CN110561443A - 一种用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,本发明技术方案采用一种接触式多功能曲面法向测量模块,并将该模块与吸尘排屑、刀具微润滑接口集于一体。法向测量功能利用曲面与平面相切原理来定位工件曲面法向。采用万向机构与曲面自适应接触来定位法向偏角,该法向模块调整单元结构灵活,适应性强,能够满足不同曲率工况,大大提高制孔的质量和效率。
Description
技术领域
本发明是一种用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,属于机械装配自动化技术领域。
背景技术
在航空航天领域大量使用不同材料的蒙皮类曲面工件,飞机装配工艺需要对曲面工件大量的铆接孔,现有的装配工艺,多采用专用机床及气动工具人工制孔,受工件尺寸的影响,专用机床有其局限性,而手工制孔,对技术工人的经验素质要求较高,制孔存在质量一致性差、效率低等突出问题,影响飞机制造周期。随着生产需求的不断提高,自动化制孔是未来的必然趋势。工业机器人自动制孔手臂灵活、可达性好,已成为飞机自动化装配领域一项重要技术。
机器人自动制孔大多数采用非接触式法向测量模式激光测距方法,该方法受激光反射原理及传感单元安装尺寸的影响,对于小范围局部曲面,工件边缘部位及工艺预置孔密集区域,不能很好反馈测量数据,有其局限性。在非接触测量方法中,在末端执行器前端采用开放空间的测量方式,对于真空负压吸屑原理,负压空气在吸附空间发散,不利于切屑排出,吸屑率低,另外,开放的空间不利于微润滑喷油聚集在刀具,而且容易喷溅在工件上,对工件造成污染。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,该装置集接触式法向测量模块、吸尘排屑、刀具微润滑接口于一体。接触式法向测量模块可解决非接触式法向测量盲区问题,在接触式法向测量模块周边设置吸尘排屑接口及微润滑接口。利用法向模块封闭式结构,即可提高真空负压吸屑率,又利于微量喷油集中于刀具,防止污染工件。该辅助加工装置集成在机器人制孔末端执行器上提高制孔吸屑率,提高孔壁质量,改善刀具润滑冷却效果,延长刀具使用寿命
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
该种用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,所述机器人制孔末端执行器通过法兰1与机器人手臂连接,法兰1与压紧机构2连接,主连接板3将压紧机构2与主轴进给机构4连接在一起,刀具7安装在电主轴5上,电主轴5安装在主轴进给机构4上,前板6与主连接板3连接并且垂直,法向测量模块8安装在前板6上,并且与电主轴刀具同轴,视觉相机9和激光测距传感器10装在主连接板3的侧面,断刀检测传感器11安装在前板6上,分布在刀具7两侧,其特征在于:所述法向测量模块8的底座18与万向机构内圈16连接,万向机构外圈15与测量板19连接,测量板19的中心处安装有一个压脚17作为测量板19的接触端,位移传感器14均匀分布在底座18的周围,在法向测量模块8的前端安装一个保护罩20防止切屑进入,该保护罩20固定在底座18上,压脚17从保护罩20上的中心孔穿出,在保护罩20的侧面设置有用于负压排屑的排屑弯管12和用于对刀具进行喷油冷却的润滑接口13。
在一种实施中,所述机器人制孔末端执行器是一种薄板类曲面工件制孔的末端执行器。
在一种实施中,所述法兰1为方形。进一步,所述方形法兰1通过定位凸台及销钉与机器人制孔末端执行器连接。相比圆形法兰节省空间,又便于整体结构平滑过渡。
在一种实施中,所述压紧机构2以恒力压紧工件以减小工件振颤对制孔精度的影响。
在一种实施中,所述刀具7为钻、铰、锪窝一体刀具以实现三道工序一次完成。
在一种实施中,所述视觉相机9用于测量工件及基准孔位置信息。
在一种实施中,均匀分布在底座18周围的位移传感器14的数量为四个。
自动制孔技术大多数采用非接触式法向测量模式激光测距方法,该方法受激光反射原理及传感单元安装尺寸的影响,对于小范围局部曲面,工件边缘部位及工艺预置孔密集区域,不能很好反馈测量数据,有其局限性。在非接触测量方法中,在末端执行器前端采用开放空间的测量方式,对于真空负压吸屑原理,负压空气在吸附空间发散,不利于切屑排出,吸屑率低,另外,开放的空间不利于微润滑喷油聚集在刀具,而且容易喷溅在工件上,对工件造成污染。针对此问题,本发明技术方案采用一种接触式多功能曲面法向测量模块,并将该模块与吸尘排屑、刀具微润滑接口集于一体。法向测量功能利用曲面与平面相切原理来定位工件曲面法向。采用万向机构与曲面自适应接触来定位法向偏角,该法向调整单元结构灵活,适应性强,能够满足不同曲率工况,大大提高制孔的质量和效率。
在制孔过程中,要求对工件施加恒定的压紧力,特别对叠层材料尽量减少层间毛刺现象,能够减轻刀具钻削过程中由工件振颤带来的影响,针对这一问题,本发明技术方案中,以一种力闭环控制的压紧机构(2)中的扭矩传感器实时检测丝杠的扭矩,换算成压脚端轴向压紧力,伺服电机采集压紧力信号,控制电机使得压紧力保持恒定。
根据制孔工艺,需要控制锪窝深度,本发明技术方案中,主轴进给机构4通过光栅尺实时测量主轴位置,将主轴位置反馈给控制***,精确控制制孔时的主轴进给量,从而保证制孔的锪窝深度精度。
在机器人制孔过程中,由于制造装配原因,数字模型和实际装配体之间存在偏差,离线编程***直接生成的制孔程序并不能满足位置精度要求。根据实际生产现场的工艺要求,在工件表面预先设置预制孔,通过测量预制孔的位置,对待制孔点进行位置补偿。在所有的测量方法中,由于视觉测量的高精度和非接触测量的优点,使其成为能够集成在末端执行器上的最佳方案。但是单目视觉相机只能获得平面坐标信息,不能获得预制孔的空间坐标信息,对于曲面工件来讲存在测量误差,因此,本发明技术方案中,通过增加激光测距测量传感器10可以有效的补偿视觉相机9测量的精度,提高末端执行器制孔位置精度。
两个断刀检测传感器11安装在前板6上,对称分布在刀具7两侧。断刀传感器11采用激光对射方式,分为发射端和接收端,发射端发射激光束,当接收端接收到发射端发出的激光束后,将向控制***发出信号表示接收端接收到光束。在制孔之前刀具进给过程中,此时激光对射传感器的发射端将向刀具尖点发射激光束,若刀具完好,对射传感器的接收端将接收不到信号,控制***可以得知刀具未折断可以继续进行制孔。若刀具发生折断,激光对射传感器的接收端将能够接收到激光信号,此时,控制***将接收到断刀信息,并进行停机处置,提示操作人员进行换刀。
本发明具有的优点和有益效果是体积小、结构紧凑应用范围广,尤其适用于空间相对狭窄的桶状制孔场合,解决专用机床制孔可达区域受限的问题。对壁板类曲面工件来说,由于表面曲率随位置不同而变化,此末端执行器的法向测量模块(8)能够自适应不同曲率表面的弧度变化,并实时感知实际法向与理论法线之间的偏角,根据偏差值机器人手臂调整实际法向与理论法线偏差角到一个预定的范围内,保证制孔的法向精度。
附图说明
图1是本发明所述机器人制孔末端执行器的结构主视图
图2是图1的结构右视图
图3是本发明所述法向测量模块的结构图
图4是图3的结构右视图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述:
参见附图1~4所示,法兰1与压紧机构2连接,主连接板3将压紧机构2与主轴进给机构4连接在一起。刀具7安装在电主轴5上,电主轴5安装在主轴进给机构4上,前板6与主连接板3连接并且垂直,多功能法向测量模块8安装在前板6上,并且与电主轴5和刀具7同轴,视觉相机9和激光测距传感器10装在主连接板3的侧面,断刀检测传感器11安装在前板6上,分布在刀具7两侧。
多功能法向测量模块8包括排屑弯管12、微润滑接口13、位移传感器14、万向机构外圈15、万向机构内圈16、压脚17、底座18、测量板19、保护罩20。安装座18与万向机构内圈16连接,万向机构外圈15与测量板19连接,位移传感器14安装在底座18上,四个位移传感器14均匀分布,保护罩20保护切削屑不进入测量模块。
压脚17接触端与曲面接触后,当存在法向角偏差时,万向机构外圈15带动测量板19发生偏转,位移传感器14的数据发生变化。通过位移传感器14的输出值计算出曲面的法向角。该测量模块与工件曲面局部接触,接触范围小,对工件边缘、工艺孔密集的区域测量效果好,解决了非接触式法向测量方法对工艺孔密集区域、工件边缘不能测量的局限。排屑弯管12与微润滑接口13安装在测量模块两侧,可解决在非接触法向测量方法中,刀具周边开放空间,对于真空负压吸屑,不利于切屑排出,吸屑率低的问题。测量板19接触端与曲面接触后,当存在法向角偏差时,万向机构外圈15带动测量板19带动发生偏转,位移传感器14的数据发生变化。通过位移传感器14的输出值计算出曲面的法向角。该测量模块与工件曲面局部接触,接触范围小,对工件边缘、工艺孔密集的区域测量效果好,解决了非接触式法向测量方法对工艺孔密集区域、工件边缘不能测量的局限。排屑弯管12与微润滑接口13安装在测量模块两侧,可解决在非接触法向测量方法中,刀具周边开放空间,对于真空负压吸屑,不利于切屑排出,吸屑率低的问题。另外,改善喷雾冷却效果延长刀具使用寿命。
该种用于机器人制孔末端执行器的工作流程如下:
先由离线程序***确定工件上所制孔区域位置,机器人携带末端执行器就位,末端执行器压紧机构2推动压脚17到靠近工件表面,法向测量模块8的压脚17与工件接触,在压紧机构2作用下进行预压紧,压脚17逐渐与工件曲面接触,由软件计算出法向偏角。将偏角数据反馈给机器人控制***,控制***调整机器人手臂角度使偏角为零,完成第一次法向调姿。由视觉定位***与测距传感器扫描基准特征位值,计算并比对孔位信息,进行差值计算出目标孔位,机器人移动到目标孔位,启动断刀检测功能,机器人进行第二次法向调姿、压紧机构2进行二次压紧力,使压脚17与工件表面压紧,达到制孔所需的压紧力,通过扭矩传感器反馈控制***保持压紧力恒定。开启刀具、除屑装置,***控制电主轴进给机构带动电主轴进给运动为制孔提供轴向推力,同时电主轴转动刀具切削,进行制孔动作,光栅尺检测锪窝深度并反馈给控制器,当达到制孔深度精度范围,制孔完成后刀具撤回,关闭润滑、除屑装置,一次制孔动作结束,机器人手臂移至下一孔位,循环执行制孔动作。
Claims (8)
1.一种用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,所述机器人制孔末端执行器通过法兰(1)与机器人手臂连接,法兰(1)与压紧机构(2)连接,主连接板(3)将压紧机构(2)与主轴进给机构(4)连接在一起,刀具(7)安装在电主轴(5)上,电主轴(5)安装在主轴进给机构(4)上,前板(6)与主连接板(3)连接并且垂直,法向测量模块(8)安装在前板(6)上,并且与电主轴刀具(7)同轴,视觉相机(9)和激光测距传感器(10)装在主连接板(3)的侧面,断刀检测传感器(11)安装在前板(6)上,分布在刀具(7)两侧,其特征在于:所述法向测量模块(8)的底座(18)与万向机构内圈(16)连接,万向机构外圈(15)与测量板(19)连接,测量板(19)的中心处安装有一个压脚(17)作为测量板(19)的接触端,位移传感器(14)均匀分布在底座(18)的周围,在法向测量模块(8)的前端安装一个保护罩(20)防止碎屑进入,该保护罩(20)固定在底座(18)上,压脚(17)从保护罩(20)上的中心孔穿出,在保护罩(20)的侧面设置有用于负压排屑的排屑弯管(12)和用于对刀具进行喷油的微量润滑接口(13)。
2.根据权利要求1所述的用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,其特征在于:所述机器人制孔末端执行器是一种薄板类曲面工件制孔的末端执行器。
3.根据权利要求1所述的用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,其特征在于:所述机器人制孔末端执行器法兰(1)为方形。
4.根据权利要求3所述的用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,其特征在于:所述方形法兰(1)通过定位凸台及销钉与机器人制孔末端执行器连接。
5.根据权利要求1所述的用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,其特征在于:所述压紧机构(2)以恒力压紧工件以减小工件振颤对制孔精度的影响。
6.根据权利要求1所述的用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,其特征在于:所述刀具(7)为钻、铰、锪窝一体刀具以实现三道工序一次完成。
7.根据权利要求1所述的用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,其特征在于:所述视觉相机(9)用于测量工件及基准孔位置信息。
8.根据权利要求1所述的用于机器人制孔末端执行器的辅助加工装置,其特征在于:均匀分布在底座(18)周围的位移传感器(14)的数量为四个。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191213 |