CN106600681A - 一种有障碍物曲面的打磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有障碍物曲面的打磨方法，所述打磨方法采用机器人进行打磨，所述机器人末端固定有打磨工具；包括以下步骤：S1、实物扫描，获取点云模型；S2、对所述点云模型进行降噪精简处理和实物重构；S3、通过测量，获取实物特征点在机器人坐标系下的坐标值；S4、模型导入及特征点匹配；S5、机器人离线编程及仿真模拟；S6、生成打磨轨迹，进行实物打磨。本发明提供的有障碍物曲面的打磨方法简单实用，精度和效率均较高，可应用于具有多种凸起障碍物和短壳边缘的某型贮箱箱底隔热层的打磨工艺中。

Description

一种有障碍物曲面的打磨方法
技术领域
本发明涉及表面打磨领域，特别涉及一种有障碍物曲面的打磨方法。
背景技术
某型贮箱箱底结构比较复杂，主要体现为：（1）箱底为椭球形曲面结构；（2）箱底在制造过程中存在焊接变形，因而并非规则的曲面结构；（3）箱底有很多法兰等凸起物；（4）箱底边缘为短壳结构。箱底的结构复杂性导致其隔热层打磨难度较大，也较难实现自动化打磨，此外隔热层打磨过程中不能碰撞法兰等凸起物，否则易导致贮箱损坏而报废。目前，该型箱底仍采用人工手动打磨方法，不仅加工周期长，生产效率低，精度差，产品质量稳定性差，而且人工劳动强度大，作业环境也差。因此，为了实现箱体隔热层高效率、高精度、高安全的规则加工，有必要研究一种贮箱隔热层机器人打磨***精确标定与控制方法。在公开文件CN201410395204.X中给出了一种高精度机器人打磨***及其控制方法，设有工艺专家***和标定***，通过几个单元的功能执行，可高精度、高效率、高质量的完成工件的打磨。
然而采用简单的工艺专家与标定***并不能完成具有障碍物的自由曲面构件精确与安全打磨，需要针对自由曲面形貌兼顾障碍物的位置，结合精确的实物扫描重构与模型配准标定的方法，方可实现很好的打磨工艺质量和安全性，故将此方法应用到机器人打磨工艺过程中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有障碍物曲面的打磨方法，以解决现有某贮箱底面打磨效率低、精度差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种有障碍物曲面的打磨方法，所述打磨方法采用机器人进行打磨，所述机器人末端固定有打磨工具；包括以下步骤：
S1、实物扫描，获取点云模型；
S2、对所述点云模型进行降噪精简处理和实物重构；
S3、通过测量，获取实物特征点在机器人坐标系下的坐标值；
S4、模型导入及特征点匹配；
S5、机器人离线编程及仿真模拟；
S6、生成打磨轨迹，进行实物打磨。
进一步地，所述步骤S1中，采用测量设备，对具有障碍物的曲面进行扫描，获取所述曲面及障碍物的点云数据模型。
进一步地，所述步骤S2中，将步骤S1中获取的点云数据模型导入曲面几何专用处理软件进行噪声点去除、模型精简，将处理过的点云数据模型导入三维建模软件，进行曲面拟合及障碍物建模。
进一步地，所述步骤S3中，通过确定有障碍物曲面上的特征点与所述机器人上的标定工装之间的相对位置关系，获得实物特征点在机器人坐标系下的坐标值。
进一步地，所述步骤S3采用机器人定位标定法：
机器人末端固定一个具有尖点的标定工具，将所述尖点作为机器人TCP点进行标定，机器人运动使得所述TCP点充分接近曲面上特征点，读取该状态下机器人TCP点坐标，即为特征点在机器人坐标系下坐标值。
进一步地，所述步骤S3采用激光跟踪仪测量标定法：
机器人末端固定一测量靶标球，控制机器人末端沿机器人坐标系三个轴向运动，激光跟踪仪测量获取世界坐标系的三个轴方向，并用靶标球测量出机器人底座上某一特征点的坐标，以此为原点构建与世界坐标系三方向一致的基座坐标系，再用靶标球测量出障碍物曲面上特征点在基座坐标系下坐标值。
进一步地，所述步骤S4中，将机器人模型、步骤S2中的重构三维模型和步骤S3中获取的特征点导入同一坐标系下，将所述重构三维模型上的对应特征点与测量获取的特征点配准标定，使得重构三维模型变换至机器人坐标系下，最后将上述配准后的机器人模型和重构三维模型导入至具有CAM功能的机器人离线编程软件。
进一步地，所述步骤S5中，在具有CAM功能的机器人离线编程软件中，设置障碍物规避的条件，生成加工轨迹，并在机器人仿真界面下进可达性、干涉检测、奇异点规避检查。
进一步地，所述步骤S6中，将加工轨迹导出为机器人运行指令程序，导入机器人控制柜，控制机器人进行打磨加工。
进一步地，对打磨后的曲面进行打磨质量检测。
本发明提供的有障碍物曲面的打磨方法简单实用，精度和效率均较高，可应用于具有多种凸起障碍物和短壳边缘的某型贮箱箱底隔热层的打磨工艺中。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明提出的有障碍物曲面的打磨方法作进一步详细说明。
具有法兰障碍物的贮箱箱底采用箱底支架托起并固定，因此为了使得机器人工作空间可以很好地覆盖箱底打磨区域，工业机器人可采用垫高工装适当抬高其底座高度，具体高度可采用离线仿真软件进行估算。机器人末端固定一种带尖点的标定工装，将此尖点作为工具TCP点进行标定，然后用于测量箱底某些特征点的在机器人世界坐标系下的坐标值。机器人末端固定打磨工具对贮箱箱底进行打磨加工。机器人打磨***标定与工艺方法具体如下：
（1）实物扫描点云模型获取。采用Creaform公司的手持非接触式激光扫描测量***对箱底进行点云数据扫描获取，该***由摄影测量***MaxShot 3D和三维扫描测量***HandyScan 3D两部分组成，摄影测量***MaxShot 3D主要功能为拍摄编码点定位测量***的基准坐标系，三维扫描测量***HandyScan 3D主要功能是为2个CCD相机进行箱底点云数据扫描成像。
（2）点云模型处理及实物重构。采用Geomagic软件对点云数据进行降噪精简处理，导入UG软件进行曲面拟合和障碍物建模重构。
（3）测量获取实物特征点在机器人坐标系下坐标值。机器人末端固定一个带有尖点的标定工具，将此尖点作为机器人TCP点采用“4点法”进行标定，然后机器人运动使得该TCP点充分接近曲面上特征点，读取该状态下机器人TCP点坐标，即为特征点在机器人坐标系下坐标值，完成测量。
（4）模型导入及特征点匹配。将机器人模型、步骤（2）重构三维模型、以及步骤（3）获取的特征点均导入至Geomagic软件同一坐标系，将该重构模型上的对应特征点与测量获取的特征点配准，使重构模型变换至机器人坐标系下，再将上述配准标定后所有模型导入至机器人离线编程软件Robotmaster。
（5）考虑避障进行机器人离线编程及仿真模拟。在具有CAM功能的机器人离线编程软件中，设置障碍物规避的条件，生成加工轨迹，并在机器人仿真界面下进可达性、干涉检测、奇异点规避等检查。
（6）轨迹生成与实物打磨。将加工轨迹导出为机器人运行指令程序，导入机器人控制柜，控制机器人进行实际打磨加工。步骤（5）与（6）可按粗精加工分2-3步进行。
（7）打磨质量检测。采用测距传感器（例如高精度激光位移传感器与电涡流传感器的组合测量）或针刺法对非金属厚度进行测量，并与实际工艺要求作对比检验。
本发明提供的一种针对有障碍物曲面的机器人打磨***标定与工艺方法根据实际现场多次打磨试验，被证明是有效可靠的。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (15)

1.一种有障碍物曲面的打磨方法，所述打磨方法采用机器人进行打磨，所述机器人末端固定有打磨工具；其特征在于，包括以下步骤：
S1、实物扫描，获取点云模型；
S2、对所述点云模型进行降噪精简处理和实物重构；
S3、通过测量，获取实物特征点在机器人坐标系下的坐标值；
S4、模型导入及特征点匹配；
S5、机器人离线编程及仿真模拟；
S6、生成打磨轨迹，进行实物打磨。
2.如权利要求1所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用测量设备，对具有障碍物的曲面进行扫描，获取所述曲面及障碍物的点云数据模型。
3.如权利要求2所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，所述测量设备为手持或机器人持非接触式激光扫描测量设备。
4.如权利要求1所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，所述步骤S2中，将步骤S1中获取的点云数据模型导入曲面几何专用处理软件进行噪声点去除、模型精简，将处理过的点云数据模型导入三维建模软件，进行曲面拟合及障碍物建模。
5.如权利要求1所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过确定有障碍物曲面上的特征点与所述机器人上的标定工装之间的相对位置关系，获得实物特征点在机器人坐标系下的坐标值。
6.如权利要求5所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，所述步骤S3采用机器人定位标定法：
机器人末端固定一个具有尖点的标定工具，将所述尖点作为机器人TCP点进行标定，机器人运动使得所述TCP点充分接近曲面上特征点，读取该状态下机器人TCP点坐标，即为特征点在机器人坐标系下坐标值。
7.如权利要求5所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，所述步骤S3采用激光跟踪仪测量标定法：
机器人末端固定一测量靶标球，控制机器人末端沿机器人坐标系三个轴向运动，激光跟踪仪测量获取世界坐标系的三个轴方向，并用靶标球测量出机器人底座上某一特征点的坐标，以此为原点构建与世界坐标系三方向一致的基座坐标系，再用靶标球测量出障碍物曲面上特征点在基座坐标系下坐标值。
8.如权利要求1所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，所述步骤S4中，将机器人模型、步骤S2中的重构三维模型和步骤S3中获取的特征点导入同一坐标系下，将所述重构三维模型上的对应特征点与测量获取的特征点配准标定，使得重构三维模型变换至机器人坐标系下，最后将上述配准后的机器人模型和重构三维模型导入至具有CAM功能的机器人离线编程软件。
9.如权利要求8所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，所述特征点配准标定采用绝对定向理论方法开发算法模块实现，或采用商业软件中的多对应点配准功能模块实现。
10.如权利要求1所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，所述步骤S5中，在具有CAM功能的机器人离线编程软件中，设置障碍物规避的条件，生成加工轨迹，并在机器人仿真界面下进可达性、干涉检测、奇异点规避检查。
11.如权利要求1所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，所述步骤S6中，将加工轨迹导出为机器人运行指令程序，导入机器人控制柜，控制机器人进行打磨加工。
12.如权利要求1到11所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，在所述步骤S6结束后，对打磨后的曲面进行打磨质量检测。
13.如权利要求12所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，打磨质量检测包括表面粗糙度和打磨余量检测。
14.如权利要求13所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，采用粗糙度测量仪进行粗糙度测量。
15.如权利要求13所述的有障碍物曲面的打磨方法，其特征在于，采用测距传感器或针刺法对打磨余量进行测量。
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