一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统和打磨方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114654308A(43)申请公布日2022.06.24(21)申请号202210506792.4B24B49/12(2006.01)(22)申请日2022.05.11B24B51/00(2006.01)(71)申请人上海中车瑞伯德智能系统股份有限公司地址201821上海市嘉定区永盛路2201号、招贤路655号5幢1层A区、2层(72)发明人阮诚中覃江华王诗祺王鹏杨杰(74)专利代理机构上海骁象知识产权代理有限公司31315专利代理师赵峰(51)Int.Cl.B24B1/00(2006.01)B24B9/04(2006.01)B24B41/04(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统和打磨方法(57)摘要一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统和打磨方法，包括机械手、力控单元、打磨装置、线扫激光传感器和控制系统；机械手的尾端与数控基座相连接；力控单元固定连接在机械手的头端；打磨装置与力控单元相连接；线扫激光传感器固定安装在打磨装置的外侧面；控制系统的控制端分别与机械手、力控单元和打磨装置相连；线扫激光传感器的信号输出端与控制系统的信号输入端相连；其打磨方法包括焊缝的录入；焊缝的解析；焊缝的现场轮廓获取；变姿打磨和主动式浮动打磨。本发明克服了现有技术的不足，通过参数形式导入理论焊缝数据，即可实现自动打磨，无需人工示教。使用难度低，无需专业工艺和技术人员，普通操作人员即可实现设备运行。CN114654308ACN114654308A权利要求书1/2页1.一种用于板状结构件焊缝自动柔性打磨系统，其特征在于：包括机械手、力控单元、打磨装置、线扫激光传感器和控制系统；所述机械手的尾端与数控基座相连接，通过机械手带动线扫激光传感器进行移动扫描，并带动力控单元和打磨装置进行移动打磨；所述力控单元固定连接在机械手的头端，通过力控单元控制打磨装置的端部刀具与焊缝的接触作用力；所述打磨装置与力控单元相连接，通过打磨装置带动其端部刀具高速旋转，对焊缝进行铣削和抛光；所述线扫激光传感器固定安装在打磨装置的外侧面，通过机械手带动线扫激光传感器对焊缝进行轮廓扫描；所述控制系统的控制端分别与机械手、力控单元和打磨装置相连，用于控制机械手、力控单元和打磨装置的运行；所述线扫激光传感器的信号输出端与控制系统的信号输入端相连，用于获取焊缝轮廓信息。2.一种利用权利要求1所述的柔性打磨系统进行打磨的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：焊缝的录入；根据客户提供的产品焊缝设计图，获得每条焊缝的焊头坐标信息和焊尾坐标信息；并将焊缝坐标信息录入Excel表，同时配置每条焊缝使用的加工刀具，形成Excel任务清单文件输出；步骤S2：焊缝的解析；通过控制系统获取并解析焊缝信息，输出每条焊缝的起始坐标，焊缝长度，焊缝类型；步骤S3：焊缝的现场轮廓获取；在获取焊缝位置、焊缝长度以及焊缝类型后，自动调用扫描姿态，通过线扫激光传感器对焊缝从头到尾进行全轮廓扫描；在扫描完成后，去除手尾无效的区域，得到真实的焊缝全轮廓信息；步骤S4：变姿打磨；由控制系统将获取的焊缝全轮廓信息进行拟合处理，并带入打磨工具参数，输出打磨轨迹；步骤S5：主动式浮动打磨；控制系统根据打磨轨迹，以控制机械手带动打磨装置移动，并自动获取当前打磨装置所处的焊缝位置，通过焊缝位置匹配焊缝轮廓数据库，获取当前焊缝的焊高和体积，自动调用对应的打磨压力和打磨参数；步骤S6：打磨完成后，控制系统记录当前打磨的完工状态，同时遍寻步骤S1中任务清单的完工信息，如果全部完工则停止打磨，设备回原位；如果未完工，则调用下一条任务，并返回步骤S3继续新一轮焊缝的扫描和打磨。3.根据权利要求2所述的打磨方法，其特征在于：所述步骤S2中，焊缝的起始坐标为（X1，Y1，Z1），焊缝的焊尾坐标为（X2，Y2，Z2）；再根据空间两点的距离公式H²=(X1‑X2)²+(Y1‑Y2)²+(Z1‑Z2)²，得到焊缝长度H；焊缝类型分为：水平焊缝T1=(X1<>X2)&(Y1=Y2)&(Z1=Z2)；竖直焊缝T2=(X1=X2)&(Y1<>Y2)&(Z1=Z2)；Z向水平焊缝T3=(X1=X2)&(Y1=Y2)&(Z1<>Z2)；正向斜焊缝T4=(X<>X2)&(Y1<>Y2)&(Z1>Z2）；负向斜焊缝T5=(X<>X2)&(Y1<>Y2)&(Z1<Z2)。2CN114654308A权利要求书2/2页4.根据权利要求2所述的打磨方法，其特征在于：所述步骤S5具体包括以下步骤：步骤S51：控制系统根据打磨轨迹，以控制机械手带动打磨装置执行打磨轨迹，随着焊缝空间位置的变化，机器人带动打磨装置进行变姿，保持与焊缝的最优贴合角度；