CN111958328A - 一种工件加工控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能加工技术领域，具体公开了一种工件加工控制方法，其中，包括：获取待加工工件的型面测量数据；将所述待加工工件的型面测量数据与理论模型进行匹配计算，得到待加工工件的加工余量分布数据；根据所述待加工工件的加工余量分布数据确定加工用刀具参数，并生成加工控制指令；将所述加工用刀具参数和加工控制指令发送至机器人的控制器，以使得机器人根据所述加工控制指令以及加工用刀具参数对待加工工件进行加工。本发明还公开了一种工件加工控制装置及系统。本发明提供的工件加工控制方法可以有效保证待加工工件的加工精度以及加工质量。
Description
技术领域
本发明涉及智能加工技术领域，尤其涉及一种工件加工控制方法、工件加工控制装置及工件加工控制系统。
背景技术
在国家一些大型项目中存在一些超大型工件（具体是指工件整体加工面尺寸大于10m×10m），制造工艺复杂，尺寸精度、形位公差、表面粗糙度要求高。在工件焊接完成之后，由于结构复杂、待加工面可达性差，加工要求高，没有适宜的超大型精密机床，且现场也无安装机床空间，传统人工操作方式，劳动强度大、质量常参差不齐。
发明内容
本发明提供了一种工件加工控制方法、工件加工控制装置及工件加工控制系统，解决相关技术中存在的加工精度低的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种工件加工控制方法，其中，包括：
获取待加工工件的型面测量数据；
将所述待加工工件的型面测量数据与理论模型进行匹配计算，得到待加工工件的加工余量分布数据；
根据所述待加工工件的加工余量分布数据确定加工用刀具参数，并生成加工控制指令；
将所述加工用刀具参数和加工控制指令发送至机器人的控制器，以使得机器人根据所述加工控制指令以及加工用刀具参数对待加工工件进行加工。
进一步地，所述工件加工控制方法还包括在所述根据所述待加工工件的加工余量分布数据确定加工用刀具参数，并生成加工控制指令的步骤前进行的：
根据待加工工件的加工余量与加工工艺阈值比较的结果生成对应的加工用刀具参数以及对应的加工控制指令。
进一步地，所述根据待加工工件的加工余量与加工工艺阈值比较的结果生成对应的加工用刀具参数以及对应的加工控制指令，包括：
将所述待加工工件的加工余量分布数据与粗铣工艺阈值进行比较；
若所述待加工工件的加工余量大于所述粗铣工艺阈值，则生成与粗铣对应的加工用刀具参数，并生成与粗铣对应的加工控制指令；
若所述待加工工件的加工余量不大于所述粗铣工艺阈值，则将所述待加工工件的加工余量与精铣工艺阈值进行比较；
若所述待加工工件的加工余量大于所述精铣工艺阈值，则生成与精铣对应的加工用刀具参数，并生成与精铣对应的加工控制指令；
若所述待加工工件的加工余量不大于所述精铣工艺阈值，则将所述待加工工件的加工余量与磨削要求标准进行比较；
若所述待加工工件的加工余量满足磨削要求标准，则生成与磨削对应的加工用刀具参数，并生成与磨削对应的加工控制指令。
进一步地，若所述待加工工件的加工余量不满足磨削要求标准，则发出待加工工件的加工余量不足的报警信号，并返回执行将所述待加工工件的型面测量数据与理论模型进行匹配计算，得到待加工工件的加工余量分布数据的步骤。
作为本发明的另一个方面，提供一种工件加工控制装置，其中，包括存储器和控制器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如前文所述的工件加工控制方法。
作为本发明的另一个方面，提供一种工件加工控制系统，其中，包括：工业机器人、升降装置、视觉检测装置、电主轴铣削打磨装置、冷却装置、废屑收集装置、机器人末端快换装置和前文所述的工件加工控制装置，所述工业机器人、升降装置和视觉检测装置均与所述工件加工控制装置通信连接，所述电主轴铣削打磨装置、冷却装置、废屑收集装置和机器人末端快换装置均与所述工业机器人的控制柜通信连接，
所述升降装置用于升降所述工业机器人；
所述视觉检测装置用于检测待加工工件的型面测量数据；
所述工件加工控制装置用于根据所述待加工工件的型面测量数据确定加工用刀具参数以及生成加工控制指令；
所述工业机器人的控制柜用于根据所述加工用刀具参数以及加工控制指令控制所述电主轴铣削打磨装置、冷却装置、废屑收集装置和机器人末端快换装置的工作。
进一步地，所述升降装置包括安装板、设置在所述安装板上的升降桁架和设置在所述升降桁架上的连接机构，所述连接机构跨过所述升降桁架的顶部设置，且所述连接机构的两端分别沿所述升降桁架的垂直方向延伸，所述升降桁架的侧面设置有与所述连接机构的一端连接的载板，所述升降桁架背离所述载板的一侧设置与所述连接机构的另一端连接的配重机构，所述载板能够在所述升降桁架上垂直运动，所述载板上设置有粗精加工刀具台和所述工业机器人。
进一步地，所述升降桁架的顶部设置有滑动机构，所述连接机构设置在所述滑动机构上。
进一步地，所述升降桁架上设置有传动机构，所述传动机构与所述载板连接，用于带动所述载板在所述升降桁架上做垂直运动。
进一步地，所述升降桁架上设置支撑架，所述支撑架用于连接所述待加工工件。
本发明提供的工件加工控制方法，通过获取待加工工件的型面测量数据，并根据待加工工件的型面测量数据生成加工控制指令，最终用以指导机器人对待加工的工件进行加工。这种工件加工控制方法可以有效保证待加工工件的加工精度以及加工质量。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的工件加工控制方法的流程图。
图2为本发明提供的工件加工控制系统的结构示意图。
图3为本发明提供的升降装置的结构示意图。
图4为本发明提供的待加工工件的加工区域分布示意图。
图5为本发明提供的工件加工控制系统控制待加工工件进行加工的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，本发明提供的工件加工控制方法、装置及系统均是针对超大型工件进行的，在本发明中，超大型工件具体指工件整体加工面尺寸大于10m×10m的工件。
在本实施例中提供了一种工件加工控制方法，图1是根据本发明实施例提供的工件加工控制方法的流程图，如图1所示，包括：
S110、获取待加工工件的型面测量数据；
S120、将所述待加工工件的型面测量数据与理论模型进行匹配计算，得到待加工工件的加工余量分布数据；
S130、根据所述待加工工件的加工余量分布数据确定加工用刀具参数，并生成加工控制指令；
S140、将所述加工用刀具参数和加工控制指令发送至机器人的控制器，以使得机器人根据所述加工控制指令以及加工用刀具参数对待加工工件进行加工。
本发明实施例提供的工件加工控制方法，通过现场直接获取待加工工件的型面测量数据，并根据待加工工件的型面测量数据生成加工控制指令，最终用以指导机器人对待加工的工件进行加工。这种工件加工控制方法可以有效保证待加工工件的加工精度以及加工质量，另外与现有技术相比，还能够在现场进行加工。
需要说明的是，加工用刀具具体可以包括精加工刀具、粗加工刀具、打磨刀具，加工用刀具参数具体可以包括刀柄型号、进给量、背吃刀量、进给速度、主轴转速等。
可以理解的是，获取待加工工件的型面测量数据，然后对待加工工件的型面测量数据与理论数据进行对比，指导机器人定位及计算出加工余量。机器人末端安装的快换装置对视觉检测装置与电主轴铣削打磨装置之间进行工序切换，通过电主轴铣削打磨装置对工件进行粗精加工。
具体地，所述工件加工控制方法还包括在所述根据所述待加工工件的加工余量分布数据确定加工用刀具参数，并生成加工控制指令的步骤前进行的：
根据待加工工件的加工余量与加工工艺阈值比较的结果生成对应的加工用刀具参数以及对应的加工控制指令。
具体地，所述根据待加工工件的加工余量与加工工艺阈值比较的结果生成对应的加工用刀具参数以及对应的加工控制指令，包括：
将所述待加工工件的加工余量分布数据与粗铣工艺阈值进行比较；
若所述待加工工件的加工余量大于所述粗铣工艺阈值，则生成与粗铣对应的加工用刀具参数，并生成与粗铣对应的加工控制指令；
若所述待加工工件的加工余量不大于所述粗铣工艺阈值，则将所述待加工工件的加工余量与精铣工艺阈值进行比较；
若所述待加工工件的加工余量大于所述精铣工艺阈值，则生成与精铣对应的加工用刀具参数，并生成与精铣对应的加工控制指令；
若所述待加工工件的加工余量不大于所述精铣工艺阈值，则将所述待加工工件的加工余量与磨削要求标准进行比较；
若所述待加工工件的加工余量满足磨削要求标准，则生成与磨削对应的加工用刀具参数，并生成与磨削对应的加工控制指令。
具体地，若所述待加工工件的加工余量不满足磨削要求标准，则发出待加工工件的加工余量不足的报警信号，并返回执行将所述待加工工件的型面测量数据与理论模型进行匹配计算，得到待加工工件的加工余量分布数据的步骤。
作为本发明的另一实施例，提供一种工件加工控制装置，其中，包括存储器和控制器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如前文所述的工件加工控制方法。
作为本发明的另一实施例，提供一种工件加工控制系统，其中，如图2所示，包括：工业机器人1、升降装置3、视觉检测装置4、电主轴铣削打磨装置5、冷却装置6、废屑收集装置7、机器人末端快换装置8和前文所述的工件加工控制装置2，所述工业机器人1、升降装置3和视觉检测装置4均与所述工件加工控制装置2通信连接，所述电主轴铣削打磨装置5、冷却装置6、废屑收集装置7和机器人末端快换装置8均与所述工业机器人1的控制柜通信连接，
所述升降装置3用于升降所述工业机器人1；
所述视觉检测装置4用于检测待加工工件9的型面测量数据；
所述工件加工控制装置2用于根据所述待加工工件9的型面测量数据确定加工用刀具参数以及生成加工控制指令；
所述工业机器人1的控制柜用于根据所述加工用刀具参数以及加工控制指令控制所述电主轴铣削打磨装置5、冷却装置6、废屑收集装置7和机器人末端快换装置8的工作。
本发明实施例提供的工件加工控制系统，采用了前文的工件加工控制装置，通过获取待加工工件的型面测量数据，并根据待加工工件的型面测量数据生成加工控制指令，最终用以指导机器人对待加工的工件进行加工。这种工件加工控制系统可以有效保证待加工工件的加工精度以及加工质量。
应当理解的是，所述升降装置3用于垂直升降工业机器人1，以使得所述工业机器人1对大型构件分区域进行现场粗精加工。
在一些实施方式中，所述工业机器人1具体可以为六轴工业机器人。
通过视觉检测装置对待加工工件9进行在线高精度测量与建模，由工件加工控制装置2对采集数据与理论数据进行对比，指导工业机器人1定位及计算出加工余量。工业机器人1末端安装的机器人末端快换装置8对视觉检测装置4与电主轴铣削打磨装置5之间进行工序切换，通过电主轴铣削打磨装置5对待加工工件9进行粗精加工。
具体地，如图3所示，所述升降装置3包括安装板310、设置在所述安装板310上的升降桁架301和设置在所述升降桁架301上的连接机构308，所述连接机构308跨过所述升降桁架301的顶部设置，且所述连接机构308的两端分别沿所述升降桁架301的垂直方向延伸，所述升降桁架301的侧面设置有与所述连接机构308的一端连接的载板302，所述升降桁架301背离所述载板302的一侧设置与所述连接机构308的另一端连接的配重机构307，所述载板302能够在所述升降桁架301上垂直运动，所述载板302上设置有粗精加工刀具台303和所述工业机器人1。
应当理解的是，所述配重机构307与所述载板302分别连接在所述连接机构308的两端，且分别位于所述升降桁架301的两侧，这样可以通过配重机构307来平衡工业机器人1。
在一些实施方式中，所述连接机构308具体可以为钢丝绳。
具体地，所述升降桁架301的顶部设置有滑动机构309，所述连接机构308设置在所述滑动机构309上。
在一些实施方式中，所述滑动机构309具体可以为滑轮组件，这样前文所述的钢丝绳可以绕升降桁架顶部的滑轮组件连接所述载板302和配重机构307。
具体地，所述升降桁架上设置有传动机构，所述传动机构与所述载板302连接，用于带动所述载板302在所述升降桁架301上做垂直运动。
在一些实施方式中，所述传动机构具体可以包括齿条305和与所述齿条连接的电机减速齿轮306，所述载板302通过所述齿条305和电机减速齿轮306的传动，实现对载板302在升降桁架301上做垂直运动的控制。
具体地，所述升降桁架301上设置支撑架304，所述支撑架304用于连接所述待加工工件9。
应当理解的是，所述升降桁架301通过底部的安装板310与待加工工件9栓接固定，侧面通过支撑架304与待加工工件9栓接固定，增加升降桁架301的抗倾覆性。载板302上还安装有粗精加工刀具台303，视觉检测装置4、电主轴铣削打磨装置5，加工刀具501设置在粗精加工刀具台303上。根据不同加工工序，工业机器人1通过机器人末端快换装置8进行更换。
具体地，所述机器人工具快换装置主要由两部分组成，分别称为主侧和工具侧，两侧设计可以自动锁紧连接同时可以连通和传递例如电信号、气体、水等等介质。大多数的机器人连接器使用气体锁紧主侧和工具侧。机器人工具快换装置为自动更换工具并连通各种介质提供了极大的柔性。机器人工具快换装置的主侧安装在一台工业机器人上。
具体地，所述废屑收集装置7主要包含大功率高负压型工业集尘器、吸尘管道、吸尘罩；吸尘管道一端机器人末端，一端连接集尘器，集尘器产生的高负压将加工产生的铁屑、粉尘吸入集尘器内；吸尘罩安装在机器人末端，提升对加工废屑的收集量。
如图4所示，加工前将待加工工件分为若干工段区域，每个工段分为若干工位，机器人，图4所示工件可划分为3个工段（Q101、Q102、Q103）、（Q201、Q202）、（Q301、Q302、Q303），每个工位包含（2-3）个工位。具体实际待加工工件可根据CAD理论模型以及机器能可达性分析确定实际加工划分区域大小及分区数量。
下面结合图4和图5所示，对本发明实施例提供的工件加工控制系统实现工件加工控制过程进行详细描述。
具体可以包含以下步骤：
步骤S1，通过吊装方式对升降桁架和工业机器人进行安装。
步骤S2，工业机器人的加工范围有限，对加工区域进行空间划分，确定加工区域和加工重叠区域。加工区域进行区域划分，单个分割区域的形状主要取决于机器人的加工空间形状。采用机器人加工超大构件时，在每个加工区域均需对机器人进行空间重定位，加工区域越多，整体加工效率越低，为了提高加工效率，在满足规则和加工精度的条件下，应尽可能减少分割区域的个数。
步骤S3，工业机器人移动到加工第一工段第一工位加工区域。
步骤S4，视觉检测装置测量出待加工工件所在区域范围具体坐标位置，具体实现方法采用自寻位技术于检测超大构件在系统坐标系下的位姿，即通过比对待加工工件的测量数据和设计模型，确定待加工工件的位置和加工余量。自寻位理论方法通过建立目标优化函数，求解设计模型和测量模型之间的最优刚体变化参数，来达到测量模型和设计模型的最佳匹配和加工余量优化。并将测量结果反馈给工件加工控制装置
步骤S5，工件加工控制装置调取待加工工件的CAD模型，根据待加工工件的CAD模型和工业机器人型号确定加工区域范围以及第一工段第一工位加工区域和第一工段第二工位加工区域重叠区域，规划加工走刀路径；工件加工控制装置将控制指令传输到工业机器人的控制柜，工业机器人的控制柜控制机器人末端移动到刀具架，通过机器人末端快换装置将视觉检测装置抓取并进行区域视觉扫描。工件加工控制装置进行匹配运算。
步骤S6，工件加工控制装置根据匹配结果确定工件及刀具参数，如刀柄型号、进给量、背吃刀量、进给速度、主轴转速等。
步骤S7，工件加工控制装置将控制指令传输到机器人的控制柜，机器人末端移动到道具架，通过机器人末端快换装置将视觉检测装置更换为粗加工刀具。
步骤S8，废屑收集装置工作；冷却装置工作。
步骤S9，机器人根据工件加工控制装置给定参数进行工件粗加工。粗加工完成再进行一次视觉检测，满足要求则进行下一步骤操作。
步骤S10，粗加工完成，废屑收集装置、冷却装置停止工作。
步骤S11，重复步骤S5-S10，将刀具换成精加工刀具，进行工件第一工段第一工位精加工。
步骤S12，重复步骤S5-S10，将刀具换成打磨刀具进行工件第一工段第一工位打磨加工。
步骤S13，升降装置将工业机器人提升至第二加工区域。针对分区域加工引入的误差问题，需要设计合理的测量与补偿方法。因此，采用移动工业机器人测量超大构件时，利用激光跟踪仪建立统一的全局坐标系，并在此基础上标定机器人在各个位置的坐标系；针对刀具轨迹偏差的问题，利用激光跟踪仪标定机器人在单个加工区域的本体与姿态误差，修正机器人加工轨迹，保证机器人加工单个区域的平整度偏差在以内；针对重叠区域二次加工导致精度降低的问题，采用变工艺参数加工进行解决，即设计实验确定重叠区域的工艺参数，在实际加工时针对不同的重叠区域采用不同的工艺参数。
步骤S14，重复步骤S4-S12将升降桁架所处加工区域全部加工完成。
步骤S15，因工件较大，通过吊装方式将升降桁架和工业机器人拆除，安装至加工区域升降桁架所处第二工段加工区。
步骤S16，重复以上步骤直至完全加工完成。
步骤S17，所有区域加工完成，机器人归位对并对工件加工控制系统进行拆除
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种工件加工控制方法，其特征在于，包括：
获取待加工工件的型面测量数据；
将所述待加工工件的型面测量数据与理论模型进行匹配计算，得到待加工工件的加工余量分布数据；
根据所述待加工工件的加工余量分布数据确定加工用刀具参数，并生成加工控制指令；
将所述加工用刀具参数和加工控制指令发送至机器人的控制器，以使得机器人根据所述加工控制指令以及加工用刀具参数对待加工工件进行加工。
2.根据权利要求1所述的工件加工控制方法，其特征在于，所述工件加工控制方法还包括在所述根据所述待加工工件的加工余量分布数据确定加工用刀具参数，并生成加工控制指令的步骤前进行的：
根据待加工工件的加工余量与加工工艺阈值比较的结果生成对应的加工用刀具参数以及对应的加工控制指令。
3.根据权利要求2所述的工件加工控制方法，其特征在于，所述根据待加工工件的加工余量与加工工艺阈值比较的结果生成对应的加工用刀具参数以及对应的加工控制指令，包括：
将所述待加工工件的加工余量分布数据与粗铣工艺阈值进行比较；
若所述待加工工件的加工余量大于所述粗铣工艺阈值，则生成与粗铣对应的加工用刀具参数，并生成与粗铣对应的加工控制指令；
若所述待加工工件的加工余量不大于所述粗铣工艺阈值，则将所述待加工工件的加工余量与精铣工艺阈值进行比较；
若所述待加工工件的加工余量大于所述精铣工艺阈值，则生成与精铣对应的加工用刀具参数，并生成与精铣对应的加工控制指令；
若所述待加工工件的加工余量不大于所述精铣工艺阈值，则将所述待加工工件的加工余量与磨削要求标准进行比较；
若所述待加工工件的加工余量满足磨削要求标准，则生成与磨削对应的加工用刀具参数，并生成与磨削对应的加工控制指令。
4.根据权利要求3所述工件加工控制方法，其特征在于，
若所述待加工工件的加工余量不满足磨削要求标准，则发出待加工工件的加工余量不足的报警信号，并返回执行将所述待加工工件的型面测量数据与理论模型进行匹配计算，得到待加工工件的加工余量分布数据的步骤。
5.一种工件加工控制装置，其特征在于，包括存储器和控制器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如权利要求1至4中任意一项所述的工件加工控制方法。
6.一种工件加工控制系统，其特征在于，包括：工业机器人、升降装置、视觉检测装置、电主轴铣削打磨装置、冷却装置、废屑收集装置、机器人末端快换装置和权利要求5所述的工件加工控制装置，所述工业机器人、升降装置和视觉检测装置均与所述工件加工控制装置通信连接，所述电主轴铣削打磨装置、冷却装置、废屑收集装置和机器人末端快换装置均与所述工业机器人的控制柜通信连接，
所述升降装置用于升降所述工业机器人；
所述视觉检测装置用于检测待加工工件的型面测量数据；
所述工件加工控制装置用于根据所述待加工工件的型面测量数据确定加工用刀具参数以及生成加工控制指令；
所述工业机器人的控制柜用于根据所述加工用刀具参数以及加工控制指令控制所述电主轴铣削打磨装置、冷却装置、废屑收集装置和机器人末端快换装置的工作。
7.根据权利要求6所述的工件加工控制系统，其特征在于，所述升降装置包括安装板、设置在所述安装板上的升降桁架和设置在所述升降桁架上的连接机构，所述连接机构跨过所述升降桁架的顶部设置，且所述连接机构的两端分别沿所述升降桁架的垂直方向延伸，所述升降桁架的侧面设置有与所述连接机构的一端连接的载板，所述升降桁架背离所述载板的一侧设置与所述连接机构的另一端连接的配重机构，所述载板能够在所述升降桁架上垂直运动，所述载板上设置有粗精加工刀具台和所述工业机器人。
8.根据权利要求7所述的工件加工控制系统，其特征在于，所述升降桁架的顶部设置有滑动机构，所述连接机构设置在所述滑动机构上。
9.根据权利要求7所述的工件加工控制系统，其特征在于，所述升降桁架上设置有传动机构，所述传动机构与所述载板连接，用于带动所述载板在所述升降桁架上做垂直运动。
10.根据权利要求7所述的工件加工控制系统，其特征在于，所述升降桁架上设置支撑架，所述支撑架用于连接所述待加工工件。
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