算機將待打磨工件在三個平面內(nèi)測得的位置數(shù)據(jù),結(jié)合步驟(14)測得的糾偏對比標準數(shù)據(jù),進行糾偏計算得到在笛卡爾坐標系中X,Y,Z三個坐標方向的線性偏移值以及角度偏轉(zhuǎn)值;控制計算機將線性偏移值以及角度偏轉(zhuǎn)值傳輸給機器人控制器,機器人控制器對待打磨工件進行坐標調(diào)整,控制機械臂做出相應(yīng)運動,使待打磨工件糾正到正確位置,即可進行打磨拋光程序。
具體實施例
以水暖衛(wèi)浴工件為例,如圖1所示,其為一種水暖衛(wèi)浴打磨拋光機器人工件夾持自動糾偏系統(tǒng)框架圖,包括的五個部分,其中每個部分產(chǎn)生的結(jié)果作為下一個部分數(shù)據(jù)處理的對象。
第一個部分是采集的偏轉(zhuǎn)計算所需對比標準數(shù)據(jù),對于每一批次的工件,操作員通過機器人示教盒操作機械手臂夾取一個工件,利用相關(guān)測量儀器調(diào)整好工件的姿態(tài),使工件位置滿足打磨精度要求,然后示教機器人將工件當前點移動到檢測裝置待檢測區(qū),再示教機器人手臂動作,測量在XY,YZ,ZX三個平面接觸位移傳感器探針所獲得的位移值,該值作為同批次工件在線糾偏處理的基準數(shù)據(jù);
第二部分是測定待糾偏工件的位移值,通過檢測裝置測定待糾偏工件在XY,YZ,ZX三個平面接觸位移傳感器探針所獲得的位移值,跟第一部分不同的是,測定過程機器人手臂移動是以程序路徑自動完成,該程序路徑是在第一部分示教操作時,以程序形式保存下來的路徑程序,該程序路徑包含手動調(diào)整工件姿態(tài)后由操作員示教機器人將工件移動到檢測裝置待檢測區(qū),并完成在XY,YZ,ZX三個平面位移探測過程機器人手臂各軸運動軌跡;
第三部分是偏轉(zhuǎn)計算與調(diào)整,控制計算機將待糾偏工件所測得的位移數(shù)據(jù)與基準數(shù)據(jù)輸入到糾偏算法,由糾偏算法計算出在笛卡爾坐標系中待糾偏工件在X,Y,Z三個直線坐標上的線性偏移、以及對應(yīng)的角度偏轉(zhuǎn)值;
第四部分是偏轉(zhuǎn)調(diào)整,即由控制計算機將待糾偏工件線性偏移及角度偏轉(zhuǎn)值,傳輸給機器人控制器,機器人控制器根據(jù)內(nèi)置的坐標變換,通過矩陣變換,得出在每個動作執(zhí)行過程中機型臂對應(yīng)的調(diào)整值;
第五部分是打磨拋光工件,即為機器人控制器控制機械臂按設(shè)定的打磨拋光程序,并結(jié)合第四部分得出的機械臂調(diào)整值,控制機械臂完成具體的打磨動作,實現(xiàn)滿足產(chǎn)品打磨精度要求的運動路勁規(guī)劃控制。
如圖2所示,為標準件位置檢測流程圖,其主要步驟為:
步驟(1):操作員使用機器人示教盒操作機器人夾持具夾取工件,使工件到達指定位置點,執(zhí)行步驟2。
步驟(2):操作人員用測量儀器測量夾取的工件定位中心孔,檢測其定位孔的XY、YZ、ZX三個面是否與參考坐標系XY、YZ、ZX三個平面平行,如果不平行則存在偏轉(zhuǎn),通過示教盒調(diào)整工件姿態(tài),位置姿態(tài)調(diào)整后,則執(zhí)行步驟(3);如果工件不存在偏轉(zhuǎn),則直接進入步驟(3)。
步驟(3):操作員通過示教盒控制機械臂移動,將工件從指定參考位置運動到檢測裝置待檢測區(qū),執(zhí)行步驟4。
步驟(4):操作員通過示教盒,在工件XY、YZ、ZX三個面上分別選取一點,去接觸檢測裝置位移傳感器探針,使探針發(fā)生形變,引起位移傳感器電阻變化;變送器自動采集位移傳感器電阻變化值,并將其轉(zhuǎn)化成電流變化值;多路采集器從信號變送器采集電流信號,并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號送給控制計算機;控制計算機記錄當前所在面,觸碰點坐標及位移量,形成一個五元組(分別是:平面編號,當前點坐標x值、當前點坐標y值、當前點坐標z值,探針位移量);保存步驟(3)到步驟(4)過程中操作員示教機器人手臂行走路徑,作為待糾偏工件位移測定路徑程序。標準件位移測定完成。
如圖3為工件在線糾偏流程圖,其主要步驟為:
步驟(a):在進行糾偏處理前,由操作員通過示教或離線編程方式,編排某一批次工件機器人打磨拋光的運動軌跡程序;通過圖2所示的標準件位置檢測過程保存好工件檢測運動軌跡程序,將后者(即工件檢測運動軌跡程序)插入到前者(機器人打磨拋光的運動軌跡程序)的工件夾持程序段之后,形成新的帶有位置偏轉(zhuǎn)檢測的加工程序,進入步驟(b)。
步驟(b):機器人控制系統(tǒng)執(zhí)行新的程序,首先通過夾持具夾取一個工件,進入步驟(c)。
步驟(c):執(zhí)行新插入的位置測定程序,該程序引導(dǎo)機器人手臂將工件移動到位置檢測裝置待測區(qū),在工件XY、YZ、ZX三個平面內(nèi)選取表面上的一點,與檢測裝置位移傳感器探針接觸,再通過信號變送器、多路采集器的信號轉(zhuǎn)換,最后變成位置數(shù)據(jù)傳給控制計算機,進入步驟(d)。
步驟(d):控制計算機將該批次標準件位置數(shù)據(jù)與新測的工件位置數(shù)據(jù),通過糾偏算法計算在笛卡爾坐標系中三個直線軸方向的位移偏差及圍繞三個直線軸旋轉(zhuǎn)的角度偏差,并將數(shù)據(jù)傳送給機器人控制系統(tǒng);同時,發(fā)送指令給機器人控制系統(tǒng),將工件移動到初始夾持位置,進入步驟(e)。
步驟(e):機器人控制系統(tǒng)將工件移動到夾持初始位置后,開始直線工件位置測定后的加工程序,并結(jié)合工件偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù),通過坐標變換實時計算每個控制周期各軸的實際運動位置,并通過各軸伺服電機驅(qū)動傳動系統(tǒng),實現(xiàn)各軸的偏轉(zhuǎn)補償運動,進入步驟(f)。
步驟(f):該工件打磨完畢后,判斷同批次工件是否加工完畢,如果未加工完,則重復(fù)步驟(b)~(e)繼續(xù)加工下一個工件;否則,開始新的一批工件的加工過程,需重新執(zhí)行圖2和圖3所述過程。
如圖4所示為以XY平面為例計算工件偏轉(zhuǎn)示意圖,其他兩個平面(YZ,ZX平面)計算方法類似。圖中表示的是標準件接觸位移傳感器探針和待糾偏工件接觸位移傳感器探針前后兩次對比圖,A點為預(yù)設(shè)點,其坐標為(x0,y0),前后兩次工件接觸位移傳感器探針后,工件的夾持定位中心孔剛好位于該點處;B點為位移傳感器原點,其坐標為(x1,y1)。
令C點為標準件接觸位移傳感器探針后停留在該處的點,探針被接觸發(fā)生形變,CB的距離為L1代表形變距離。
則C點坐標可由下式得出:
y2=y(tǒng)1
x2=x1-L1
令D點為待糾偏工件接觸位移傳感器探針后停留在該處的點,探針被接觸發(fā)生形變,DB的距離為L2代表形變距離。
則D點坐標可由下式得出:
y3=y(tǒng)1
x3=x1-L2
β為標準件接觸探針后,工件夾持定位中心孔與接觸點C和X軸形成的夾角,同樣,α為待糾偏工件接觸探針后,工件夾持定位中心孔與接觸點D和X軸形成的夾角。
由圖4所示可知,待糾偏工件與標準件角度偏差ε可由下式計算得出:
ε=β-α
其中:
β=arctan((y2-y0)/(x2-x0))
α=arctan((y3-y0)/(x3-x0))
由此,ε為工件在XY平面相對于標準件的角度偏轉(zhuǎn),工件在YZ,ZX平面相對于標準件的角度偏轉(zhuǎn),可按上述方法計算,不再贅述。
雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式,但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解,我們所描述的具體的實施例只是說明性的,而不是用于對本發(fā)明的范圍的限定,熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化,都應(yīng)當涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護的范圍內(nèi)。