[0001] 本发明涉及加工技术领域， 尤其是一种基于离线编程的工件自动打磨加工 方法 背景技术

[0002] 随着制造业的迅速发展， 诸如打磨、 抛光等表面处理工艺已经成为工件加工过 程中的一道关键工序， 表面处理的效果也将直接决定工件产品的质量 。

[0003] 传统的打磨、 抛光等表面处理工艺主要采用人工、 专用机床、 机器人等三种处 理方式； 其中， 人工处理方式的作业量大、 劳动强度高、 作业效率低、 工件加 工的均一性较差， 容易产生废品； 专用机床处理方式的通用性较差， 只能适合 特定工件的批量加工； 而机器人处理方式虽然可以完全实现对具有规 则形状的 工件的机械化、 自动化表面处理， 但对于外形结构复杂 （如存在不规则的样条 曲面、 样条曲线） 的工件， 由于无法预知工件的结构和形状且机器人只能 按照 预定的路径进行打磨， 使得机器人仍然无法完全取代人工处理或专用 机床处理 方式。

发明概述

技术问题

[0004] 目前， 行业内已经提出了诸多利用机器人对工件进行 表面处理的技术方案， 比 如：

[0005] 1、 专利申请号为 201610943988.4的中国发明专利所公开的 《一种有障碍物曲面 的打磨方法》 ， 此技术方案基本原理是利用固定在机器人末端 的打磨工具对工 件进行打磨， 主要流程为： S1、 实物扫描， 获取点云模型； S2、 对点云模型进 行降噪精简处理和实物重构； S3、 通过测量， 获取实物特征点在机器人坐标系 下的坐标值； S4、 模型导入及特征点匹配； S5、 机器人离线编程及仿真模拟； S 6、 生成打磨轨迹， 进行实物打磨。 此方案虽然可以对具有障碍物的曲面进行打 磨， 但实质上却存在如下问题： a、 在对工件进行实际打磨的过程中， 往往需要 用到多种打磨工具， 由于打磨工具是固定在机器人的末端， 则必然会产生更换 打磨工具的步骤， 如此， 不但需要对打磨工具、 工件等重新进行定位测量， 增 加打磨方法实现的难度， 也无法保证打磨效果； b、 每扫描一个工件后， 都需要 对其进行重新测量才能获得实物特征点以及其 在机器人坐标系下的坐标值， 使 得其只能适用于大型单体工件的打磨。

[0006] 2、 专利申请号为 201810637745.7的中国发明专利所公开的 《一种打磨加工方法 和装置》 ， 此技术方案的主要流程为： S1、 获取待加工工件的 3D数据； S2、 利 用计算机将获取的 3D数据与标准 3D数据进行匹配， 获得缺陷部位； S3、 利用加 工激光器对缺陷部位进行反复加工打磨。 此方案虽然是利用机器人来装设待打 磨工件， 能够在一定程度上解决更换打磨工具所产生的 系列问题， 但其也存在 如下问题： a、 获取待加工工件的 3D数据只是用来找出产品的缺陷部位， 而且获 取 3D数据的步骤比较复杂主； b、 要是针对产品的缺陷部位进行反复加工打磨的 ， 而非针对工件的整体进行打磨； c、 在实际应用中， 利用激光器对工件进行打 磨抛光的技术并不成熟。

问题的解决方案

技术解决方案

[0007] 针对上述现有技术存在的不足， 本发明的目的在于提供一种基于离线编程的工 件自动打磨加工方法。

[0008] 为了实现上述目的， 本发明采用如下技术方案：

[0009] 一种基于离线编程的工件自动打磨加工方法， 它包括如下步骤：

[0010] S1、 依待加工工件的 3D图档数据， 在离线编程软件中生成参考打磨轨迹；

[0011] S2、 扫描工件的实物标准件， 以提取实物标准件的 3D点云模型并将此 3D点云 模型保存为标准模板模型；

[0012] S3、 按参考打磨轨迹对实物标准件进行走位以获取 实物标准件与打磨工具之间 的偏差数据， 依偏差数据对参考打磨轨迹进行修正以生成符 合实物标准件的标 准打磨轨迹；

[0013] S4、 按标准打磨轨迹对待加工工件进行逐一打磨作 业。

[0014] 优选地， 在所述步骤 S2中， 由机器人夹取实物标准件并将实物标准件移动 至扫 描装置内进行扫描以提取实物标准件的 3D点云模型， 随后机器人再将实物标准 件移动至打磨工具处并依参考打磨轨迹在打磨 工具上进行走位， 以获取实物标 准件与打磨工具相接触的临界点之间的偏差数 据；

[0015] 在所述步骤 S3中， 依偏差数据对参考打磨轨迹进行修正以生成符 合实物标准件 的标准打磨轨迹。

[0016] 优选地， 所述步骤 S1包括：

[0017] S1-1、 预设机器人、 扫描装置及打磨工具在加工场所内的坐标位置 数据；

[0018] S1-2、 依待加工工件的 3D图档数据和坐标位置数据， 在离线编程软件中生成参 考打磨轨迹。

[0019] 优选地， 所述打磨工具包括砂带机和 /或布轮机。

[0020] 优选地， 所述扫描装置包括 CCD相机和 /或激光扫描仪和 /或红外扫描仪。

[0021] 优选地， 所述步骤 S4包括：

[0022] S4-1、 扫描第一待加工工件以提取第一待加工工件的 3D点云模型与标准模板模 型之间的偏差数据；

[0023] S4-2、 依提取到的偏差数据对标准打磨轨迹进行补偿 ， 生成符合第一待加工工 件的实际打磨轨迹；

[0024] S4-3、 按实际打磨轨迹对第一待加工工件进行打磨；

[0025] S4-4、 重复步骤 S4-1至 S4-3， 逐一完成对第二待加工工件直至第 N待加工工件 的打磨作业。

[0026] 优选地， 在所述步骤 S4-1中， 由机器人夹取待加工工件并将待加工工件移动 至 扫描装置内进行扫描； 在所述步骤 S4-3中， 机器人将所夹取的待加工工件移动至 打磨工具处并实际打磨轨迹对待加工工件进行 打磨作业。

发明的有益效果

有益效果

[0027] 本发明以机器人夹持工件 （扫描装置及打磨工具位置固定） 、 对当前待加工工 件进行定位扫描后直接与预存的标准模板模型 进行对比、 通过差异补尝将标准 打磨轨迹补偿修正为适合当前待加工工件的实 际打磨轨迹以及机器人执行实际 打磨轨迹以完成对当前待加工工件的打磨、 抛光等表面处理作业为总体加工思 路， 使得每个待加工工件均具有适合自身的打磨轨 迹； 整个方法实现的过程， 无需对机器人、 扫描装置、 打磨工具、 工件的夹持位置进行重新测量， 仅进行 扫描对比、 轨迹补偿等， 从而能够适用于对各种规则或非规则工件 （尤其是小 型工件） 的表面处理作业， 不但能够有效地保证的工件产品的均一性和质 量， 而且降低了自动化表面处理作业的程序设计难 度。

发明实施例

本发明的实施方式

[0028] 具体实施方式

[0029] 现对本发明的较佳实施例作详细说明。

[0030] 本实施例提供的一种基于离线编程的工件自动 打磨加工方法， 它包括如下步骤

[0031] S1、 将待加工工件的 3D图档数据 （其可根据实际情况采用以诸如 PROE、 UG 等三维软件所设计的 3D图档格式） 导入离线编程软件中， 以利用离线编程软件 生成参考打磨轨迹；

[0032] S2、 选取一与待加工工件的 3D图档模型相符的工件作为实物标准工件 （其中

， 所述及的“相符”可以指实物标准工件在数据 理论上与 3D图档模型相一致或者 近似， 而实物标准工件则可根据实际情况预先加工成 型， 加工的方法包括但不 限于传统的浇铸、 人工打磨、 专用机床打磨或者机器人自动打磨等手段； 作为 实物标准工件的待加工工件可选用同一成型批 次中的其中一个待加工工件） ， 通过对实物标准件进行扫描， 以提取实物标准件的 3D点云模型， 并将此 3D点云 模型保存为标准模板模型；

[0033] S3、 按照参考打磨轨迹对实物标准件进行走位以获 取实物标准件与打磨工具之 间的偏差数据， 并利用偏差数据对参考打磨轨迹进行修正以生 成符合实物标准 件的标准打磨轨迹； 由于参考打磨轨迹是与 3D图档相对应的理论轨迹， 理论上 如果实物标准件与 3D图档完全一致， 则按照参考打磨轨迹对实物标准件进行走 位时， 实物标准件的每个轨迹点均应该是与打磨工具 相接触的临界点； 但实物 标准件在实际制作过程中必然会存在变形等问 题， 从而导致实物标准件与 3D图 档之间必然会存在一定的偏差， 按照参考打磨轨迹对实物标准件进行走位时， 实物标准件与打磨工具之间必然会存在过度接 触或脱离接触等问题 （即： 存在 偏差） ， 从而通过获取这些偏差数据， 即可实现对实际打磨轨迹的修正， 以生 成完全符合实物标准件的打磨轨迹 （即： 标准打磨轨迹） 。

[0034] S4、 按标准打磨轨迹对待加工工件进行逐一打磨作 业。

[0035] 由于利用工件的 3D图档数据所生成的参考打磨轨迹只是理论上� ��最为完美的打 磨轨迹， 而在实际加工过程中， 工件在加工制作 （如浇铸） 过程中肯定会存在 诸如变形等问题， 从而会在 3D图档模型与工件之间形成数据差异， 即便整个打 磨的硬件作业系统被预先精准定位， 若照传统的方式直接利用参考打磨轨迹进 行打磨作业， 便会因为数据差异的存在而严重削减打磨的质 量效果、 甚至出现 废品； 同时， 虽然每个工件都是其依照 3D图档加工成型的， 但实际上各个工件 之间会因为加工工序中所存在的各种干扰因素 ， 导致每个工件之间均存在差异 ， 从而也会导致被打磨、 抛光后的成品的均一性较差。 基于此， 本实施例利用 3 D图档数据所生成的参考打磨轨迹仅仅作为一� �原始的参考轨迹， 通过对实物标 准工件的扫描所形成的标准模板模型能够更为 接近待加工工件， 而依据差异数 据对参考打磨轨迹进行修正后所形成的标准打 磨轨迹则更符合对待加工工件进 行打磨、 抛光的实际作业轨迹， 从而可有利于保证各个工件产品的均一性以及 实际表面处理的质量效果。

[0036] 为能够以标准打磨轨迹作为基础参考轨迹， 同时改变传统方式中因利用机器人 带动打磨工具对待加工工件进行表面处理而产 生的系列问题； 在步骤 S2中， 由 机器人 （其可根据实际情况采用诸如具有六轴机械臂 的机器人） 夹取实物标准 件并将实物标准件移动至扫描装置内进行扫描 以使离线编程软件能够提取到实 物标准件的 3D点云模型， 随后机器人再将实物标准件移动至打磨工具处 并依参 考打磨轨迹在打磨工具上进行走位， 以使离线编程软件能够获取实物标准件与 打磨工具相接触时的临界点之间的偏差数据 （此数据的获取可通过预先在打磨 轨迹上设置由诸位位移传感器、 光电传感器等器件构成自动校准装置， 通过测 量实物标准件与打磨工具之间的位置偏差来获 得偏差数据） ； 而在步骤 S3中， 则可临界点的偏差数据等， 对参考打磨轨迹进行修正以生成完全符合实物 标准 件的标准打磨轨迹。 由此， 利用过预先走位所获取的临界点数据， 可为离线编 程软件提供更为充分、 全面的数据支持， 保证其所生成的标准打磨轨迹更为适 合实物标准件， 并可为针对后续的待加工工件的实际打磨轨迹 提供了更为精准 的参照； 同时， 由机器人带动待加工工件移动至扫描装置处进 行扫描、 移动至 打磨工具处进行打磨、 抛光等表面处理， 仅需预先对机器人、 扫描装置以及打 磨工具等进行定位即可， 在对待加工工件进行表面处理作业时， 不但无需再重 新调整或测量三者的相对位置 （即： 坐标位置） ， 而且避免了出现更换打磨工 具的工序步骤， 从而使得整个方法可适用于对各种工件 （尤其是异形小型工件 ） 的表面处理作业。

[0037] 为能够最大限度地提高生成标准打磨轨迹的精 度， 为后续待加工工件的表面处 理作业提供基础， 本实施例的步骤 S1包括：

[0038] S1-1、 根据机器人、 扫描装置、 打磨工具、 工件初始出料装置等在加工场所内 的实际布置状况， 预先获取并设定机器人、 扫描装置及打磨工具相互间在加工 场所的坐标位置数据；

[0039] S1-2、 由离线编程软件依据待加工工件的 3D图档数据和坐标位置数据等生成参 考打磨轨迹。

[0040] 由此， 离线编程软件所生成的参考打磨轨迹则可兼顾 3D图档模型与整个打磨作 业硬件系统的相关特性， 为后续通过对参考打磨轨迹的修正以生成更为 符合实 物标准件的标准打磨轨迹提供了差异化更小、 数据更为精准的参考标准。

[0041] 作为优选方案， 本实施例的打磨工具可根据实际情况采用砂带 机、 布轮机等表 面处理装置。 由于利用此类装置进行打磨、 抛光等表面处理工艺更为成熟， 可 保证本实施例的打磨加工方法能够被完美地进 行实际应用。

[0042] 作为优选方案， 本实施例的扫描装置可根据实际情况采用 CCD相机、 激光扫描 仪、 红外扫描仪等等， 主要利用此类装置来获取实物标准件的 3D点云数据， 并 可以此类装置作为对待加工工件进行坐标定位 及扫描的工装部件来使用， 从而 为更为精细化地实施整个方法创造条件。

[0043] 为能够最大限度地对每个待加工工件进行更为 精确地打磨、 抛光等表面处理， 保证工件产品的质量； 本实施例的步骤 S4包括：

[0044] S4-1、 由机器人来夹取处于待加工工件的原始放置的 第一个待加工工件， 并将 第一待加工工件移动至扫描装置内进行定位扫 描以获取第一待加工工件的 3D点 云模型， 从而直接将第一待加工工件的 3D点云模型与预存的标准模板模型进行 对比， 以得出两者在六维空间内的坐标点的差异 (即： 偏差数据) ， ；

[0045] S4-2、 依照提取到的偏差数据并可结合差异补偿算法 对标准打磨轨迹进行补偿 修正， 从而使离线编程软件生成符合第一待加工工件 的实际打磨轨迹；

[0046] S4-3、 机器人继续夹持第一待加工工件至打磨工具所 处的位置并按实际打磨轨 迹对第一待加工工件进行打磨， 即可完成对第一待加工工件的表面处理作业；

[0047] S4-4、 逐一对第二待加工工件直至第 N待加工工件进行打磨、 抛光等表面处理 作业时， 仅需重复步骤 S4-1至 S4-3。

[0048] 由此， 在对每个待加工工件进行表面处理时， 由于机器人均会夹取当前的待加 工工件并将其移动至扫描工具处进行扫描以形 成各自的 3D点云模型， 而每个 3D 点云模型均是与预存的标准模板模型进行直接 对比的， 在得出差异数据后即可 通过诸如差异补偿算法等将数据差异补偿至编 译好的标准打磨轨迹的程序中， 从而将标准打磨轨迹补正为 (或生成为) 适合当前待加工工件的新的实际打磨 轨迹， 以此可有效消除待加工工件个体之间的形变差 异或者装夹过程中所产生 的定位误差， 保证了工件产品表面处理的均一性和质量效果 。

[0049] 本实施例的差异补偿算法可基于以下原理来实 现， 具体为：

[0050] 1、 机器人的空间坐标 P可表示为式 ( 1.1) :

[0052] 3、 由式 ( 1.2) 可得出式 ( 1.3) :

； 其中为两坐标之间的差值， 利用这个差值对标准打磨轨迹进行差值补偿则 可 得到新的实际打磨轨迹。

[0053] 4、 设标准工件打磨轨迹坐标为

， 待加工工件打磨轨迹坐标为 _ :: 1 ^: ‘"獲》

， 则有轨迹调整公式式 ( 1.4) :

[0054] 5、 将

的数据保存至机器人内存中， 即可使机器人按新的实际打磨轨迹执行动作， 从 而完成对工件打磨。

工业实用性

[0055] 本发明实施例以机器人夹持工件 (扫描装置及打磨工具位置固定) 、 对当前待 加工工件进行定位扫描后直接与预存的标准模 板模型进行对比、 通过差异补尝 将标准打磨轨迹补偿修正为适合当前待加工工 件的实际打磨轨迹以及机器人执 行实际打磨轨迹以完成对当前待加工工件的打 磨、 抛光等表面处理作业为总体 加工思路， 使得每个待加工工件均具有适合自身的打磨轨 迹； 整个方法实现的 过程， 无需对机器人、 扫描装置、 打磨工具、 工件的夹持位置进行重新测量， 仅进行扫描对比、 轨迹补偿等， 从而能够适用于对各种规则或非规则工件 (尤 其是小型工件） 的表面处理作业， 不但能够有效地保证的工件产品的均一性和 质量， 而且降低了自动化表面处理作业的程序设计难 度。

[0056] 以上所述仅为本发明的优选实施例， 并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利 用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或 等效流程变换， 或直接或间接运 用在其他相关的技术领域， 均同理包括在本发明的专利保护范围内。