一種閉環式控制的智能示教方法及其裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械加工設備領域，尤其涉及一種閉環式控制的智能示教方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]在制造業中，工件的打磨和拋光是零件成型的重要工序，此工序通常由工人完成打磨和拋光的動作，而由于人工手動操作設備的經驗非常重要，容易導致加工后的工件一致性差，造成次品率高，工件的拋光效果也不能得到保證，并且，在加工的過程中會產生大量的粉塵，會嚴重影響到工人的身心健康，伴隨著工人體力的消耗，拋光的效率也會越來越低，而且人工的加工效率非常低。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提出一種閉環式控制的智能示教方法及其裝置，實時測量并反饋工件的外觀輪廓，進而自動控制加工頭的線位移和角位移，實現自動化生產，加工效率尚ο
[0004]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0005]—種閉環式控制的智能示教方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一:設定粗略的加工規則；
[0007]步驟二:在加工頭加工過程中，視覺傳感器檢測加工頭與工件之間的空間位置關系，以及工件的表面三維輪廓，并將其表面三維輪廓信息發送給控制系統；
[0008]步驟三:控制系統分析和處理收到的工件表面三維輪廓信息并制定控制精細加工規則，發送給執行系統，自動調整加工路徑，實現精細加工；
[0009]步驟四:返回步驟二，形成閉環式加工方式。
[0010]進一步，步驟一的所述視覺傳感器固定于機床，建立空間坐標系；所述視覺傳感器測量加工頭與工件的絕對位置以及建立工件表面輪廓模型，以此計算加工頭與工件的相對位置；步驟二的所述執行系統驅動所述加工頭和/或工件。
[0011]進一步，步驟一的所述視覺傳感器固定于所述加工頭；所述視覺傳感器測量所述加工頭與工件的相對位置，以及所述加工頭限定范圍內的工件表面的輪廓；步驟二的所述執行系統驅動所述加工頭或工件。
[0012]一種閉環式控制的智能示教裝置，包括加工頭和視覺傳感器，所述視覺傳感器與所述加工頭相對固定。
[0013]進一步，所述視覺傳感器為單點測距傳感器；所述單點測距傳感器排列在1個或者1個以上的平面陣列，所述平面陣列平行于Ζ軸方向，每個平面陣列中包含至少3個所述單點測距傳感器。
[0014]進一步，所述單點測距傳感器排列在相互平行的2個或者2個以上的平面陣列，每個平面陣列包括3個或者3個以上的所述單點測距傳感器。
[0015]進一步，所述視覺傳感器為輪廓掃描傳感器；所述輪廓掃描傳感器排列在1個或者1個以上平面陣列，所述平面陣列平行于Z軸方向，每個平面陣列中包含至少1個所述輪廓掃描傳感器。
[0016]進一步，所述輪廓掃描傳感器排列在相互平行的2個或者2個以上的平面陣列，每個平面陣列包括1個或者1個以上的所述輪廓掃描傳感器。
[0017]—種閉環式控制的智能示教裝置，包括加工頭，還包括朝向所述加工頭加工方向的所述視覺傳感器，而且所述視覺傳感器通過可調節角度與位置的支架固定于機床；所述視覺傳感器為工業相機，數量為1個或者多個。
[0018]進一步，所述加工頭的加工方向為相對的兩個方向，在兩個方向上都設置有所述視覺傳感器。
[0019]本發明根據上述內容，在加工時實時測量工件的外觀，并反饋給數據處理中心，使所述數據處理中心實時控制加工頭的線位移以及角位移，從而實現閉環式加工，提高效率，無需實現設定加工頭的運動軌跡亦可實現自動加工。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的一個實施例的結構示意圖。
[0021]其中:加工頭1、視覺傳感器2、工件3、起始圓形面C0、第一圓形面C1、空間幾何體VOo
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。
[0023]—種閉環式控制的智能示教方法，包括以下步驟:
[0024]步驟一:設定粗略的加工規則；
[0025]步驟二:在加工頭1加工過程中，視覺傳感器2檢測加工頭1與工件3之間的空間位置關系，以及工件3的表面三維輪廓，并將其表面三維輪廓信息發送給控制系統；
[0026]步驟三:控制系統分析和處理收到的工件3表面三維輪廓信息并制定控制精細加工規則，發送給執行系統，自動調整加工路徑，實現精細加工；
[0027]步驟四:返回步驟二，形成閉環式加工方式。
[0028]進一步，所述拋光頭1為拋光作業頭、磨削作業頭、焊接作業頭、噴涂作業頭、鉚接作業頭、檢測作業頭、雕刻作業頭、切割作業頭、沖洗作業頭、3D打印作業頭或者為鉆孔加工、銑加工或車加工的刀具。
[0029]進一步，步驟一的所述視覺傳感器2固定于機床，建立空間坐標系；所述視覺傳感器2測量加工頭1與工件3的絕對位置以及建立工件3表面輪廓模型，以此計算加工頭1與工件3的相對位置；步驟二的所述執行系統驅動所述加工頭1和/或工件3。
[0030]進一步，步驟一的所述視覺傳感器2固定于所述加工頭1 ;所述視覺傳感器2測量所述加工頭1與工件3的相對位置，以及所述加工頭1限定范圍內的工件3表面的輪廓；步驟二的所述執行系統驅動所述加工頭1或工件3。
[0031 ] 如圖1所示，一種閉環式控制的智能示教裝置，包括加工頭1和視覺傳感器2，所述視覺傳感器2與所述加工頭1相對固定。
[0032]這種隨動方式保證視覺傳感器2實時測量工件3的外觀，并反饋給數據處理中心，使所述數據處理中心實時控制加工頭1的線位移以及角位移，從而實現閉環式加工，不需事先設定加工頭1的運動軌跡，實現自動加工，降低了人的技術要求，提升產品易用性對操作人員要求低，提高效率，即使工件3為異型工件時也能自動加工，并且減少加工過程中產生的粉塵等物質影響作業工人的身心健康。
[0033]所述視覺傳感器2朝向所述加工頭1加工方向，它能提前掃描出工件3的外形輪廓并計算出所述加工頭下一步要前進的方向及角度，實現預測路徑并提前做好加工路線規劃，因此，降低了操作人員的技術要求，提升系統易用性對操作人員要求低，提高加工效率，節省人力和成本，并且保證加工效果。
[0034]所述加工頭1為打磨頭或者拋光頭等加工執行部件，實現打磨或者拋光等加工工序。
[0035]進一步，所述視覺傳感器2為單點測距傳感器；所述單點測距傳感器排列在1個或者1個以上的平面陣列，所述平面陣列平行于Z軸方向，每個平面陣列中包含至少3個所述單點測距傳感器。所述Z軸方向為垂直于加工表面的方向。
[0036]使用3個或者3個以上的單點測距傳感器排列在一個平行于Z軸方向的平面陣列，相互不阻擋，單點測距傳感器照射于曲面的工件3上，形成不在同一直線上的三個點，這三個點能確定一個起始圓形面C0，經過一個控制周期，加工頭1前進了一段距離ds，這時傳感器又能測得第一圓形面C1，以起始圓形面C0和第一圓形面C1近似作為工件3的兩個截面，按照一定的規則擬合起始圓形面C0和第一圓形面C1為端面的空間幾何體V0，并取空間幾何體V0在激光傳感器視野范圍內，且處于加工頭1下方的局部，作為工件3在該處表面的實際輪廓。在每個控制周期，都可以得到一部分局部輪廓，這些局部輪廓是連續的，進而可以拼接出加工頭1整個運動路徑下方的工件3表面三維輪廓，最終即可獲得整個工件3的三維輪廓。在每個控制周期，根據測算出的局部輪廓，提取輪廓的特征，并根據預先設置好的基于特征的加工規則，實現快速準確的加工。
[0037]當一個平面陣列內的單點激光傳感器在3個以上時，利用這些點擬合的工件截面形狀便不再近似作為工件的圓形截面，而是更接近實際截面輪廓的空間曲線。
[0038]進一步，所述單點測距傳感器排列在相互平行的2個或者2個以上的平面陣列，每個平面陣列包括3個或者3個以上的所述單點測距傳感器。
[0039]當同時安裝有兩個平面陣列時，起始圓形面C0、第一圓形面C1可以在一個控制周期起始時直接獲取，而同時只安裝有一組平面陣列時，則第一圓形面C1在一個控制周期起始時獲取，起始圓形面C0則是在上一個控制周期起始時獲取的。
[0040]如果同時安裝有三個及以上平面陣列，則可以得到起始圓形面C0、第一圓形面C1、…、Cn多個截面，利用這些截面擬合工件3表面局部輪廓，比只用起始圓形面C0、第一圓形面C1兩個截面進行擬合，所得結果精度更高。
[0041]單點測距傳感器布置成相互平行的平面陣列，那么每個平面陣列所測出來的圓面相互平行，當加工頭1移動時，兩個圓面之間形成圓柱型的檢測區域，這一圓柱檢測區域檢測出工件3表面各個位置的形狀，從而檢測出工件3