高速干切削：新型的绿色加工技术

作者:xingyang                         时间：2010-12-02

轴承及轴承相关技术文章（轴承型号查询网提供） 关键字：轴承,逆向工程 介绍了逆向工程在全自动玻璃切割机中的应用流程，并针对国内玻璃行业自动化起步较晚技术相对落后的特点，提出了利用广角相机拍摄玻璃图样，利用光电传感器扫描，基于机器人示教再现原理设计的轮廓榆入设备这几种逆向工程技术方案，分析了每种方案的优缺点和适用范围，在实际中具有指导意义。 在大多数场合，玻璃切割都是采用正向的过程但随着需求的增加，比如当玻璃成品损坏的时候，经常需要我们能够复制出玻璃原件。过去的方法常常是到现场用厚纸板采取人工描绘的方式"刻录"下玻璃切片的外形，然后再将厚纸板拿到玻璃加工厂采用人工切割的方式来得到玻璃成品，但是人工切割的劳动强度高，时间长，而且当玻璃尺寸较大的时候，切割非常困难。因此一种利用逆向工程技术重构出AutoCAD模型的设备函待开发 1 玻璃切割机的逆向设计流程 在玻璃切割机控制系统中，逆向设计的过程为利用某些设备获得已有的玻璃样件的轮廓数据，然后通过数学方法转化成 DXF文件或玻璃切割系统可识别的轮廓数据，如图1所示。[img]http://www.jinkouzc.com/0903021256444805.bmp[/img] 2 玻璃轮廓数据获取的方案及比较 技术要求:能够快速准确地获取玻璃样件的数据;能够将数据合理方便地构造成玻璃轮廓曲线;由于玻璃加工行业附加值低，所以需要低成本。 2.1利用广角相机拍摄玻璃图样 利用广角相机拍摄玻璃图样，然后将获得的图像进行处理，转化为 DXF文件或玻璃切割系统可识别的轮廓数据，进而进行图形重构。方案分析: a.优点。　测量速度快。 　b.缺点。　这种方法由于失真问题，造成精度很低，最后很可能得不到想要的玻璃产品。 2.2 利用光电传感器扫描 高精度的扫描仪器为逆向工程提供了很大的便利，同时也由于成本的关系限制了它们在低成本场合的应用。受到激光三角形法的启发，在此提出一种适合玻璃切割机的轮廓数据获取方法。 考虑在玻璃切割机的刀头处可放置光电传感器，当要测量玻璃轮廓时，打开光源，下位机控制刀头对玻璃进行来回扫描。玻璃切割机的扫描示意如图2所示。图中的坐标原点为刀头的零点位置，X轴与切割机床边缘平行。图中椭圆为玻璃切片或模板，带箭头线条代表激光扫描路径。当探头在玻璃或模板的正上方时，光电传感器将获得反射光，而当探头不在玻璃正上方时，光电传感器将得不到反射光。这样的话，光电传感器可将有无反射光的信号 转化为数字信号0和1，将这些数据送人计算机进行处理，即可得到玻璃的轮廓数据。[img]http://www.jinkouzc.com/0903021257008813.bmp[/img] 　技术难点:设置扫描宽度d。为了取得良好的精度，就需要扫描宽度d尽量的小，但是当d过于小时，对于较大的玻璃将造成扫描速度过慢，输人计算机处理的数据也过多。得到数据后，将对数据进行曲线拟合。设 n+2个控制顶点 V,(i=0,2,…,n+1)，基函数为 ,Ni,k(u)，则第 i段三次B样条曲线的表达式为:[img]http://www.jinkouzc.com/0903021257407327.bmp[/img] 采用B样条曲线插值算法，即根据给定的测量所得数据-采样点 Pi （i=1,2, …,n)计算控制多边形顶点Vi(i=1，2，…，n+1)，使其定义的B样条曲线通过采样点并以采样点并以采样点Pi为曲线段的起始点，通过求得的控制顶点对原有的曲线做初步逼近，然后调整控制顶点，得到满意的曲线。由曲线端点性质可得到下列线性方程组: Pi=Pi (0)=1/6(Vi－1+4Vi+Vi+1,) i= 1 ,2 ,? ,n (3) 由式 (3) 可看出，要求解的点数为n十2个，而方程数仅为n。因此，必须要补充上2个合适的边界条件，才能使方程组有唯一的解。根据玻璃轮廓的实际情况，可得出周期边界条件，即 V0 = Vn (4) Vn+1 ＝V1 (5) 联立式(3)一式(5)可得以下线性方程组:[img]http://www.jinkouzc.com/0903021257528658.bmp[/img] 由式 (6) 求出B样条的控制顶点叭后将其代入式(1)即可重构出我们所需的玻璃轮廓曲线[img]http://www.jinkouzc.com/0903021258046800.bmp[/img] 2.3 基于机器人示教再现原理设计的轮廓输入设备 利用光电传感器扫描的方法，探头是不接触被测物体的，另外也可采用接触式的测量，也就是说，探头与被测物体直接接触来获取数据信息。三坐标测量机(CMM)是现在广泛使用的接触测量设备，可以完成整个表面的三维测量. 由于玻璃制品对轮廓的精度要求不是很高，且许多玻璃制品尺寸比较大，外形却相对比较简单，只需要二维的轮廓数据就够了，如果三坐标测量仪，价格太昂贵。这对一些从事小生产的单位也是一笔不小的费用。为适应这样的需要，在此提出了基于机器人示教再现原理进行轮廓数据输人的技术方案。 2.3.1 利用示教盒示教 使用示教 盒示教的原理是人用"示教控制盒"发出指令，让机器人的末端执行器移动到所需的位姿上，然后把每一位姿存储起来，经过编辑，并再现示教过的动作。结合到玻璃切割机，可在玻璃切割机控制器上连接一个示教盒，当需要逆向输人玻璃轮廓数据时，操作示教盒，使玻璃切割机的刀头触碰到玻璃图样的轮廓特征点，从而得到图样特征点的位置信息，然后通过编程得到整个外形轮廓曲线。 方案优缺点:此方案硬件成本最低，非常适合玻璃行业本身行业附加值低的特点，但是需要有玻璃切割机的场合才能应用。 2.3.2 利用手把手示教 工业机器人大部分是关节式机器人，通常在机器人的关节处安装绝对编码盘或者相对编码盘。在示教过程中，随着示教点变化，关节角也相应的变化，与关节相连的码盘产生脉冲。计算机处理码盘产生的脉冲，计算出示教点的位置和位姿，把它们存储下来。再现的时候，根据存储的信息跟示教指令，驱动机器人各关节电机动作，完成示教点的再现。利用这个原理，设计一个独立的关节式机构，模拟机器人示教中的示教手臂，在各个关节处安装编码盘。操纵这个结构的末端沿着轮廓的表面运动，并随时把该结构各个关节的角度信息(码盘的脉冲)存储起来，再把存储的信息转换成直角坐标下的坐标。开发一个应用软件，把得到的离散点数据进行曲线或曲面造型，转化成DXF文件，然后送到数控机床进行加工。这样可以实现脱离玻璃切割机工作。轮廓输入设备的结构示意如图3所示。 图3中，整个轮廓输人设备的起始位置，用来建立直角坐标系;固定螺母用于固定输人设备的夹持部分和扫描用的平台;轮廓探头，固定在臂2上，以保持轮廓跟输人设备之间良好的接触性。各个关节处的连接示意如图4所示。在扫描器的2个关节上分别安装了编码盘1和2。码盘1固定在平台上，码盘1的转轴与臂1固定连接;码盘2固定在臂1的另一端，码盘2的转轴与臂2固定连接。将2个码盘的脉冲输出接至计算机机的计数器。扫描的原理与机器人间接示教的原理基本相同。整个扫描器相当于一个两自由度的模型机器人。用固定螺母将整个扫描设备固定在平台上，使轮廓探头跟待扫描的轮廓线处于同一水平面，并将输人设备的初始位置置于用户便于观察测量的地方。手牵引扫描器的轮廓探头沿轮廓曲线移动，随着P点的变化，两臂(臂1，臂2)绕各自的关节转动(关节1，关节2)，臂1的转动带动码盘1的转动，产生脉冲;臂2的转动带动码盘2转动，产生脉冲。计算机定时对计数器进行扫描，对脉冲数据进行采样。[img]http://www.jinkouzc.com/0903021258178086.bmp[/img] 根据一定的算法，得到的数据在计算机内进行点的剔除，曲线曲面造型等处理，把数据信息转化成大部分图形能够识别的DXF文件。由于此方案数据处理过程较复杂，限于篇幅，在此不作介绍。此设备已经开发出来样品。方案优缺点:实践结果表明，此轮廓输人设备提供了一种无需闭环控制系统便能实现轮廓的快速测量方法。并且与以上各种方案不同的是，此设备简便轻巧，可脱离玻璃切割机去现场采集玻璃轮廓数据，十分方便。但正是由于此设备既要求轻巧便于携带又要求测量数据准确，所以在选材和制造上都要求较高，相对于前几种方案，制作成本稍高。 3 结束语 一些中小型自动玻璃切割企业为了满足市场的需求，需要一种低成本，精度好的逆向轮廓输人设备。应这一需求，本文提出了4种玻璃轮廓数据的获取方法，并且分析了每种方法的优缺点和适用范围，每种方法各有利弊，可根据实际情况采用。【MechNet】

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