本發(fā)明涉及大型工件打磨，具體涉及大型汽輪機(jī)葉片多機(jī)器人協(xié)同打磨系統(tǒng)及打磨方法。

背景技術(shù)：

1、大型汽輪機(jī)葉片是汽輪機(jī)的關(guān)鍵性部件，汽輪機(jī)葉片是將熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的關(guān)鍵組成部分。在汽輪機(jī)中，高溫高壓的蒸汽通過葉片的作用，使葉片產(chǎn)生反作用力而旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為動(dòng)能來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)等負(fù)載；而且可以調(diào)整可控制介質(zhì)流動(dòng)，改善熱能利用效率等。

2、在對(duì)汽輪機(jī)葉片加工制備中，打磨工藝是最為重要的一步，葉片表面的粗糙度關(guān)乎著葉片運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定及壽命。打磨過程中，需要逐步進(jìn)行不同程度的粗細(xì)度打磨處理。通過提升葉片表面的光潔度，對(duì)汽輪機(jī)的性能和效率具有非常重要的影響，可以大幅度減少氣體摩擦阻力和熱重壓力。

3、目前針對(duì)汽輪機(jī)葉片的打磨工藝，一部分采用手工打磨配合機(jī)械打磨的方式，另一方面采用cnc加工磨削的方式。手工打磨配合半自動(dòng)機(jī)械打磨雖能達(dá)到打磨效果，但是，打磨速度較慢，且精度較低，無法保證葉片打磨后結(jié)構(gòu)性能的一致性。而采用cnc磨削的方式，雖然可以提升打磨效率、保證精度，但由于部分汽輪機(jī)葉片體積較大，一般的cnc內(nèi)部空間有限，針對(duì)體積較大的葉片只能進(jìn)行局部打磨甚至無法打磨。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種大型汽輪機(jī)葉片多機(jī)器人協(xié)同打磨系統(tǒng)及打磨方法，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)多臺(tái)機(jī)器人對(duì)葉輪進(jìn)行雙面協(xié)同打磨處理，有效解決傳統(tǒng)打磨工藝存在的打磨精度差、速度慢等問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

3、一方面本發(fā)明提出了一種大型汽輪機(jī)葉片多機(jī)器人協(xié)同打磨系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括支撐座、脈沖驅(qū)動(dòng)單元、葉輪和兩組機(jī)器人打磨單元；其中，

4、所述葉輪和脈沖驅(qū)動(dòng)單元安裝在支撐座，脈沖驅(qū)動(dòng)單元與葉輪連接，驅(qū)動(dòng)控制葉輪按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；

5、兩組機(jī)器人打磨單元對(duì)稱分別在葉輪的兩側(cè)，包括機(jī)械臂、控制柜和打磨輪，兩臺(tái)機(jī)械臂分別安裝在與其對(duì)應(yīng)的橫向位移驅(qū)動(dòng)單元上，兩臺(tái)機(jī)械臂和橫向位移驅(qū)動(dòng)單元與支撐座之間的間距一致；所述打磨輪固定在機(jī)械臂的末端，用于打磨汽輪機(jī)葉片；所述機(jī)械臂、橫向位移驅(qū)動(dòng)單元均與控制柜連接，用于接受控制柜生成并下發(fā)的指令，其中，機(jī)械臂接受指令后按照設(shè)定程序及路徑對(duì)葉輪進(jìn)行打磨作業(yè)，橫向位移驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)t帶動(dòng)機(jī)械臂沿x軸方向移動(dòng)；

6、所述脈沖驅(qū)動(dòng)單元包括伺服電機(jī)、傳動(dòng)齒輪組和主軸，主軸裝配在支撐座上，所述葉輪固定在主軸上，傳動(dòng)齒輪組安裝在支撐座的一側(cè)，所述伺服電機(jī)通過傳動(dòng)齒輪組與主軸連接，伺服電機(jī)接入控制柜中并控制葉輪按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；伺服電機(jī)與其相貼近一側(cè)的控制柜連接即可。

7、其中，兩組機(jī)器人打磨單元中的兩個(gè)控制柜之間聯(lián)動(dòng)，采用通訊協(xié)議、配置網(wǎng)絡(luò)或聯(lián)動(dòng)程序中的任意一種進(jìn)行聯(lián)動(dòng)配置。

8、其中，兩組機(jī)器人打磨單元可以只配置一個(gè)控制柜，即兩組脈沖驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械臂以及橫向位移驅(qū)動(dòng)單元接入同一個(gè)控制柜實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。

9、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，根據(jù)機(jī)械臂的作業(yè)范圍，將葉輪劃分成a1…an個(gè)打磨段；機(jī)械臂在程序路徑控制下帶動(dòng)打磨輪移動(dòng)至葉輪兩側(cè)的打磨區(qū)域，兩臺(tái)機(jī)械臂根據(jù)各自路徑對(duì)葉輪實(shí)施打磨。

10、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，兩臺(tái)機(jī)械臂采用同步打磨的方式，對(duì)葉輪上的同一個(gè)葉片進(jìn)行雙面打磨，并在對(duì)程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，優(yōu)化兩個(gè)程序在打磨中所消耗時(shí)間的一致性，兩臺(tái)機(jī)械臂在同區(qū)域打磨完畢后，可同時(shí)對(duì)下一打磨段同步打磨。

11、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，所述兩組機(jī)器人打磨單元還包括攝像頭，且攝像頭通過螺栓裝配在機(jī)械臂靠近打磨輪一側(cè)，攝像頭的拍攝角度與打磨輪打磨方向一致；所述攝像頭與控制柜連接，用于實(shí)時(shí)傳輸打磨錄像信息。

12、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，所述脈沖驅(qū)動(dòng)單元還包括接入控制柜中的脈沖信號(hào)生成器，脈沖信號(hào)生成器與伺服電機(jī)連接，用于輸出脈沖控制信號(hào)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向；當(dāng)葉輪對(duì)應(yīng)的打磨段打磨完畢后，需機(jī)械臂帶動(dòng)打磨輪完全脫離葉輪后，控制柜方可發(fā)出控制指令驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)行，將葉輪下一打磨段位置旋轉(zhuǎn)至兩臺(tái)機(jī)械臂的作業(yè)范圍內(nèi)。

13、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，所述控制柜還包括觸摸屏和鍵盤，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；工作人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和控制多個(gè)機(jī)械人的運(yùn)行和狀態(tài)；

14、兩臺(tái)機(jī)械臂在打磨時(shí)，工作人員可通過控制柜將攝像頭實(shí)時(shí)拍攝畫面同步至觸摸屏上，用于進(jìn)行遠(yuǎn)程查看機(jī)械臂的打磨姿態(tài)、葉輪表面粗糙度、整體運(yùn)行狀態(tài)；

15、兩臺(tái)機(jī)械臂在調(diào)試時(shí)，工作人員可通過控制柜輸入程序數(shù)據(jù)，用于程序的仿真模擬、路徑優(yōu)化等。

16、進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，所述控制柜上還設(shè)置有應(yīng)急開關(guān)，當(dāng)機(jī)械臂在打磨過程中出現(xiàn)故障或打磨輪故障時(shí)，在機(jī)械臂作業(yè)范圍以外的位置即可觸發(fā)應(yīng)急開關(guān)，控制機(jī)械臂及打磨輪處于急停狀態(tài)。

17、另一方面，本發(fā)明還提出了一種大型汽輪機(jī)葉片多機(jī)器人協(xié)同打磨方法，所述方法基于上述協(xié)同打磨系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：

18、s1.創(chuàng)建葉輪三維模型，并修正參數(shù)；

19、s2.將步驟s1創(chuàng)建的模型導(dǎo)入仿真軟件，根據(jù)模型及機(jī)械臂工作范圍確定葉輪的分段式打磨區(qū)域；

20、s3.生成打磨路徑程序，并對(duì)打磨程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證；

21、s4.優(yōu)化打磨路徑程序參數(shù)；

22、s5.將優(yōu)化后的打磨路徑程序?qū)肟刂乒裣到y(tǒng)，開始運(yùn)行。

23、進(jìn)一步地，所述打磨方法具體包括以下步驟：

24、s11.根據(jù)葉輪圖紙采用ug或solidworks繪制葉輪三維圖紙，或采用掃描方式建立模型；

25、s21.根據(jù)葉輪參數(shù)修正模型數(shù)據(jù)后，導(dǎo)入仿真軟件，并根據(jù)機(jī)械臂工作區(qū)域調(diào)整葉輪位置，確定葉輪處于機(jī)械臂作業(yè)范圍區(qū)域內(nèi)；

26、s31.調(diào)控機(jī)械臂打磨軌跡，自動(dòng)或手動(dòng)生成打磨路徑程序，并在仿真軟件中對(duì)程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證；

27、s41.根據(jù)葉輪兩面打磨角度，優(yōu)化打磨路徑程序參數(shù)，包括機(jī)械臂關(guān)節(jié)擺動(dòng)幅度、優(yōu)化打磨速度和角度、優(yōu)化預(yù)留安全位置等；

28、s51.將優(yōu)化后的打磨路徑程序?qū)肟刂乒竦目刂葡到y(tǒng)中，其中，機(jī)械臂初次運(yùn)行的線速度和角速度需處于放慢狀態(tài)，待執(zhí)行完一個(gè)完整程序后，確認(rèn)無誤，方可加速打磨。

29、在本發(fā)明中，葉輪模型建立后，在仿真系統(tǒng)中，根據(jù)葉輪的形狀、尺寸、打磨要求和葉片的分布角度采用幾何形狀分區(qū)制定分區(qū)策略，將葉輪打磨位置分成若干個(gè)區(qū)域；根據(jù)分區(qū)策略和葉輪模型考慮每個(gè)區(qū)域的打磨難度、打磨量、打磨順序因素，并為每個(gè)因素量進(jìn)行優(yōu)化。

30、其中，分區(qū)策略用于對(duì)葉輪打磨區(qū)域進(jìn)行劃分，包括區(qū)域劃分和標(biāo)記區(qū)域，具體步驟如下：

31、葉輪模型建立后，將葉輪劃分成a1…an個(gè)打磨段,?規(guī)定每個(gè)打磨段內(nèi)包含一個(gè)至多個(gè)葉片打磨區(qū)域；在仿真軟件中對(duì)單個(gè)打磨段內(nèi)程序進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化內(nèi)容包括打磨難度、打磨量、打磨順序，并將優(yōu)化后的程序?qū)С觯?/p>

32、機(jī)械臂在程序路徑控制下帶動(dòng)打磨輪移動(dòng)至葉輪兩側(cè)打磨區(qū)域，兩臺(tái)機(jī)械臂根據(jù)各自路徑對(duì)葉輪實(shí)施打磨，打磨方式包括逐區(qū)打磨、交叉打磨、邊界打磨中的任意一種或多種。

33、本發(fā)明的有益效果：

34、本發(fā)明的大型汽輪機(jī)葉片多機(jī)器人協(xié)同打磨系統(tǒng)采用多臺(tái)機(jī)器人對(duì)葉輪進(jìn)行雙面協(xié)同打磨的方式，既能達(dá)到雙面同步打磨處理，又能替代傳統(tǒng)手動(dòng)打磨或cnc打磨存在的弊端。另外，本發(fā)明系統(tǒng)可針對(duì)葉輪兩面結(jié)構(gòu)彎曲角度，設(shè)定不同的打磨程序并優(yōu)化路徑，使得兩側(cè)機(jī)械臂協(xié)同打磨速率相同，且配合伺服電機(jī)脈沖控制葉輪旋轉(zhuǎn)角度，優(yōu)化了機(jī)械臂橫向坐標(biāo)的移動(dòng)幅度，使得機(jī)械臂上的打磨輪能快速移動(dòng)至打磨作業(yè)區(qū)域內(nèi)，從而提升了打磨效率。