大型复杂曲面钢板水火加工智能机器人控制方法技术

一种大型复杂曲面钢板水火加工智能机器人控制方法，用于加工帆形板，包括定位、整板测量、比较和加工四个步骤，分别说明如下：　　　　１）定位：将机器人依次运动到被加工的矩形钢板的四个顶点附近的定位点位置，同时记录下该定位点的三维坐标值，进而通过四个定位点的坐标值确定钢板在机器人坐标系中的位置；　　　　２）整板测量：根据已经定位过的钢板位置信息通过整板采样测量获得钢板的整板曲面形状；　　　　３）比较：将钢板当前的曲面形状与目标形状进行比较，判断是否已经吻合，如果吻合就结束当前钢板的加工；否则转向步骤４）；　　　　４）根据加工工艺参数进行加工：机器人将首先通过测量包括与焰道有交点的边来获取该交点的实际位置及该交点附近的局部钢板形状，进而按加工工艺参数中焰道与该边的夹角计算该焰道的位置，再通过沿计算出的该焰道位置的仿形测量获得该焰道的实际位置；控制机械手按照一定的时间要求和指定的轨迹匀速行走，同时控制气、水阀门和点火开关进行加工。加工过程完毕后，转向步骤２）继续循环进行。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机控制
，特别涉及船板的加工技术。
技术介绍
水火弯板无模成形技术是造船工业中应用广泛的关键技术，它是造船生产中技术性强、难度大、影响因素多、操作技艺难以掌握的手工工艺。该工艺就是通过在钢板表面进行局部热膨胀后的冷缩，从而使钢板达预期的形状。具体说来，首先把大体为矩形形状的钢板以长边为母线加工成筒形，然后在其边缘(或者中心)进行线状加热，加热后立即喷水使之急骤收缩产生局部形变。通过多处的局部形变达到整体形变的目的，使钢板形成所需要的三维曲面形状。船体外板按形状可以大致分为两类帆形板(Concave Type)和鞍型板(Saddle Type)。它们的基本焰道分布情况和加工效果分别如图1和图2所示。图中A部分都表示水火加工前仅仅经过一次辊轧的情况，图中B部分分别表示经水火加工后的帆形板形状和鞍型板形状，图中，L为需要水火加工的焰道线，R为辊轧时的辊轧线。到目前为止，该项加工技术还必须依靠熟练工人的经验，尺量目测，判断是否已经加工完成和寻找加工焰道的位置，因而具有以下不足之处首先，随着市场经济的发展，世界造船工业的竞争也越来越激烈，缩短建造周期、提高造船质量越来越成为迫切的需求。所以，凭手工来完成这个复杂的工艺过程，无论是质量上还是速度上都远远不能满足现代造船生产的需要。其次，水火弯板加工作业是工人在高温、高压、易爆等恶劣环境下进行的一项复杂而繁重的劳动。这种工作环境不仅对工人的健康不利，而且容易使工人在疲劳或厌烦的情况下发生误操作，难以保证成品率。最后，目前在船体建造过程中，钢板弯曲加工之前的船体设计、放样、展开、号料、切割均实现了计算机化，其后的装配、焊接均实现了机械化和流水线化，只有钢板加工这一环节仍靠手工。水火弯板加工过程已经成为造船工业中影响造船速度和质量的一个“瓶颈”。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是为解决已有的水火弯板工艺必须依靠熟练工人的经验所带来的不足之处，提出一种；将工业机器人应用到水火弯板工艺中，使水火弯板工艺实现自动化。本专利技术能够按照水火成形加工工艺的要求，控制机器人完成对大型复杂曲面钢板的水火加工，可大大提高生产速度、缩短造船周期、提高造船质量和降低造船成本。本专利技术提出的一种，用于加工如图1所示的帆形板，包括定位、整板测量、比较和加工四个步骤，分别说明如下1)定位将机器人依次运动到被加工的矩形钢板的四个顶点附近的定位点位置，同时记录下该定位点的三维坐标值，进而通过四个定位点的坐标值确定钢板在机器人坐标系中的位置；2)整板测量根据已经定位过的钢板位置信息确定钢板的整板测量方案，再通过整板测量获得钢板的曲面形状；3)比较将钢板当前的曲面形状与目标形状进行比较，判断是否已经吻合，如果吻合就结束当前钢板的加工；否则，转向步骤4)；4)根据加工工艺参数进行加工机器人将首先通过测量包括与焰道有交点的边来获取该交点的实际位置及该交点附近的局部钢板形状，进而按加工工艺参数中焰道与该边的夹角计算该焰道的位置，再通过沿计算出的该焰道位置的仿形测量获得该焰道的实际位置；控制机械手按照一定的时间要求和指定的轨迹匀速行走，同时控制气、水阀门和点火开关进行加工。加工过程完毕后，转向步骤2)继续循环进行。步骤4)中所说的的工艺参数是由造船工艺方面的成熟软件生成或由工艺技术人员提供，不属本专利技术的保护内容。本专利技术还提出一种，用于加工如图2所示的鞍形板，包括定位、整板测量、比较和加工四个步骤，分别说明如下前三步与上述用于帆型板的方法相同；4)根据加工工艺参数进行加工机器人人将首先通过测量与辊轧线相交的两条边和中间一条线，再按加工工艺参数中加工线与所述三条线的交点在各自曲线上的位置计算得到这些交点的坐标，进而通过拟合计算得到加工线的位置，通过测量该加工线，得到焰道的实际位置，控制机械手按照一定的时间要求和指定的轨迹匀速行走，同时控制气、水阀门和点火开关进行加工；加工过程完毕后，转向步骤2)继续循环进行。本专利技术的方法对加工末端可在加工范围(具体范围与欲加工的钢板大小和形状有关)内运动且可测量板上任意点坐标位置的常用的工业机器人结构均适用。本专利技术的特点及效果本专利技术是针对于大型船舶的外船板水火加工而设计的，应用了大型复杂曲面钢板水火加工的技术。由于工艺技术原因，加工数据均是针对于平面钢板的。而实际加工的钢板基本都经过了辊轧成形，初步具有了一定的筒形曲面。在实际加工过程中，钢板又在不断扭曲、变形。本专利技术的采用了用局部测量来引导加工的方法解决了这个问题。最终实现了对不同形状、不同大小和不同厚度船体外板的机器人自动水火成型加工。本专利技术可以大大提高船板加工的质量和速度、缩短造船周期、提高船板加工的成品率、降低造船成本，以及提高船板加工流水线的整体性能。因此对现代造船业有重要意义。附图说明图1为帆型板的水火加工示意图。图2为鞍型板的水火加工示意图。图3为本专利技术的实施例所采用的智能机器人的总体机械结构示意图。图4为本专利技术的实施例1的控制方法的流程图。图5为本专利技术的实施例1的整板测量路线示意6为本专利技术的实施例1的工艺平面图纸示意7为本专利技术的实施例1的焰道定位方案图8为本专利技术的实施例2的工艺平面图纸示意9为本专利技术的实施例2的焰道定位方案具体实施方式本专利技术的结合实施例及附图详细说明如下本专利技术的实施例是基于如图3所示结构的机器人的基础之上的。该机器人为龙门架式结构，如图5所示。包括由两条平行X方向导轨11、12，分别设置在两导轨11、12上可在导轨上移动的两支架21、22，其中一支架22上安装有控制机柜6，控制机柜6中装有本专利技术的机器人控制系统；由两端分别固定在两支架21、22上横跨X方向导轨11、12的Y方向导轨3组成龙门架式结构。在龙门架的Y方向导轨3上设置有一Z方向导轨41，在Z方向导轨41上安装有平行于Z方向导轨的Z’导轨42和固定在Z方向导轨41的末端上可沿Y-Z平面上旋转的θ轴5，在θ轴5上安装有平行于X方向导轨的X’导轨13，X’导轨13上安装有主、副两组焰枪加工装置61、62及其它加工装置(图中未示出)，其中副焰枪62可沿X’导轨13移动。Z’导轨42末端装有一套测量装置(激光测距仪)7；Z’导轨仅仅用于在加工时将激光测距仪提升，避免加工火焰产生的高温对激光测距仪产生伤害。上述的Z’导轨42、θ轴5、X’导轨13以及加工装置和测量装置组成机械手。由两个分别安装在导轨11、12上面的伺服电机14、15使龙门架式结构机器人沿两条平行导轨实现X方向的运动；由安装在导轨3上面的伺服电机31使Z方向导轨41和机械手沿导轨3实现Y方向的运动；由安装在导轨41上面的伺服电机43使机械手沿导轨41实现Z方向的运动；由安装在θ轴5上面的伺服电机51使机械手围绕θ轴5实现旋转运动；由安装在Z’导轨42上面的步进电机44使激光测距仪沿导轨42实现Z方向的运动；由安装在X’导轨13上面的步进电机16使副焰枪加工装置沿导轨13实现X方向的运动。实施例1结合如图3所示的机器人实施例结构对帆形板加工的流程如图4所示，包括以下步骤(1)定位在该机器人系统中，设定在各个伺服电机码盘值均为0，且步进电机44使激光测距仪沿导轨42沿Z方向运动到最下方的时候，激光测距仪激光发射点的位置为坐标原点。将机器人依次运动到矩形钢板内的四个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽红，赵雁南，左锦宇，郑大念，王家廞，贾培发，慕强，操先良，李杰，郝悍勇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：