一种机器人抛光机的恒压力恒线速度抛光方法与流程

本发明涉及一种抛光方法，属于抛光机械设备技术领域，尤其是指一种机器人抛光机的恒压力恒线速度抛光方法。

背景技术：

目前机器人抛光机一般利用布轮完成抛光工序，或者将磨抛、抛光工序组成两工位抛光设备，利用麻轮进行工件最后磨抛工序，再利用布轮完成抛光工序，以提高生产效率。前述两种设备随着加工过程麻布轮将会逐渐磨损，其直径将会逐渐减小；同时，为了保证麻布轮线速度不变，主轴转速会逐渐提高而导致主轴振动幅度逐渐增加。因此，工件与麻布轮之间的接触压力变化和主轴的振动对产品的表面抛光质量及其均匀性影响很大，不利于标准化生产，尤其对外轮廓不规则工件的抛光质量影响尤甚。

为解决前述难题，最简单的方法是在机器人的末端执行器和工件夹具之间增加一个恒力柔性法兰(或称恒力执行器)，但恒力柔性法兰的价格昂贵，一般仅在特殊工件抛光场合才会使用。我国发明专利“一种控制布抛机恒定抛光力的方法及设备(授权公告号CN102145473B)”，公开了这样的技术方案：PLC控制系统设定控制参数，通过变频器得到驱动电机负载电流，通过伺服电机得到抛光布轮工作半径，PLC控制系统分析并控制驱动器使伺服电机带动连接有抛光布轮的机体沿布轮径向水平前后移动。该发明专利无法实时准确测量布轮半径，而是依靠工件加工布轮磨损经验值并进行补偿，更换另一种工件时需要改变经验补偿值；同时，随布轮直径逐渐减小、驱动电机转速的不断提高，可移动机体使布轮振幅加大，抛光产品表面质量均匀性仍然受到很大影响，尤其在机器人末端执行器不断改变姿态、磨抛点偏离布轮水平中心线和接近麻布轮最小直径的工况下，更难实现恒定压力抛光。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷与不足，提供一种机器人抛光机的恒压力恒线速度抛光方法，能够自动实现恒定压力和恒定线速度磨抛和抛光工序，适应范围广，提高了生产效率，降低了生产成本，提高了产品品质。

为了能实现上述目的，本发明按照以下技术方案实现：

一种机器人抛光机的恒压力恒线速度抛光方法，包括有双工位的麻轮抛光组件和布轮抛光组件、机器人、机器人控制系统和PLC控制系统，其中麻轮抛光组件包括有连接的麻轮、麻轮电机和麻轮变频器，布轮抛光组件包括有布轮、布轮电机和布轮变频器，其具体包括有以下步骤：

S1、PLC控制系统设定麻轮和布轮的恒定抛光力、恒定线速度和机器人坐标；

S2、PLC控制系统启动麻轮电机驱动麻轮转动，机器人的末端执行器夹持工件将其按压在麻轮的径向圆周进行表面磨抛并保持；

S3、PLC控制系统通过麻轮变频器得到麻轮电机实时负载电流且通过以太网实时通讯传送给机器人控制系统，机器人控制系统自动计算出麻轮实时工作半径和实时抛光力；

S4、机器人控制系统根据麻轮实时工作半径和实时抛光力，当实时抛光力与设定恒定抛光力产生误差时，机器人控制系统自动计算出机器人相应坐标补偿量，机器人沿麻轮径向水平移动补偿量，维持实时磨抛压力恒定，当机器人的末端执行器夹持工件在不同空间位置时，机器人在磨抛点上沿着麻轮法线方向移动补偿量；同时，机器人控制系统通过以太网交互通讯，PLC控制系统按麻轮变频器修正的速度改变麻轮电机转速，维持麻轮线速度恒定；

S5、通过机器人的末端执行器改变工件方向，重复完成S2至S4步骤，直至完成麻轮磨抛工序；

S6、在S1步骤已经完成布轮控制参数的设定，PLC控制系统自动布轮电机驱动布轮按设定线速度转动；机器人的末端执行器根据加工工序将完成磨抛的工件转向布轮的圆周进行表面抛光，重复完成S2至S5步骤，直至产品完成整个抛光工序。

进一步，所述麻轮与布轮的实时补偿值和机器人坐标系修正值的计算按加工工序自动切换，在机器人控制系统后台完成，避免机器人在执行加工程序时的停顿，通过实时交互通讯实现机器人的末端执行器在不同空间位置的恒定压力控制。

进一步，所述机器人控制系统具有以太网通讯功能模块和多任务功能插件模块，PLC控制系统采用设备逻辑控制系统，机器人控制系统和PLC控制系统通过以太网进行实时交互通讯，机器人采用六个自由度传动结构。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1、本发明通过机器人控制系统增加以太网通讯功能模块和多任务功能插件模块，完成机器人控制系统与PLC控制系统的实时交互通讯，能够自动实现恒定压力和恒定线速度磨抛与抛光；机器人末端执行器不断改变姿态，因此可将工件各个面都均匀抛光，同时加大麻布轮实际磨抛的弧长，适应更大尺寸工件加工；

2、本发明的抛光机和恒定压力控制方法构思独特新颖，机械结构简单稳定，没有任何机械组件运动，避免麻、布轮振动对工件抛光表面质量的影响，可使抛光产品表面更加均匀；

3、机器人布置在两工位麻布轮抛光组件正前方，机器人可以左右旋转，其末端执行器夹持工件，完成磨抛和抛光工序，提高生产效率，降低生产成本；

4、机器人所做的磨抛和抛光运动轨迹与频率两边大体对称，因此不会造成机器人变速箱齿轮单边磨损，提高机器人寿命并保证机器人夹取和放回工件定位准确，从而提高工件的加工精度和生产效率。

为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明详细阐述本发明的具体实施方式。

附图说明

图1是本发明机器人抛光机的俯视结构示意图。

图2是本发明控制系统示意框图。

图3是本发明抛光机恒定压力抛光控制流程图。

图4是本发明抛光机恒定线速度抛光控制流程图。

图5是本发明机器人坐标系修正值示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述机器人抛光机包括有双工位的麻轮抛光组件1和布轮抛光组件2、机器人3、机器人控制系统和PLC控制系统(图中未示出)、以及位于机器人左右两侧的两个对称布置的自动送料装置4、5，其中麻轮抛光组件1包括有连接的麻轮、麻轮电机和麻轮变频器，布轮抛光组件2包括有布轮、布轮电机和布轮变频器。

如图2至5所示，上述机器人抛光机的恒压力恒线速度抛光方法具体包括有以下步骤：

S1、PLC控制系统通过触摸屏或上位机设定麻轮和布轮的恒定抛光力、恒定线速度和机器人坐标；

S2、PLC控制系统启动麻轮电机驱动麻轮转动，机器人的末端执行器夹持工件将其按压在麻轮的径向圆周进行表面磨抛并保持；

S3、PLC控制系统通过麻轮变频器得到麻轮电机实时负载电流且通过以太网实时通讯传送给机器人控制系统，机器人控制系统自动计算出麻轮实时工作半径和实时抛光力；

S4、机器人控制系统根据麻轮实时工作半径和实时抛光力，当实时抛光力与设定恒定抛光力产生误差时，机器人控制系统自动计算出机器人相应坐标补偿量，机器人沿麻轮径向水平移动补偿量，维持实时磨抛压力恒定，当机器人的末端执行器夹持工件在不同空间位置时，机器人在磨抛点上沿着麻轮法线方向移动补偿量；同时，机器人控制系统通过以太网交互通讯，PLC控制系统按麻轮变频器修正的速度改变麻轮电机转速，维持麻轮线速度恒定；

S5、通过机器人的末端执行器改变工件方向，重复完成S2至S4步骤，直至完成麻轮磨抛工序；

S6、在S1步骤已经完成布轮控制参数的设定，PLC控制系统自动布轮电机驱动布轮按设定线速度转动；机器人的末端执行器根据加工工序将完成磨抛的工件转向布轮的圆周进行表面抛光，重复完成S2至S5步骤，直至产品完成整个抛光工序。

进一步，所述麻轮与布轮的实时补偿值和机器人坐标系修正值的计算按加工工序自动切换，在机器人控制系统后台完成，避免机器人在执行加工程序时的停顿，通过实时交互通讯实现机器人的末端执行器在不同空间位置的恒定压力控制。

进一步，所述机器人控制系统具有以太网通讯功能模块和多任务功能插件模块，PLC控制系统采用设备逻辑控制系统，机器人控制系统和PLC控制系统通过以太网进行实时交互通讯，机器人采用六个自由度传动结构。

上述机器人抛光机恒定压力抛光的原理如下所述：

由于在抛光过程中，影响工件表面抛光质量的主要因素分别是恒压力、恒线速度。其中，磨抛恒压力主要由麻轮或布轮材质，以及工件与麻轮或布轮之间的接触压力所决定的。因此，需要为不同材质的麻轮和布轮标定标准的接触压力值。PLC控制系统和机器人控制系统内部的多任务计算所用变量如下：

Tem：电磁转矩；T0：空载转矩；T2：负载转矩；

F摩：标定麻轮或布轮接触压力值时，工件与麻轮或布轮接触时的摩擦力；

F摩＇：当麻轮或布轮磨损后，工件与麻轮或布轮接触时的摩擦力；

FN：标定麻轮或布轮接触压力值时，工件与麻轮或布轮之间的接触压力值；

FN＇：当麻轮或布轮磨损后，工件与麻轮或布轮之间的接触压力；

U2：标定麻轮或布轮接触压力值时，麻轮或布轮电机的转子电压值；

U2＇：当麻轮或布轮磨损后，麻轮或布轮电机的转子电压值；

I2：标定接触压力值下的电机转子电流，即转矩电流；

I2＇：当麻轮或布轮磨损后，电机转子电流，即转矩电流。

首先，为麻轮或布轮标定标准的接触压力值。该压力值可以在麻轮或布轮的任意半径法向进行标定，而且同一种材质的麻轮或布轮，只需要标定一次即可。该值由用户根据工件的工艺要求进行标定。用户通过操作机器人末端执行器夹取专用工具(或工件的最大平面)并执行“压力标定程序”，让专用工具与麻轮或布轮圆周进行接触，从而完成标定工作。标定完成后，PLC控制系统将把麻轮和布轮标定压力值时的电机转子电压值U2和转矩电流值I2通过Ethernet/IP分别送给机器人控制系统，为后面的麻布轮半径计算提供基础参数。

然后，机器人运行加工工件程序之前，先运行半径计算程序。机器人末端执行器自动夹取专用工具(或工件的最大平面)，与旋转麻轮或布轮的圆周进行接触，PLC控制系统同时读取变频器的转子电压U2＇和转矩电流I2＇并通过Ethernet/IP送给机器人控制系统，在程序中进行对比。当U2·I2/U2＇·I2＇＝1(±5％)(±5％为公差带)后，即U2·I2/U2＇·I2＇＝FN/FN＇＝1(±5％)(公式(1))。此时，机器人程序自动提取当机器人当前的TCP坐标中的Y坐标值，以及麻轮或布轮的轴心坐标中的Y＇坐标值，得到麻轮或布轮损磨值ΔY＝Y＇－Y。

关于公式(1)U2·I2/U2＇·I2＇＝FN/FN＇＝1(±5％)的证明如下：

在电机的转矩平衡方程式：Tem＝T2+T0中，因为T0＝pmec+pΔ，而机械损耗pmec和额定负载时的附加损耗pΔ占电磁转矩Tem的比例比较少，所以可以忽略T0不计，即Tem≈T2。又因为同一种麻轮或布轮在有效工作范围内的材质变化对T2的影响极少，几乎是恒定的，所以T2等于工件与麻轮或布轮接触时摩擦力所产生的力矩。根据力矩公式：T＝Ft·r，摩擦力公式：F摩＝FN·μ，可得负载转矩T2＝F摩·r＝FN·μ·r(公式(2))；

根据公式(2)，可以得到标准压力值时的负载转矩为T2＝FN·μ·r(公式(3))，以及麻轮或布轮磨损后的负载转矩T2＇＝FN＇·μ·r＇(公式(4))；

把公式(3)除以公式(4)，并简化后可得：T2/T2＇＝FN·r/FN＇·r＇(公式(5))。把电动机转矩公式T2＝9550·P2/n(公式(6))和功率P2＝3·U2·I2·cosφ(公式(7))分别代入公式(5)式中，整理后得：U2·I2/U2＇·I2＇＝FN·r·n/FN＇·r＇·n＇，即U2·I2/U2＇·I2＇＝FN·S/FN＇·S＇(公式(8))。在公式(8)中，麻轮或布轮标定时的线速度S和麻轮或布轮磨损后的线速度S＇，通过PLC控制系统对变频器的电机转速控制，达到恒定线速度，即S＝S＇＝2πr·n＝2πr＇·n＇(公式(9))。把公式(9)代入式公式(8)中，最终得到U2·I2/U2＇·I2＇＝FN/FN＇(公式(10))。在公式(10)中，由于U2和I2都通过上述麻轮或布轮标定标准的接触压力值时，已由PLC控制系统读取变频器的信息得到并通过Ethernet/IP送给机器人控制系统，即U2·I2是已知数，因此机器人控制系统在调整工件和麻轮或布轮之间的压力值FN＇时，只要使U2·I2/U2＇·I2＇＝1(±5％)，便可得到FN/FN＇＝1(±5％)；

机器人控制系统得到布轮损磨值ΔY后，通过“多任务”功能模块对图5中预先设定的Z0Y0、Z1Y1、Z2Y2等若干坐标系中的Y坐标值进行修改，Y＇＝Y+ΔY，通过这种方式，可实现机器人末端执行器在不同空间位置的麻轮或布轮在有效加工区域内的恒定压力控制，从而保证不规则外形工件的表面抛光质量。

本发明并不局限于上述具体实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。