CN108068122A - 一种大型船舶槽面加工装置及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型船舶槽面加工装置及定位方法，属于工业制造技术领域，包括设置在船舶槽面并在其上滑动的移动平台、及设置在移动平台上的六轴关节型工业机器人铣削装置和加工工件；六轴关节型工业机器人铣削装置包括六轴关节型串联工业机器人、及设置在六轴关节型串联工业机器人末端的高速电主轴、探针和激光传感器；加工工件包括铣削工件、激光划线工件和激光钻孔工件，铣削工件、激光划线工件和激光钻孔工件均安装在移动平台上。本发明集成普通工业机器人、高速电主轴及加工工件等，可解决大型船舶槽面的精加工等作业任务中存在的成本高、加工过程复杂、效率低下的问题。

Description

一种大型船舶槽面加工装置及定位方法
技术领域
本发明涉及一种船舶加工装置及定位方法，特别是涉及一种大型船舶槽面加工装置及定位方法，属于工业制造技术领域。
背景技术
随着科学技术的发展，工业机器人在自动化生产领域已得到了广泛的应用，如搬运、焊接、喷漆等生产制造过程。然而利用工业机器人进行槽面工件的铣削加工是目前正在发展的一种研究方向和方法。
工业机器人应用于铣削加工领域具有成本低、自动化程度高、柔性好、安装空间小等优点，能方便地实现铣削加工工具头在空间的各种位置和姿态，可以满足自由曲面法向钻孔等复杂加工的要求。比如在文献“Arobotic system for rapid prototyping”(Tse WC,Chen Y H.Proceedings of the 1997IEEE International Conference on Roboticsand Automation,Piscataway,USA:IEEE,1997,1815-1820.)中，采用六轴工业机器人来直接铣削石蜡和泡沫材料原型。文献“High-speed end milling of an articulated robotand its characteristics”(Matsuoka S I,Shimizu K,Yamazaki N,et al,Journal ofMaterials Processing Technology,1999,95(1-3):83-89)采用机器人高速铣削加工铝合金工件。文献“面向大型制件的机器人快速原型***”(陈永华，谢万章，胡亦农，中国机械工程，1997，8(5):42-44)提出面向大型制件的机器人快速原型***，并对机器人切割的无干涉路径算法进行了研究。和传统数控机床相比，切削机器人具有自由度多、工作范围广、运动灵活等优点，能加工具有复杂细节和复杂外形的零件。对于加工同样工作面积的机器人比数控机床能节省40％的空间，同时按照机器人的费用比安装大型机械工具的价钱要低。目前，工业机器人的制孔、铣面、钻铆、切割等加工方法已经在汽车、航空制造等领域得到了应用。
然而，工业机器人应用于大型船舶槽面加工***及方法，包括机器人定位***和坐标转换技术，还未见技术层面的报导。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种大型船舶槽面加工装置及定位方法，解决现有技术中采用如CNC五轴高速数控加工中心而存在的成本高、加工过程复杂、效率低下的问题。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种大型船舶槽面加工装置，包括设置在船舶槽面并在其上滑动的移动平台、及设置在所述移动平台上的六轴关节型工业机器人铣削装置和加工工件；所述六轴关节型工业机器人铣削装置包括六轴关节型串联工业机器人、及设置在所述六轴关节型串联工业机器人末端的高速电主轴、探针和激光传感器；所述加工工件包括铣削工件、激光划线工件和激光钻孔工件，所述铣削工件、所述激光划线工件和所述激光钻孔工件均安装在所述移动平台上。
优选的，所述探针安装在所述六轴关节型串联工业机器人的末端，用于探测工作台面上的四个加工基准点，确定加工基准面及工件坐标系。
优选的，所述激光传感器安装于所述六轴关节型串联工业机器人末端的法兰盘上，用于测量加工基准面的划线初始点与划线方向，将划线初始点与划线方向转换为所述六轴关节型串联工业机器人的坐标系。
优选的，所述铣削工件、所述激光划线工件和所述激光钻孔工件均安装在所述六轴关节型串联工业机器人末端的法兰盘上，采用机械装配或者机械抓取的方式来实现三者之间的切换。
优选的，所述六轴关节型串联工业机器人安装在所述移动平台上，所述移动平台与一控制气缸连接，所述控制气缸控制所述移动平台移动。
优选的，所述六轴关节型串联工业机器人为库卡IKR210 2700型工业机器人。
进一步的，所述铣削工件的加工过程包括如下步骤：
步骤1：将高速电主轴、探针、激光传感器依次安装于六轴关节型串联工业机器人末端；
步骤2：六轴关节型串联工业机器人通过移动平台移动到初步位置后，通过六轴关节型串联工业机器人上所安装的激光传感器对加工工件进行位置定位；
步骤3：安装于六轴关节型串联工业机器人末端的探针探测槽体面，确定四个加工基准点，进而确定加工基准面，得到加工工件的坐标系，即完成了由工具坐标系向工件坐标系的转换；
步骤4：将铣削工件安装在高速电主轴末端，通过控制使六轴关节型串联工业机器人根据坐标转换得到的工件坐标系对需要铣削的工件槽体进行铣削；
步骤5：在六轴关节型串联工业机器人末端换取不同的刀头，对需要加工的工件进行铣削加工，通过激光钻孔工件进行打孔；
步骤6：对铣削后的工件的平整度进行分阶段多次测量。
一种大型船舶槽面加工定位方法，对铝合金材料进行划线、钻孔、铣削加工，在铣削加工之后，采用激光平面度检测仪，对平整度进行分阶段多次测量，检测仪在90°扫描时，激光面的平面精度为0.005mm/m，激光面测量半径30.5m。
本发明的有益技术效果：按照本发明的大型船舶槽面加工装置及定位方法，本发明提供的大型船舶槽面加工装置，机器人被安装于移动平台上，通过气缸进行推动，采用机械装配或者机械抓取的方式，来实现激光划线工件、激光钻孔工件、铣削工件等不同工件之间的切换，机器人定位是通过机器人上所安装的激光传感器，工作坐标系转换是通过探测工件工作台面上的四个加工基准点，以确定加工基准面，从而确定工件坐标系，可保证加工平面的平面度和精确度，使用普通的工业机器人及高速电主轴，即可实现槽面铣削加工功能及达到加工精度要求，且可以实现多种铣削加工功能，可解决大型船舶槽面的精加工等作业任务中的切削加工问题。
附图说明
图1为按照本发明的大型船舶槽面加工装置的一优选实施例的整体结构示意图；
图2为按照本发明的大型船舶槽面加工装置及定位方法的一优选实施例的激光传感器结构示意图，该实施例可以是与图1相同的实施例，也可以是与图1不同的实施例；
图3为按照本发明的大型船舶槽面加工装置及定位方法的一优选实施例的铣削工件结构示意图，该实施例可以是与图1或图2相同的实施例，也可以是与图1或图2不同的实施例。
图中：1-六轴关节型串联工业机器人，2-高速电主轴，4-探针，5-激光传感器，6-铣削工件，7-激光划线工件，8-激光钻孔工件，9-移动平台。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1、图2和图3所示，本实施例提供的一种大型船舶槽面加工装置，包括设置在船舶槽面并在其上滑动的移动平台9、及设置在所述移动平台9上的六轴关节型工业机器人铣削装置和加工工件；所述六轴关节型工业机器人铣削装置包括六轴关节型串联工业机器人1、及设置在所述六轴关节型串联工业机器人1末端的高速电主轴2、探针4和激光传感器5；所述加工工件包括铣削工件6、激光划线工件7和激光钻孔工件8，所述铣削工件6、所述激光划线工件7和所述激光钻孔工件8均安装在所述移动平台9上。
进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述探针4安装在所述六轴关节型串联工业机器人1的末端，用于探测工作台面上的四个加工基准点，确定加工基准面及工件坐标系，所述激光传感器5安装于所述六轴关节型串联工业机器人1末端的法兰盘上，用于测量加工基准面的划线初始点与划线方向，将划线初始点与划线方向转换为所述六轴关节型串联工业机器人1的坐标系。
进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述铣削工件6、所述激光划线工件7和所述激光钻孔工件8均安装在所述六轴关节型串联工业机器人1末端的法兰盘上，采用机械装配或者机械抓取的方式来实现三者之间的切换。
进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述六轴关节型串联工业机器人1安装在所述移动平台9上，所述移动平台9与一控制气缸连接，所述控制气缸控制所述移动平台9移动，所述六轴关节型串联工业机器人1为库卡IKR210 2700型工业机器人。
进一步的，在本实施例中，所述铣削工件6的加工过程包括如下步骤：
步骤1：将高速电主轴2、探针4、激光传感器5依次安装于六轴关节型串联工业机器人1末端；
步骤2：六轴关节型串联工业机器人1通过移动平台9移动到初步位置后，通过六轴关节型串联工业机器人1上所安装的激光传感器5对加工工件进行位置定位；
步骤3：安装于六轴关节型串联工业机器人1末端的探针4探测槽体面，确定四个加工基准点，进而确定加工基准面，得到加工工件的坐标系，即完成了由工具坐标系向工件坐标系的转换；
步骤4：将铣削工件6安装在高速电主轴2末端，通过控制使六轴关节型串联工业机器人1根据坐标转换得到的工件坐标系对需要铣削的工件槽体进行铣削；
步骤5：在六轴关节型串联工业机器人1末端换取不同的刀头，对需要加工的工件进行铣削加工，通过激光钻孔工件8进行打孔；
步骤6：对铣削后的工件的平整度进行分阶段多次测量。
本实施例提供的一种大型船舶槽面加工定位方法，对铝合金材料进行划线、钻孔、铣削加工，在铣削加工之后，采用激光平面度检测仪，对平整度进行分阶段多次测量，检测仪在90°扫描时，激光面的平面精度为0.005mm/m，激光面测量半径30.5m。
进一步的，在本实施例中，六轴关节型串联工业机器人1为库卡IKR210 2700型工业机器人，通过人机交互层触摸屏及控制面板进行机器人铣削加工流程控制和状态监控。
进一步的，在本实施例中，图2示出的是激光传感器5的结构图，激光传感器5能够独特的与机器人之间多位置机械接口，实现绝对定位，六轴关节型串联工业机器人1通过液压移动平台9移动到初步位置后，通过六轴关节型串联工业机器人1上所安装的激光传感器5结合，每段固定的定位装置，通过***软件进行定位，其定位精度可以达到0.08mm。
进一步的，在本实施例中，图3示出的是工件工作台上铣削工件6的结构图，铣削工件6在末端换取不同的刀头，来实现不同铣削和打磨。
进一步的，在本实施例中，在使用本实施例时，整个铣削加工过程按照如下的步骤进行：
首先，将高速电主轴2、探针4、激光传感器5依次安装于工业机器人1末端，工作人员确保上料仓的物料供应，并通过控制台正确输入相应的加工零件批次号等信息；
第二步是，机器人1通过液压平台移动到初步位置后，通过机器人1上所安装的激光传感器5结合，每段固定的定位装置，通过六轴关节型串联工业机器人1上所安装的激光传感器5对加工工件进行位置定位；
第三步是，安装于六轴关节型串联工业机器人1末端的探针4探测槽体面上的四个加工基准点，进而确定加工基准面，得到加工工件的坐标系，；
第四步是，将铣削工件6安装在高速电主轴2末端，通过控制使六轴关节型串联工业机器人1根据坐标转换得到的工件坐标系对需要铣削的工件槽体进行铣削；
第五步是，在工业机器人1末端换取不同的刀头，对工件进行铣削加工，同时有几个表面需要激光钻孔器8进行打孔；
最后一步是，铣削之后，采用激光平面度检测仪，对平整度进行分阶段多次测量。检测仪在90°扫描时，激光面的平面精度为0.005mm/m，激光面测量半径30.5m。
进一步的，在本实施例中，六轴关节型工业机器人铣削装置安装在移动平台上，通过PLC控制器进行控制和移动，采用总线通讯型PLC作为总控制器，分三级控制方式，包括人机交互层、总控层、机器人运动控制及作业机床接口层，人机交互层采用触摸屏及控制面板。触摸屏负责启动、停止、急停等控制命令的发送以及机器人、作业机床等子设备的状态信息显示、故障信息显示、故障日志显示、日产量统计等，方便用户查看及维护，控制面板负责主要的控制命令如启动、停止、急停等以及电源指示、机器人及作业气缸的工作状态指示及工作模式指示。
进一步的，在本实施例中，机器人定位通过液压平台移动到初步位置后，通过机器人上所安装的激光传感器结合，每段固定的定位装置，通过***软件进行定位，其定位精度可以达到0.08mm。
进一步的，在本实施例中，坐标转换，探针装置安装在六轴关节型串联工业机器人1末端，利用探针探测槽体面上的四个加工基准点，从而确定工件坐标系，在给定基准面基础上。
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的大型船舶槽面加工装置及定位方法，本实施例提供的大型船舶槽面加工装置及定位方法，机器人被安装于移动平台上，通过气缸进行推动，采用机械装配或者机械抓取的方式，来实现激光划线工件、激光钻孔工件、铣削工件等不同工件之间的切换，机器人定位是通过机器人上所安装的激光传感器，工作坐标系转换是通过探测工件工作台面上的四个加工基准点，以确定加工基准面，从而确定工件坐标系，可保证加工平面的平面度和精确度，使用普通的工业机器人及高速电主轴，即可实现槽面铣削加工功能及达到加工精度要求，且可以实现多种铣削加工功能，可解决大型船舶槽面的精加工等作业任务中的切削加工问题。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大型船舶槽面加工装置，包括设置在船舶槽面并在其上滑动的移动平台(9)、及设置在所述移动平台(9)上的六轴关节型工业机器人铣削装置和加工工件；其特征在于：所述六轴关节型工业机器人铣削装置包括六轴关节型串联工业机器人(1)、及设置在所述六轴关节型串联工业机器人(1)末端的高速电主轴(2)、探针(4)和激光传感器(5)；所述加工工件包括铣削工件(6)、激光划线工件(7)和激光钻孔工件(8)，所述铣削工件(6)、所述激光划线工件(7)和所述激光钻孔工件(8)均安装在所述移动平台(9)上。
2.根据权利要求1所述的一种大型船舶槽面加工装置，其特征在于：所述探针(4)安装在所述六轴关节型串联工业机器人(1)的末端，用于探测工作台面上的四个加工基准点，确定加工基准面及工件坐标系。
3.根据权利要求2所述的一种大型船舶槽面加工装置，其特征在于：所述激光传感器(5)安装于所述六轴关节型串联工业机器人(1)末端的法兰盘上，用于测量加工基准面的划线初始点与划线方向，将划线初始点与划线方向转换为所述六轴关节型串联工业机器人(1)的坐标系。
4.根据权利要求1所述的一种大型船舶槽面加工装置，其特征在于：所述铣削工件(6)、所述激光划线工件(7)和所述激光钻孔工件(8)均安装在所述六轴关节型串联工业机器人(1)末端的法兰盘上，采用机械装配或者机械抓取的方式来实现三者之间的切换。
5.根据权利要求1所述的一种大型船舶槽面加工装置，其特征在于：所述六轴关节型串联工业机器人(1)安装在所述移动平台(9)上，所述移动平台(9)与一控制气缸连接，所述控制气缸控制所述移动平台(9)移动。
6.根据权利要求1所述的一种大型船舶槽面加工装置，其特征在于：所述六轴关节型串联工业机器人(1)为库卡IKR210 2700型工业机器人。
7.根据权利要求1所述的一种大型船舶槽面加工装置，其特征在于：所述铣削工件(6)的加工过程包括如下步骤：
步骤1：将高速电主轴(2)、探针(4)、激光传感器(5)依次安装于六轴关节型串联工业机器人(1)末端；
步骤2：六轴关节型串联工业机器人(1)通过移动平台(9)移动到初步位置后，通过六轴关节型串联工业机器人(1)上所安装的激光传感器(5)对加工工件进行位置定位；
步骤3：安装于六轴关节型串联工业机器人(1)末端的探针(4)探测槽体面，确定四个加工基准点，进而确定加工基准面，得到加工工件的坐标系，即完成了由工具坐标系向工件坐标系的转换；
步骤4：将铣削工件(6)安装在高速电主轴(2)末端，通过控制使六轴关节型串联工业机器人(1)根据坐标转换得到的工件坐标系对需要铣削的工件槽体进行铣削；
步骤5：在六轴关节型串联工业机器人(1)末端换取不同的刀头，对需要加工的工件进行铣削加工，通过激光钻孔工件(8)进行打孔；
步骤6：对铣削后的工件的平整度进行分阶段多次测量。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的大型船舶槽面加工定位方法，其特征在于：对铝合金材料进行划线、钻孔、铣削加工，在铣削加工之后，采用激光平面度检测仪，对平整度进行分阶段多次测量，检测仪在90°扫描时，激光面的平面精度为0.005mm/m，激光面测量半径30.5m。
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