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叶片机器人磨抛软件系统关键技术开发与集成

李勇华  
【摘要】:以航空发动机和燃气轮机叶片为代表的复杂曲面类零件在国防、能源等行业有着广泛应用,其制造水准体现着国家制造业的核心竞争力。复杂叶片通常需要磨抛加工来改善其型面精度、降低表面粗糙度和提高表面一致性。目前,国外已普遍开发出数控砂带磨床和机器人智能化砂带磨抛系统来实现自动化作业,而我国仍主要采用人工磨抛方式。开展机器人磨抛装备与软件系统研发,对于提升我国航空发动机和燃气轮机制造技术水平具有重要意义。本文针对前期已研制的机器人磨抛硬件装备,开展磨抛软件系统的需求分析与模块化设计,致力于研发一套集工艺知识经验、智能化操作于一体的软件系统。本文的研究内容具体包括以下方面:介绍了面向叶片磨抛的机器人化智能装备硬件系统,并基于该系统的应用场景对软件系统进行了详细的需求分析,明确了软件系统开发目的;通过对手眼标定以及扫描测量等关键技术的深入研究,提出了一种新的手眼标定方法,并基于RAPID(ABB机器人控制指令语言)程序实现了标定的自动化;提出了一种基于匀速等分计算机器人TCP(Tool Center Point)的方法,实现扫描仪采样点与机器人TCP的同步对应,据此设计了扫描RAPID程序;将以上技术封装为扫描测量模块,同时在软件系统需求分析的基础上,集成点云匹配、程序更新、文件管理、手动操作、参数设置以及生产管理等其他功能模块,采用面向对象的编程思想,完成了基于C#的机器人磨抛软件系统设计与开发。在前期研发的机器人磨抛硬件系统上,开展了软件系统测试与实际加工实验。结果表明:与现有的扫描测量软件相比,本软件系统的标定、扫描精度均有显著提高;本软件系统可实现引导式操作,明显提升软件的易使用度和操作效率;本软件系统可实现全自动化叶片磨抛加工。使用本软件系统实施的叶片磨抛加工,叶片型面偏差低于0.095mm,低于容许偏差0.17mm,验证了本软件系统的有效性和优越性。


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