[发明专利]现场机器人在位测量-铣磨修复一体化工艺方法与系统

权利要求书

1.一种现场机器人在位测量-铣磨修复一体化系统，其特征在于，包括机械运动系统、电气控制系统、机器人铣磨加工系统、三维视觉测量与加工轨迹生成系统、加工过程在线监测与自适应调控系统；

机械运动系统包含环形导轨、垂直升降机、水平直线运行机构；环形导轨上设有RGV小车，RGV小车在环形导轨上沿着周向运动，并在垂直升降机和水平直线运动机构的作用下到达指定位置；机械运动系统安装在待修复现场；

电气控制系统包括多个单体控制柜，在待修复现场完成柜内接线；

机器人铣磨加工系统包括机器人、电主轴、浮动主轴、刀库、刀具、快换系统，在机械运动系统的控制下通过RGV小车将机器人运送至指定位置的指定高度；

三维视觉测量与加工轨迹生成系统的硬件包括三维视觉测量设备、工业PC机；

加工过程在线监测与自适应调控系统的硬件包括电流传感器、振动传感器、力传感器、数据采集网关；

机器人定位后，工业PC机通过与机器人和电气控制系统通讯获取此时机器人在现场的位置以及机器人本身位姿，然后自动生成三维测量轨迹；机器人连接经过手眼标定的三维视觉测量设备，按照生成的三维测量轨迹对待加工表面进行扫描，获取三维测量点云数据并上传给工业PC机，工业PC机利用曲面机器人加工测量与智能轨迹生成软件进行待加工特征识别并重构打磨区域目标型面，最终自动生成加工轨迹；机器人根据生成的加工轨迹采用先铣削后打磨的工艺方法对待修复对象进行修复；

加工过程在线监测与自适应调控系统用于对机器人加工切削力监测与力位混合控制，对机器人加工过程进行加工振动监测、加工刀具状态监测并进行自适应调控；其中，加工刀具状态监测与自适应调控具体包括：基于待修复对象的机器人铣磨加工工况数据和有限元仿真数据驱动建立加工刀具状态识别代理模型，通过采集加工过程的主轴电流信号，计算实时刀具破损/磨损状态，若识别发生破损、断刀或刀具剧烈磨损，则发出报警信号并反馈控制机器人换刀；

加工振动监测与自适应调控具体包括：

对待修复对象进行有限元建模或模态实验测试，分析系统模态振型并选取合适的振动传感器布置位置；

利用变分模态分解法对原始振动信号进行分解，提取到反映原始信号不同频段模态特征的信号子序列，计算各子序列的信息熵构建监测指标样本集；

采用主成分分析算法对样本集进行降维处理，除去样本中的弱影响以及不相关成分；

利用处理过的样本数据训练概率神经网络，使用softmax函数作为输出单元，通过采用交叉验证实验改善模型精度；

利用训练好的算法模型，进行新数据的模式识别，完成颤振的自动辨识，若发生颤振，则修正机器人末端移动速度和主轴转速，通过PC SDK通讯下发指令反馈控制机器人调整相应参数拟制颤振。

2.根据权利要求1所述的现场机器人在位测量-铣磨修复一体化系统，其特征在于，环形导轨包括环形支撑梁和环形轨道，环形轨道四周都设置有直线段部分，直线段根据待修复对象的尺寸加长或缩短。

3.根据权利要求1所述的现场机器人在位测量-铣磨修复一体化系统，其特征在于，垂直升降机为剪叉式升降机或者导轨式升降机；水平直线运行机构主要为同步带式直线模组、丝杆式直线模组或电机驱动齿轮齿条加导轨滑块的组合。

4.根据权利要求1所述的现场机器人在位测量-铣磨修复一体化系统，其特征在于，若待修复对象为水轮机叶片，则加工轨迹生成方法为：

采用等参数线法，令沿着叶片周向方向为参数u方向，沿着叶片径向为参数v方向，取等v非参数线作为刀触点曲线，针对每一条刀触点曲线，选u方向为刀具进给方向f，v方向为刀触点曲线偏置方向b，n为曲面局部法向量；

选择带抬刀的往复式走刀方式，让刀具姿态的调整在退刀时完成；

选择相对于驱动几何的驱动方法，设置前倾角为5°；

选取v＝0的等参数曲线作为第一条刀触点曲线；

根据弓高误差离散刀触点曲线，形成一系列刀触点；

计算每个刀触点的行距，将刀触点沿着行距方向偏置得到其余刀触点曲线上的刀触点；

计算刀触点处的刀轴矢量以及对应刀位点，得到水轮机叶片的机器人加工刀位文件，生成机器人加工轨迹；

根据生成的加工轨迹，利用机器人后置处理算法生成加工代码下发机器人进行加工。