铝合金铸件毛刺去除加工技术研究

作     者：沈臻 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄世军;孙炳玉

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：点云处理 轨迹规划 毛刺去除 阻抗控制 

摘      要：铝合金铸件由于铸造模具、工艺和后续热处理温度分布不均影响,易使工件产生变形。通过示教编程和铸件三维数模生成去除毛刺加工轨迹的方法,容易产生过加工和加工不到的问题。同时,由于铝合金铸件存在变形,单纯采用轨迹进行加工控制也会使得毛刺去除存在不均匀的问题。为提高铝合金铸件去除毛刺的均匀性和准确性,实现铝合金铸件切削毛刺的自动去除要求,本文基于机器视觉检测方法,获取铝合金铸件切削毛刺加工边缘点,通过拟合机器人加工轨迹,设计刀具工作姿态,并结合阻抗控制策略,进行去除毛刺过程中的法向恒力加工控制,实现了铝合金铸件切削毛刺的自动去除加工目标。本文具体研究工作如下:(1)提出了铝合金铸件点云边缘提取策略。对相机所获得的铝合金铸件点云数据进行降噪、滤波和精简处理,通过对点云数据进行聚类分割,筛选出毛刺去除加工区域,然后依据点云法法向量提取毛刺边缘区域,并将其投影至平面,通过切平面方法提取实际工件边缘位置。(2)进行了机器人轨迹规划和姿态设计。基于工件边缘点信息,对加工轨迹进行拟合,并将不同的空间轨迹进行过渡拼接处理,然后通过改进弗莱纳坐标系,实现了基于加工轨迹自动生成刀具加工姿态,并通过四元数对姿态进一步插值实现姿态的平滑处理。(3)完成了去除毛刺法向恒力控制研究。基于位置的阻抗控制模型,提出了去除毛刺法向恒力控制策略,并分析了各个阻抗参数对控制器的影响。通过刀具姿态信息对力信息做重力补偿并得到了实际工作法向力,结合阻抗控制器输出的力偏差,提出机器人动态去毛刺轨迹调整方法。(4)搭建了毛刺去除加工实验平台,进行了毛刺去除加工实验。搭建了具有视觉系统的机器人去毛刺加工实验平台,在此基础上进行了毛刺去除加工实验,验证了点云提取边缘准确性、轨迹和姿态的平滑性,验证了法向恒力加工控制的有效性,毛刺去除加工质量满足精度要求。