本發(fā)明涉及一種機器人操作下筒狀工件內(nèi)腔加工壁厚的保證方法，屬于機器人工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

工業(yè)機器人由于有著可編程、通用性好、柔性強、易保養(yǎng)等優(yōu)點，應(yīng)用愈發(fā)廣泛。目前，工業(yè)機器人在用于機械加工過程中，大多采用離線編程模式。在離線編程的應(yīng)用中，由于工件在離線編程軟件中的坐標與實際坐標值存在偏差，目前一般通過工裝保證或通過特征點找正兩種方式。通過工裝保證方式，即通過高精度工裝，保證每次裝夾后工件坐標系偏差在規(guī)定的范圍內(nèi)，該方法存在工裝設(shè)計難度大，以及對工件一致性、操作人員放置一致性要求極高等問題；通過特征點找正方式，即通過變換坐標系使得理論模型上的三個特征點與通過控制機器人運動到工件上指定的三個特征點重合，該方法對特征點加工要求極高，同時也對操作人員操作采集的特征點準確性要求也極高，精確控制難度大。因此為降低對機器人加工系統(tǒng)的操作人員要求，提高機器人加工精度及效率，可在機器人加工前通過自動化測量手段，找出工件實際坐標系。

現(xiàn)有技術(shù)中面向機器人加工的工件壁厚保證及在線補償方法，大多采用非接觸式激光掃描方式，該方法通過激光傳感器測得被測工件的點云信息，并與理論模型進行匹配，求得實際坐標系與理論坐標系的偏差，將該偏差補償?shù)嚼碚撥壽E中，可提高機器人加工精度。該方法的缺點在于：由于機器人加工會產(chǎn)生粉塵，粉塵會影響激光傳感器的精度；此外，大部分激光傳感器掃描的點云數(shù)據(jù)量較大，計算過程復(fù)雜，運算時間長。

鑒于以上，針對機器人對筒狀工件進行加工過程中保證壁厚尺寸，有必要研究一種方法，通過實際測量多組數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)求得筒狀工件坐標，根據(jù)實際外圓坐標對筒狀工件進行壁厚補償，生成新的機器人加工軌跡。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種機器人操作下筒狀工件內(nèi)腔加工壁厚的保證方法，本方法能夠克服目前機器人加工中對筒狀工件裝夾一致性、人工操作一致性不好造成壁厚保證困難的問題，保證內(nèi)腔加工的壁厚尺寸精度。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種機器人操作下筒狀工件內(nèi)腔加工壁厚的保證方法，其包括如下步驟：

S1：通過接觸式傳感器接觸測量筒狀工件端面及外圓，分別確定筒狀工件的理論端面和筒狀工件的軸線；

S2：分別根據(jù)最小二乘法擬合筒狀工件的實際端面、實際外圓直徑尺寸及實際軸線，并將工件工裝的確定某點或某一特征指定為圓周零點；

S3：通過所述實際端面、實際軸線和圓周零點計算得出所述筒狀工件的實際坐標系；

S4：將所述實際坐標系與理論坐標系、理論外圓尺寸與實際外圓尺寸進行比較，求得差值；

S5：將所述差值反饋至理論加工軌跡，通過運算輸出新的機器人加工軌跡。

作為優(yōu)選方案，步驟S2中擬合筒狀工件端面的具體操作為：

控制機器人運動，使得接觸式傳感器按既定的軌跡接觸筒狀工件某一端面的不同位置，并記錄接觸筒狀工件時機器人以及傳感器的數(shù)據(jù)或信號信息，并保存筒狀工件接觸點的位置信息；

在筒狀工件端面不同部位測得的位置信息通過計算機擬合出實際的端面。

作為優(yōu)選方案，步驟S2中擬合筒狀工件圓柱面的具體操作為：

控制機器人運動，使得接觸式傳感器接觸筒狀工件外圓的不同位置，并記錄接觸筒狀工件時工業(yè)機器人以及傳感器的數(shù)據(jù)或信號信息，并保存其位置信息；

在筒狀工件外圓不同部位測得的位置信息通過計算機擬合出圓柱面，進一步計算求得該圓柱的軸線。

作為優(yōu)選方案，步驟S2中所述圓周零點的確定方法為：對于由工裝裝夾的筒狀工件，將裝夾位置視為筒狀工件外圓起始位置，即圓周零點；對于沒有工裝裝夾的筒狀工件，將筒狀工件上某一特征點作為圓周零點。

作為優(yōu)選方案，步驟S3的具體操作方法為：

S31：將筒狀工件端面設(shè)定為XY平面；

S32：將所述XY平面與實際軸線的交點記為工件原點O；

S33：將所述實際軸線上指向工件內(nèi)部的方向確定為Z軸；

S34：將所述工件原點指向圓周零點的方向設(shè)置為X軸；

S35：根據(jù)右手定則確定Y軸；

S36：利用原點O、X軸、Y軸、Z軸則確定了工件實際坐標系。

本發(fā)明的基本原理為：在機器人末端執(zhí)行器上加裝一個接觸式傳感器，對該工件進行加工前通過接觸式傳感器測量筒狀工件端面及外圓。在端面上測得多組數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)讀取該接觸式傳感器數(shù)據(jù)以及工業(yè)機器人末端執(zhí)行器數(shù)據(jù)并傳輸給計算機，通過計算機可求得測量點的實際位置信息，通過該多組數(shù)據(jù)信息可擬合一個平面；同理，在外圓上測量多組數(shù)據(jù)，讀取該傳感器數(shù)據(jù)和末端執(zhí)行器數(shù)據(jù)，通過該多組數(shù)據(jù)擬合一個圓柱面及其軸線。此外，筒狀工件通過工裝裝夾在機器人加工系統(tǒng)中，工裝的裝夾位置可視為的筒狀工件圓周零點，通過擬合的平面、軸線以及圓周零點，可確定筒狀工件坐標。將該坐標值與理論坐標值進行比較，可計算出理論坐標與實際坐標的偏差。將該偏差值補償?shù)綑C器人理論加工軌跡中，可以獲得更高精度的加工軌跡，提高機器人加工精度，保證壁厚尺寸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，工件放置在工裝上固定即可，控制系統(tǒng)控制機器人使接觸式傳感器感知測量筒狀工件端面及外圓點位數(shù)據(jù)，通過計算得出與理論模型差值，將該差值補償人機器人加工軌跡中，提高壁厚尺寸精度。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明中筒狀工件機器人內(nèi)腔加工壁厚保證方法原理示意圖；

圖2為本發(fā)明中筒狀工件機器人內(nèi)腔加工壁厚保證方法流程圖；

圖3為本發(fā)明中筒狀工件機器人內(nèi)腔加工壁厚保證方法的裝置分布示意圖；

圖中：1、機器人；2、筒狀工件；3、工裝；11、接觸式傳感器；12、主軸。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明提供了一種機器人操作下筒狀工件內(nèi)腔加工壁厚的保證方法，其包括如下步驟：

S1：通過接觸式傳感器接觸測量筒狀工件端面及外圓，分別確定筒狀工件的理論端面和筒狀工件的軸線；

S2：分別根據(jù)最小二乘法擬合筒狀工件的實際端面、實際外圓直徑尺寸及實際軸線，并將工件工裝的確定某點或某一特征指定為圓周零點；

S3：通過所述實際端面、實際軸線和圓周零點計算得出所述筒狀工件的實際坐標系，具體為：

S31：將筒狀工件端面設(shè)定為XY平面；

S32：將所述XY平面與實際軸線的交點記為工件原點O；

S33：將所述實際軸線上指向工件內(nèi)部的方向確定為Z軸；

S34：將所述工件原點指向圓周零點的方向設(shè)置為X軸；

S35：根據(jù)右手定則確定Y軸；

S36：利用原點O、X軸、Y軸、Z軸則確定了工件實際坐標系；

S4：將所述實際坐標系與理論坐標系、理論外圓尺寸與實際外圓尺寸進行比較，求得差值；

S5：將所述差值反饋至理論加工軌跡，通過運算輸出新的機器人加工軌跡。

作為優(yōu)選方案，步驟S2中擬合筒狀工件端面的具體操作為：

控制機器人運動，使得接觸式傳感器按既定的軌跡接觸筒狀工件某一端面的不同位置，并記錄接觸筒狀工件時機器人以及傳感器的數(shù)據(jù)或信號信息，并保存筒狀工件接觸點的位置信息；

在筒狀工件端面不同部位測得的位置信息通過計算機擬合出實際的端面。

作為優(yōu)選方案，步驟S2中擬合筒狀工件圓柱面的具體操作為：

控制機器人運動，使得接觸式傳感器接觸筒狀工件外圓的不同位置，并記錄接觸筒狀工件時工業(yè)機器人以及傳感器的數(shù)據(jù)或信號信息，并保存其位置信息；

在筒狀工件外圓不同部位測得的位置信息通過計算機擬合出圓柱面，進一步計算求得該圓柱的軸線。

作為優(yōu)選方案，步驟S2中所述圓周零點的確定方法為：對于由工裝裝夾的筒狀工件，將裝夾位置視為筒狀工件外圓起始位置，即圓周零點；對于沒有工裝裝夾的筒狀工件，將筒狀工件上某一特征點作為圓周零點。

本發(fā)明原理圖見圖1所示，接觸式傳感器加裝在機器人末端上，通過控制系統(tǒng)控制機器人運動，使得接觸式傳感器測量出筒狀工件及外圓對應(yīng)點位的坐標值，根據(jù)端面上的點擬合為筒狀工件實際端面，將外圓上的點坐標擬合為筒狀工件外圓，同時根據(jù)工裝安裝孔位信息可以確定工件外圓軸向起始位置，進而求得筒狀工件實際坐標。將該坐標值與理論坐標進行比對計算得到的偏差值，如果偏差值為“0”，則機器人按原理論軌跡進行加工；如果偏差值不為“0”，則對機器人加工原理論軌跡進行補償，得到新的機器人加工軌跡。具體流程如圖2所示。

實施例1

本實施例涉及的一種機器人操作下筒狀工件內(nèi)腔加工壁厚的保證方法，如圖3所示，在工業(yè)機器人1末端執(zhí)行器裝有用于機械加工的主軸12、與主軸配合使用的刀具以及接觸式傳感器11。在機器人對由工裝3裝夾的筒狀工件2加工前，接觸式傳感器11對筒狀工件2外圓及端面進行檢測，分別測得各點的坐標值。工件端面各點坐標值E₁、E₂、E₃、…、E_n，通過最小二乘法擬合為平面α，將工件外圓個點坐標值P₁、P₂、P₃、…、P_m，通過最小二乘法擬合為圓柱面β，以及軸線l，并得到圓柱面直徑R₁。設(shè)定軸線l指向工件內(nèi)部方向為Z軸，平面α與l交點為原點O。在α與β交點上指定一特征點或由工裝保證的一點為圓周零點O_x，向量OO_x即為X軸，X、Z通過右手定則可確定Y軸，原點O、X軸、Y軸、Z軸即為筒狀工件的實際坐標系。該實際坐標系通過控制系統(tǒng)反饋給計算機，計算機將該坐標系與理論坐標系進行比對計算，求得的偏差值補償?shù)綑C器人主軸上刀具的理論運行軌跡中，則可得到更高精度的加工路徑，提高壁厚尺寸精度。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。