用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法、装置及系统与流程

本发明涉及机器人加工技术领域，尤其涉及一种用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法、上位机、控制柜、用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置及用于风洞构件的机器人铣削和磨削的系统。

背景技术：

由于大型风洞构件具有体积大、难以移动、定位难度大等特点，普通的机床已经不能满足其加工要求。对于需要依靠现场设备完成制备的结构复杂的大型风洞等构件，具有待加工型面可达性差、加工要求高等特殊要求，无法在一个固定的大尺寸坐标系下一次性完成加工，且一般大型机床无法简单的在风洞现场直接使用。现阶段只能采用人工手持切割机和磨削工具进行切割和磨削，此种作业方法不但劳动强度大、效率低、质量参差不齐。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法、上位机、控制柜、用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置及用于风洞构件的机器人铣削和磨削的系统，解决相关技术中存在的无法实现对大型风洞构件进行高效高质的切割和磨削的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法，其中，包括：

获取待加工风洞构件的型面测量数据；

获取机器人末端工具与待加工风洞构件的相对位置信息；

根据预设材料去除量数据、所述型面测量数据以及所述相对位置信息进行分析处理，得到机器人的轨迹规划数据；

根据所述机器人的轨迹规划数据生成机器人加工控制指令；

将所述机器人加工控制指令发送至所述机器人的控制器。

进一步地，所述用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法还包括在所述将所述机器人加工控制指令发送至所述机器人的控制器的步骤后进行的：

获取机器人对待加工风洞构件进行铣削和磨削后的型面检测数据；

根据所述型面检测数据分析所述机器人的加工效果是否满足加工要求；

若所述机器人的加工效果不满足加工要求，则根据所述型面检测数据重新获得机器人的轨迹规划数据；

将重新获得的机器人的轨迹规划数据生成新的机器人加工控制指令；

并将新的机器人加工控制指令发送至所述机器人的控制器。

作为本发明的另一个方面，提供一种用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法，其中，包括：

获取机器人的控制器中的机器人加工控制指令；

根据所述机器人加工控制指令生成机器人运动控制指令；

将所述机器人运动控制指令发送至运动执行机构控制单元。

进一步地，所述机器人的运动控制指令包括：导轨运动控制指令、电主轴及其配套设备工作控制指令、磨削工具及其配套设备工作控制指令、快换工具工作控制指令和气路控制指令。

作为本发明的另一个方面，提供一种上位机，其中，包括存储器和处理器，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用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法。

作为本发明的另一个方面，提供一种控制柜，其中，包括plc控制器，所述plc控制器包括存储器和处理器，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用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法。

进一步地，所述控制柜还包括运动执行机构控制单元，所述运动执行机构控制单元与所述plc控制器通信连接，所述运动执行机构控制单元包括：导轨控制单元、电主轴及其配套设备控制单元、磨削工具及其配套设备控制单元、快换工具控制单元和气路控制单元。

作为本发明的另一个方面，提供一种用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置，其中，包括：机器人、前文所述的上位机和前文所述的控制柜，所述上位机和所述控制柜内的plc控制器均与所述机器人的控制器通信连接，所述机器人设置在平移导轨装置上，所述机器人能够根据所述上位机的机器人加工控制指令对待加工风洞构件进行加工，以及能够根据plc控制器的机器人运动控制指令在所述平移导轨装置上移动。

进一步地，当所述控制柜包括运动执行机构控制单元，所述运动执行机构控制单元包括导轨控制单元、电主轴及其配套设备控制单元、磨削工具及其配套设备控制单元、快换工具控制单元和气路控制单元时，所述用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置还包括运动执行机构，所述运动执行机构包括：与所述导轨控制单元连接的伺服电机、润滑装置和限位开关，与所述电主轴及其配套设备控制单元连接的电主轴、水冷却机和液压站，与所述磨削工具及其配套设备控制单元连接的主动偏心打磨工具和集尘器以及与所述快换工具控制单元连接的快换装置。

作为本发明的另一个方面，提供一种用于风洞构件的机器人铣削和磨削的系统，其中，包括：视觉检测装置、激光跟踪仪和前文所述的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置，所述视觉检测装置和所述激光跟踪仪均与所述用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置中的上位机通信连接，所述视觉检测装置用于采集待加工风洞构件的型面测量数据，所述激光跟踪仪用于采集机器人末端工具与待加工风洞构件的相对位置信息，所述上位机用于根据待加工风洞构件的型面测量数据以及机器人末端工具与待加工风洞构件的相对位置信息生成机器人加工控制指令。

本发明提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法，通过获取待加工风洞构件的型面测量数据以及获取机器人末端工具与待加工风洞构件的相对位置信息，能够根据获取到的数据得到机器人的轨迹规划数据，将该轨迹规划数据发送至机器人的控制器，可以指导机器人按照此轨迹规划数据执行铣削和磨削操作，这种用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法精度可控，适用于大型复杂构件，且能够有效提高加工效率。

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为本发明提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置的结构示意图。

图2为本发明提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置的结构框图。

图3为本发明提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法的一种实施例的流程图。

图4为本发明提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法的另一种实施例的流程图。

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。

为了提高磨削和切割效率，在本发明实施例中提供一种用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置，其中，如图1所示，包括：机器人1、上位机7和控制柜5，所述上位机7和所述控制柜5内的plc控制器均与所述机器人1的控制器通信连接，所述机器人1设置在平移导轨装置3上，所述机器人1能够根据所述上位机7的机器人加工控制指令对待加工风洞构件进行加工，以及能够根据plc控制器的机器人运动控制指令在所述平移导轨装置3上移动。

作为所述控制柜的具体实施方式，如图2所示，所述控制柜还包括运动执行机构控制单元，所述运动执行机构控制单元与所述plc控制器通信连接，所述运动执行机构控制单元包括：导轨控制单元、电主轴及其配套设备控制单元、磨削工具及其配套设备控制单元、快换工具控制单元和气路控制单元。

如图1和图2所示，当所述控制柜包括运动执行机构控制单元，所述运动执行机构控制单元包括导轨控制单元、电主轴及其配套设备控制单元、磨削工具及其配套设备控制单元、快换工具控制单元和气路控制单元时，所述用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置还包括运动执行机构，所述运动执行机构包括：与所述导轨控制单元连接的伺服电机、润滑装置和限位开关，与所述电主轴及其配套设备控制单元连接的电主轴、水冷却机6和液压站4，与所述磨削工具及其配套设备控制单元连接的主动偏心打磨工具（ferroboticsaok）和集尘器以及与所述快换工具控制单元连接的快换装置8。

需要说明的是，所述用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置还包括末端加工工具支架2，其中平移导轨装置3实现机器人在导轨上来回移动；液压站4、水冷却机6为铣削电主轴的辅助配套装置，用于电主轴的更换刀具和降温；使用快换装置8从末端加工工具支架2上夹取或更换末端加工工具。上位机7与机器人1通信，机器人1与控制柜5内的plc控制器通信，实现上位机7和plc控制器之间进行控制参数的传输与反馈。

本发明实施例提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置实现铣削和磨削的过程具体如下：

对待加工风洞构件收缩段肋板进行整体测量，确定各部分材料去除量。

对收缩段肋板中材料去除量大的区域采用机器人1夹持粗铣刀具进行粗铣。

对粗铣后区域进行测量检测，若仍存在材料去除量大的区域，针对该区域再次进行粗铣加工，否则，转入下一道工序。

机器人1使用工具快换装置8自动更换精铣刀具。

对收缩段肋板中材料去除量稍大的区域采用机器人1夹持精铣刀进行精铣。

对精铣后的区域进行测量检测，若仍存在材料去除量较大的区域，针对该区域再次进行精铣加工，否则，转入下一道工序。

机器人1使用工具快换装置8自动更换磨削刀具。

对收缩段肋板整体进行机器人磨削加工。

对收缩段肋板整体进行测量，对其表面粗糙度、表面光滑进行检测，若存在表面粗糙度较大、有明显阶差/刀痕等区域返回再次进行磨削。

作为本发明的另一实施例，提供一种用于风洞构件的机器人铣削和磨削的系统，其中，包括：视觉检测装置、激光跟踪仪和前文所述的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置，所述视觉检测装置和所述激光跟踪仪均与所述用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制装置中的上位机通信连接，所述视觉检测装置用于采集待加工风洞构件的型面测量数据，所述激光跟踪仪用于采集机器人末端工具与待加工风洞构件的相对位置信息，所述上位机用于根据待加工风洞构件的型面测量数据以及机器人末端工具与待加工风洞构件的相对位置信息生成机器人加工控制指令。

作为上位机的具体实施方式，所述上位机包括存储器和处理器，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用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法。

下面结合图3对上位机执行的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法进行描述。

在本实施例中提供了一种用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法，图3是根据本发明实施例提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法的流程图，如图3所示，包括：

s310、获取待加工风洞构件的型面测量数据；

s320、获取机器人末端工具与待加工风洞构件的相对位置信息；

s330、根据预设材料去除量数据、所述型面测量数据以及所述相对位置信息进行分析处理，得到机器人的轨迹规划数据；

s340、根据所述机器人的轨迹规划数据生成机器人加工控制指令；

s350、将所述机器人加工控制指令发送至所述机器人的控制器。

本发明实施例提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法，通过获取待加工风洞构件的型面测量数据以及获取机器人末端工具与待加工风洞构件的相对位置信息，能够根据获取到的数据得到机器人的轨迹规划数据，将该轨迹规划数据发送至机器人的控制器，可以指导机器人按照此轨迹规划数据执行铣削和磨削操作，这种用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法精度可控，适用于大型复杂构件，且能够有效提高加工效率。

具体地，所述用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法还包括在所述将所述机器人加工控制指令发送至所述机器人的控制器的步骤后进行的：

获取机器人对待加工风洞构件进行铣削和磨削后的型面检测数据；

根据所述型面检测数据分析所述机器人的加工效果是否满足加工要求；

若所述机器人的加工效果不满足加工要求，则根据所述型面检测数据重新获得机器人的轨迹规划数据；

将重新获得的机器人的轨迹规划数据生成新的机器人加工控制指令；

并将新的机器人加工控制指令发送至所述机器人的控制器。

作为控制柜的具体实施方式，包括plc控制器，所述plc控制器包括存储器和处理器，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用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法。

下面结合图4对plc控制器执行的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法进行描述。作为本发明的另一实施例，提供一种用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法，其中，如图4所示，包括：

s410、获取机器人的控制器中的机器人加工控制指令；

s420、根据所述机器人加工控制指令生成机器人运动控制指令；

s430、将所述机器人运动控制指令发送至运动执行机构控制单元。

本发明实施例提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削控制方法，通过获取机器人的控制器中的加工控制指令，以此生成机器人运动控制指令，并反馈至运动执行机构控制单元中，以通过运动执行机构控制单元控制运动执行机构的运动，从而指导机器人的运动，进而可以使得机器人在该运动控制指令下对待加工风洞构件更加高效的执行铣削和磨削操作。

具体地，所述机器人的运动控制指令包括：导轨运动控制指令、电主轴及其配套设备工作控制指令、磨削工具及其配套设备工作控制指令、快换工具工作控制指令和气路控制指令。

应当理解的是，所述机器人的运动控制指令与前文所述的控制柜中所包括的导轨控制单元、电主轴及其配套设备控制单元、磨削工具及其配套设备控制单元、快换工具控制单元和气路控制单元相对应，即导轨控制单元能够生成导轨控制指令，电主轴及其配套设备控制单元能够生成电主轴及其配套设备工作控制指令，磨削工具及其配套设备控制单元能够生成磨削工具及其配套设备工作控制指令，快换工具控制单元能够生成快换工具工作控制指令，气路控制单元相对应能够生成气路控制指令。

本发明提供的上位机与机器人之间通过tcp/ip协议通信，plc控制器与机器人之间通过profinet协议通信，从而实现上位机与plc控制器之间的数据数据交换。在机器人开始加工前，首先通过视觉检测装置测量待加工型面，并发送至上位机分析其表面的材料去除量分布情况。然后采用激光跟踪仪实时获取机器人末端工具和待加工风洞构件的相对位置信息，实现机器人位置精度的控制。本发明实施例提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削的系统能够根据材料去除量分布情况，选用合适的加工工具，并对待加工区域进行机器人在线轨迹规划，调用合适的加工工艺参数，生成机器人的加工程序，启动机器人开始加工。加工完成后，再次利用视觉检测装置对加工型面进行检测，分析加工效果是否满足要求；如果不满足要求，再根据视觉检测装置反馈测量数据加对机器人轨迹进行规划和优化。

本发明实施例提供的用于风洞构件的机器人铣削和磨削的系统能够借助专业的大范围测量系统采集各区域的型面数据，通过自寻位技术对加工区域进行定位，然后通过控制导轨的伺服电机移动机器人对构件进行逐区域加工，从而实现超大构件的整体制造。该系统建立了在plc控制器与导轨伺服电机的第一个闭环控制系统，实现了电机对工业控制器的高精度响应。除了常规工业运动控制器之外，系统再将机器人单元接入控制系统回路，并让反馈信号进入机器人，与机器人内部原目标位置值比较，从而实现双闭环控制，进一步保证平台位置与目标位置一致。该系统将plc的安全输出扩展模块的部分输出点接至机器人的安全输入，将机器人的安全输出接至plc的安全输入扩展模块的部分输入点，这样无论是控制系统的故障，还是机器人系统的故障，都能使得整个系统进入急停的状态进而保证系统的安全。导轨伺服电机和恒力打磨头都拥有sto（safetorqueoff）功能，需要将plc的安全输出模块的部分输出点接至伺服和主动偏心打磨工具（ferroboticsaok）的sto触点。

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。