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基于工业机械臂的加工检测一体化系统研究

王嘉丞  
【摘要】:随着航空航天、海洋船舶、能源动力等重大工程领域高端装备发展需求迭代更新,涌现出了一类立体结构更为复杂、性能指标更为苛刻的复杂薄壁曲面零件。由于此类零件具有非可展薄壁曲面立体特征,零件多表面均布形位高度对应的复杂功能结构,常规数字化加工与检测装置难以满足其高精整体制造与高效质量评价需求,因此亟需一种一站式空间定位-精密加工-结果评测的加工检测一体化系统及技术解决方案,以期实现单次装夹下一次成型加工与在机质量评价的零件闭环制造。加工检测一体化系统研制的关键难点在于灵活、准确的空间交互运动提供策略与精确、可靠的特征信息测量手段。鉴于此,本文创造性地提出了一种基于工业机械臂的复杂薄壁曲面零件加工检测一体化系统,具体研究内容如下述:(1)加工检测一体化系统总体设计分析工艺需求的设备匹配性,对多自由度串联工业机械臂、专用工件夹具、激光发生器、视觉传感器进行参数选型及优化再设计。分析过程控制软件研制原则,设计软件架构。整合研究内容,设计完整加工检测流程。(2)协同加工交互单元设计设计复杂薄壁曲面零件多加工面进给策略,开展复杂轨迹下机械臂离线编程控制研究。复刻CAM/CAD工艺规划技术,设计复杂薄壁曲面零件完整加工流程。分析多脉冲激光刻蚀原理,探究激光减材加工可行性。开展激光合束方法研究,设计复合式激光发生器构型。(3)机器视觉测量单元设计研究基于ChArUco棋盘标定板的工业相机内参数标定技术,设计基于单目视觉Pnp测量原理的进给工作台工作空间导引方法。设计倾斜测量构型的视向校正方法,基于视觉测量与手眼构型标定结果,研究基于动态调制映射解算的对刀技术。依托双目立体视觉测量技术测量零件加工结果,设计零件品质测评标准。(4)加工检测过程控制组态软件编制依托MFC框架编制加工检测过程控制组态软件图形界面,设计软件接入层、操作层及监控层抽象架构,定制图像处理分析、机器视觉测量、设备通讯触发、资源互传共享、机械臂离线编程控制、异常参数监测模块。本文提出的基于工业机械臂的加工检测一体化系统可全面满足复杂薄壁曲面零件加工与检测需求,填补了相关技术空白,显著提升了复杂薄壁曲面零件的加工精度与加工效率,具有显著的科研价值与工程实用价值。


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