一種閉環(huán)式控制的智能示教方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種閉環(huán)式控制的智能示教方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造業(yè)中，工件的打磨和拋光是零件成型的重要工序，此工序通常由工人完成打磨和拋光的動(dòng)作，而由于人工手動(dòng)操作設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)非常重要，容易導(dǎo)致加工后的工件一致性差，造成次品率高，工件的拋光效果也不能得到保證，并且，在加工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，會(huì)嚴(yán)重影響到工人的身心健康，伴隨著工人體力的消耗，拋光的效率也會(huì)越來(lái)越低，而且人工的加工效率非常低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種閉環(huán)式控制的智能示教方法及其裝置，實(shí)時(shí)測(cè)量并反饋工件的外觀輪廓，進(jìn)而自動(dòng)控制加工頭的線位移和角位移，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，加工效率尚ο
[0004]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種閉環(huán)式控制的智能示教方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一:設(shè)定粗略的加工規(guī)則；
[0007]步驟二:在加工頭加工過(guò)程中，視覺(jué)傳感器檢測(cè)加工頭與工件之間的空間位置關(guān)系，以及工件的表面三維輪廓，并將其表面三維輪廓信息發(fā)送給控制系統(tǒng)；
[0008]步驟三:控制系統(tǒng)分析和處理收到的工件表面三維輪廓信息并制定控制精細(xì)加工規(guī)則，發(fā)送給執(zhí)行系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)整加工路徑，實(shí)現(xiàn)精細(xì)加工；
[0009]步驟四:返回步驟二，形成閉環(huán)式加工方式。
[0010]進(jìn)一步，步驟一的所述視覺(jué)傳感器固定于機(jī)床，建立空間坐標(biāo)系；所述視覺(jué)傳感器測(cè)量加工頭與工件的絕對(duì)位置以及建立工件表面輪廓模型，以此計(jì)算加工頭與工件的相對(duì)位置；步驟二的所述執(zhí)行系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述加工頭和/或工件。
[0011]進(jìn)一步，步驟一的所述視覺(jué)傳感器固定于所述加工頭；所述視覺(jué)傳感器測(cè)量所述加工頭與工件的相對(duì)位置，以及所述加工頭限定范圍內(nèi)的工件表面的輪廓；步驟二的所述執(zhí)行系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述加工頭或工件。
[0012]一種閉環(huán)式控制的智能示教裝置，包括加工頭和視覺(jué)傳感器，所述視覺(jué)傳感器與所述加工頭相對(duì)固定。
[0013]進(jìn)一步，所述視覺(jué)傳感器為單點(diǎn)測(cè)距傳感器；所述單點(diǎn)測(cè)距傳感器排列在1個(gè)或者1個(gè)以上的平面陣列，所述平面陣列平行于Ζ軸方向，每個(gè)平面陣列中包含至少3個(gè)所述單點(diǎn)測(cè)距傳感器。
[0014]進(jìn)一步，所述單點(diǎn)測(cè)距傳感器排列在相互平行的2個(gè)或者2個(gè)以上的平面陣列，每個(gè)平面陣列包括3個(gè)或者3個(gè)以上的所述單點(diǎn)測(cè)距傳感器。
[0015]進(jìn)一步，所述視覺(jué)傳感器為輪廓掃描傳感器；所述輪廓掃描傳感器排列在1個(gè)或者1個(gè)以上平面陣列，所述平面陣列平行于Z軸方向，每個(gè)平面陣列中包含至少1個(gè)所述輪廓掃描傳感器。
[0016]進(jìn)一步，所述輪廓掃描傳感器排列在相互平行的2個(gè)或者2個(gè)以上的平面陣列，每個(gè)平面陣列包括1個(gè)或者1個(gè)以上的所述輪廓掃描傳感器。
[0017]—種閉環(huán)式控制的智能示教裝置，包括加工頭，還包括朝向所述加工頭加工方向的所述視覺(jué)傳感器，而且所述視覺(jué)傳感器通過(guò)可調(diào)節(jié)角度與位置的支架固定于機(jī)床；所述視覺(jué)傳感器為工業(yè)相機(jī)，數(shù)量為1個(gè)或者多個(gè)。
[0018]進(jìn)一步，所述加工頭的加工方向?yàn)橄鄬?duì)的兩個(gè)方向，在兩個(gè)方向上都設(shè)置有所述視覺(jué)傳感器。
[0019]本發(fā)明根據(jù)上述內(nèi)容，在加工時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量工件的外觀，并反饋給數(shù)據(jù)處理中心，使所述數(shù)據(jù)處理中心實(shí)時(shí)控制加工頭的線位移以及角位移，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)式加工，提高效率，無(wú)需實(shí)現(xiàn)設(shè)定加工頭的運(yùn)動(dòng)軌跡亦可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中:加工頭1、視覺(jué)傳感器2、工件3、起始圓形面C0、第一圓形面C1、空間幾何體VOo
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖并通過(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0023]—種閉環(huán)式控制的智能示教方法，包括以下步驟:
[0024]步驟一:設(shè)定粗略的加工規(guī)則；
[0025]步驟二:在加工頭1加工過(guò)程中，視覺(jué)傳感器2檢測(cè)加工頭1與工件3之間的空間位置關(guān)系，以及工件3的表面三維輪廓，并將其表面三維輪廓信息發(fā)送給控制系統(tǒng)；
[0026]步驟三:控制系統(tǒng)分析和處理收到的工件3表面三維輪廓信息并制定控制精細(xì)加工規(guī)則，發(fā)送給執(zhí)行系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)整加工路徑，實(shí)現(xiàn)精細(xì)加工；
[0027]步驟四:返回步驟二，形成閉環(huán)式加工方式。
[0028]進(jìn)一步，所述拋光頭1為拋光作業(yè)頭、磨削作業(yè)頭、焊接作業(yè)頭、噴涂作業(yè)頭、鉚接作業(yè)頭、檢測(cè)作業(yè)頭、雕刻作業(yè)頭、切割作業(yè)頭、沖洗作業(yè)頭、3D打印作業(yè)頭或者為鉆孔加工、銑加工或車(chē)加工的刀具。
[0029]進(jìn)一步，步驟一的所述視覺(jué)傳感器2固定于機(jī)床，建立空間坐標(biāo)系；所述視覺(jué)傳感器2測(cè)量加工頭1與工件3的絕對(duì)位置以及建立工件3表面輪廓模型，以此計(jì)算加工頭1與工件3的相對(duì)位置；步驟二的所述執(zhí)行系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述加工頭1和/或工件3。
[0030]進(jìn)一步，步驟一的所述視覺(jué)傳感器2固定于所述加工頭1 ;所述視覺(jué)傳感器2測(cè)量所述加工頭1與工件3的相對(duì)位置，以及所述加工頭1限定范圍內(nèi)的工件3表面的輪廓；步驟二的所述執(zhí)行系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述加工頭1或工件3。
[0031 ] 如圖1所示，一種閉環(huán)式控制的智能示教裝置，包括加工頭1和視覺(jué)傳感器2，所述視覺(jué)傳感器2與所述加工頭1相對(duì)固定。
[0032]這種隨動(dòng)方式保證視覺(jué)傳感器2實(shí)時(shí)測(cè)量工件3的外觀，并反饋給數(shù)據(jù)處理中心，使所述數(shù)據(jù)處理中心實(shí)時(shí)控制加工頭1的線位移以及角位移，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)式加工，不需事先設(shè)定加工頭1的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工，降低了人的技術(shù)要求，提升產(chǎn)品易用性對(duì)操作人員要求低，提高效率，即使工件3為異型工件時(shí)也能自動(dòng)加工，并且減少加工過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵等物質(zhì)影響作業(yè)工人的身心健康。
[0033]所述視覺(jué)傳感器2朝向所述加工頭1加工方向，它能提前掃描出工件3的外形輪廓并計(jì)算出所述加工頭下一步要前進(jìn)的方向及角度，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)路徑并提前做好加工路線規(guī)劃，因此，降低了操作人員的技術(shù)要求，提升系統(tǒng)易用性對(duì)操作人員要求低，提高加工效率，節(jié)省人力和成本，并且保證加工效果。
[0034]所述加工頭1為打磨頭或者拋光頭等加工執(zhí)行部件，實(shí)現(xiàn)打磨或者拋光等加工工序。
[0035]進(jìn)一步，所述視覺(jué)傳感器2為單點(diǎn)測(cè)距傳感器；所述單點(diǎn)測(cè)距傳感器排列在1個(gè)或者1個(gè)以上的平面陣列，所述平面陣列平行于Z軸方向，每個(gè)平面陣列中包含至少3個(gè)所述單點(diǎn)測(cè)距傳感器。所述Z軸方向?yàn)榇怪庇诩庸け砻娴姆较颉?br>[0036]使用3個(gè)或者3個(gè)以上的單點(diǎn)測(cè)距傳感器排列在一個(gè)平行于Z軸方向的平面陣列，相互不阻擋，單點(diǎn)測(cè)距傳感器照射于曲面的工件3上，形成不在同一直線上的三個(gè)點(diǎn)，這三個(gè)點(diǎn)能確定一個(gè)起始圓形面C0，經(jīng)過(guò)一個(gè)控制周期，加工頭1前進(jìn)了一段距離ds，這時(shí)傳感器又能測(cè)得第一圓形面C1，以起始圓形面C0和第一圓形面C1近似作為工件3的兩個(gè)截面，按照一定的規(guī)則擬合起始圓形面C0和第一圓形面C1為端面的空間幾何體V0，并取空間幾何體V0在激光傳感器視野范圍內(nèi)，且處于加工頭1下方的局部，作為工件3在該處表面的實(shí)際輪廓。在每個(gè)控制周期，都可以得到一部分局部輪廓，這些局部輪廓是連續(xù)的，進(jìn)而可以拼接出加工頭1整個(gè)運(yùn)動(dòng)路徑下方的工件3表面三維輪廓，最終即可獲得整個(gè)工件3的三維輪廓。在每個(gè)控制周期，根據(jù)測(cè)算出的局部輪廓，提取輪廓的特征，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的基于特征的加工規(guī)則，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的加工。
[0037]當(dāng)一個(gè)平面陣列內(nèi)的單點(diǎn)激光傳感器在3個(gè)以上時(shí)，利用這些點(diǎn)擬合的工件截面形狀便不再近似作為工件的圓形截面，而是更接近實(shí)際截面輪廓的空間曲線。
[0038]進(jìn)一步，所述單點(diǎn)測(cè)距傳感器排列在相互平行的2個(gè)或者2個(gè)以上的平面陣列，每個(gè)平面陣列包括3個(gè)或者3個(gè)以上的所述單點(diǎn)測(cè)距傳感器。
[0039]當(dāng)同時(shí)安裝有兩個(gè)平面陣列時(shí)，起始圓形面C0、第一圓形面C1可以在一個(gè)控制周期起始時(shí)直接獲取，而同時(shí)只安裝有一組平面陣列時(shí)，則第一圓形面C1在一個(gè)控制周期起始時(shí)獲取，起始圓形面C0則是在上一個(gè)控制周期起始時(shí)獲取的。
[0040]如果同時(shí)安裝有三個(gè)及以上平面陣列，則可以得到起始圓形面C0、第一圓形面C1、…、Cn多個(gè)截面，利用這些截面擬合工件3表面局部輪廓，比只用起始圓形面C0、第一圓形面C1兩個(gè)截面進(jìn)行擬合，所得結(jié)果精度更高。
[0041]單點(diǎn)測(cè)距傳感器布置成相互平行的平面陣列，那么每個(gè)平面陣列所測(cè)出來(lái)的圓面相互平行，當(dāng)加工頭1移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)圓面之間形成圓柱型的檢測(cè)區(qū)域，這一圓柱檢測(cè)區(qū)域檢測(cè)出工件3表面各個(gè)位置的形狀，從而檢測(cè)出工件3