大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统及打磨方法与流程

本发明涉及大型工件打磨，具体涉及大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统及打磨方法。

背景技术：

1、大型汽轮机叶片是汽轮机的关键性部件，汽轮机叶片是将热能转化为动能的关键组成部分。在汽轮机中，高温高压的蒸汽通过叶片的作用，使叶片产生反作用力而旋转，推动汽轮机转子运动，进而转化为动能来驱动发电机等负载；而且可以调整可控制介质流动，改善热能利用效率等。

2、在对汽轮机叶片加工制备中，打磨工艺是最为重要的一步，叶片表面的粗糙度关乎着叶片运行时的稳定及寿命。打磨过程中，需要逐步进行不同程度的粗细度打磨处理。通过提升叶片表面的光洁度，对汽轮机的性能和效率具有非常重要的影响，可以大幅度减少气体摩擦阻力和热重压力。

3、目前针对汽轮机叶片的打磨工艺，一部分采用手工打磨配合机械打磨的方式，另一方面采用cnc加工磨削的方式。手工打磨配合半自动机械打磨虽能达到打磨效果，但是，打磨速度较慢，且精度较低，无法保证叶片打磨后结构性能的一致性。而采用cnc磨削的方式，虽然可以提升打磨效率、保证精度，但由于部分汽轮机叶片体积较大，一般的cnc内部空间有限，针对体积较大的叶片只能进行局部打磨甚至无法打磨。

技术实现思路

1、本发明提出了一种大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统及打磨方法，本发明能够实现多台机器人对叶轮进行双面协同打磨处理，有效解决传统打磨工艺存在的打磨精度差、速度慢等问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

3、一方面本发明提出了一种大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统，所述系统包括支撑座、脉冲驱动单元、叶轮和两组机器人打磨单元；其中，

4、所述叶轮和脉冲驱动单元安装在支撑座，脉冲驱动单元与叶轮连接，驱动控制叶轮按照设定的方向转动；

5、两组机器人打磨单元对称分别在叶轮的两侧，包括机械臂、控制柜和打磨轮，两台机械臂分别安装在与其对应的横向位移驱动单元上，两台机械臂和横向位移驱动单元与支撑座之间的间距一致；所述打磨轮固定在机械臂的末端，用于打磨汽轮机叶片；所述机械臂、横向位移驱动单元均与控制柜连接，用于接受控制柜生成并下发的指令，其中，机械臂接受指令后按照设定程序及路径对叶轮进行打磨作业，横向位移驱动单元则带动机械臂沿x轴方向移动；

6、所述脉冲驱动单元包括伺服电机、传动齿轮组和主轴，主轴装配在支撑座上，所述叶轮固定在主轴上，传动齿轮组安装在支撑座的一侧，所述伺服电机通过传动齿轮组与主轴连接，伺服电机接入控制柜中并控制叶轮按照设定的方向转动；伺服电机与其相贴近一侧的控制柜连接即可。

7、其中，两组机器人打磨单元中的两个控制柜之间联动，采用通讯协议、配置网络或联动程序中的任意一种进行联动配置。

8、其中，两组机器人打磨单元可以只配置一个控制柜，即两组脉冲驱动单元、机械臂以及横向位移驱动单元接入同一个控制柜实现联动控制。

9、进一步地，在本发明中，根据机械臂的作业范围，将叶轮划分成a1…an个打磨段；机械臂在程序路径控制下带动打磨轮移动至叶轮两侧的打磨区域，两台机械臂根据各自路径对叶轮实施打磨。

10、进一步地，在本发明中，两台机械臂采用同步打磨的方式，对叶轮上的同一个叶片进行双面打磨，并在对程序进行仿真验证时，优化两个程序在打磨中所消耗时间的一致性，两台机械臂在同区域打磨完毕后，可同时对下一打磨段同步打磨。

11、进一步地，在本发明中，所述两组机器人打磨单元还包括摄像头，且摄像头通过螺栓装配在机械臂靠近打磨轮一侧，摄像头的拍摄角度与打磨轮打磨方向一致；所述摄像头与控制柜连接，用于实时传输打磨录像信息。

12、进一步地，在本发明中，所述脉冲驱动单元还包括接入控制柜中的脉冲信号生成器，脉冲信号生成器与伺服电机连接，用于输出脉冲控制信号控制伺服电机的转速和方向；当叶轮对应的打磨段打磨完毕后，需机械臂带动打磨轮完全脱离叶轮后，控制柜方可发出控制指令驱动伺服电机运行，将叶轮下一打磨段位置旋转至两台机械臂的作业范围内。

13、进一步地，在本发明中，所述控制柜还包括触摸屏和键盘，用于实现人机交互；工作人员能够实时监控和控制多个机械人的运行和状态；

14、两台机械臂在打磨时，工作人员可通过控制柜将摄像头实时拍摄画面同步至触摸屏上，用于进行远程查看机械臂的打磨姿态、叶轮表面粗糙度、整体运行状态；

15、两台机械臂在调试时，工作人员可通过控制柜输入程序数据，用于程序的仿真模拟、路径优化等。

16、进一步地，在本发明中，所述控制柜上还设置有应急开关，当机械臂在打磨过程中出现故障或打磨轮故障时，在机械臂作业范围以外的位置即可触发应急开关，控制机械臂及打磨轮处于急停状态。

17、另一方面，本发明还提出了一种大型汽轮机叶片多机器人协同打磨方法，所述方法基于上述协同打磨系统实现，包括以下步骤：

18、s1.创建叶轮三维模型，并修正参数；

19、s2.将步骤s1创建的模型导入仿真软件，根据模型及机械臂工作范围确定叶轮的分段式打磨区域；

20、s3.生成打磨路径程序，并对打磨程序进行仿真验证；

21、s4.优化打磨路径程序参数；

22、s5.将优化后的打磨路径程序导入控制柜系统，开始运行。

23、进一步地，所述打磨方法具体包括以下步骤：

24、s11.根据叶轮图纸采用ug或solidworks绘制叶轮三维图纸，或采用扫描方式建立模型；

25、s21.根据叶轮参数修正模型数据后，导入仿真软件，并根据机械臂工作区域调整叶轮位置，确定叶轮处于机械臂作业范围区域内；

26、s31.调控机械臂打磨轨迹，自动或手动生成打磨路径程序，并在仿真软件中对程序进行仿真验证；

27、s41.根据叶轮两面打磨角度，优化打磨路径程序参数，包括机械臂关节摆动幅度、优化打磨速度和角度、优化预留安全位置等；

28、s51.将优化后的打磨路径程序导入控制柜的控制系统中，其中，机械臂初次运行的线速度和角速度需处于放慢状态，待执行完一个完整程序后，确认无误，方可加速打磨。

29、在本发明中，叶轮模型建立后，在仿真系统中，根据叶轮的形状、尺寸、打磨要求和叶片的分布角度采用几何形状分区制定分区策略，将叶轮打磨位置分成若干个区域；根据分区策略和叶轮模型考虑每个区域的打磨难度、打磨量、打磨顺序因素，并为每个因素量进行优化。

30、其中，分区策略用于对叶轮打磨区域进行划分，包括区域划分和标记区域，具体步骤如下：

31、叶轮模型建立后，将叶轮划分成a1…an个打磨段, 规定每个打磨段内包含一个至多个叶片打磨区域；在仿真软件中对单个打磨段内程序进行优化，优化内容包括打磨难度、打磨量、打磨顺序，并将优化后的程序导出；

32、机械臂在程序路径控制下带动打磨轮移动至叶轮两侧打磨区域，两台机械臂根据各自路径对叶轮实施打磨，打磨方式包括逐区打磨、交叉打磨、边界打磨中的任意一种或多种。

33、本发明的有益效果：

34、本发明的大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统采用多台机器人对叶轮进行双面协同打磨的方式，既能达到双面同步打磨处理，又能替代传统手动打磨或cnc打磨存在的弊端。另外，本发明系统可针对叶轮两面结构弯曲角度，设定不同的打磨程序并优化路径，使得两侧机械臂协同打磨速率相同，且配合伺服电机脉冲控制叶轮旋转角度，优化了机械臂横向坐标的移动幅度，使得机械臂上的打磨轮能快速移动至打磨作业区域内，从而提升了打磨效率。

技术特征：

1.大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统，其特征在于，所述机械人打磨单元还包括摄像头，摄像头通过螺栓装配在机械臂靠近打磨轮一侧，摄像头拍摄角度与打磨轮打磨方向一致；所述摄像头与控制柜连接，实时传输打磨录像信息。

3.根据权利要求1所述的大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统，其特征在于，所述脉冲驱动单元还包括脉冲信号生成器，脉冲信号生成器与伺服电机连接，用于输出脉冲控制信号，所述脉冲信号控制器接入控制柜中。

4.根据权利要求1所述的大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统，其特征在于，所述控制柜包括触摸屏和键盘，所述触摸屏和键盘用于实现人机交互。

5.根据权利要求1所述的大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统，其特征在于，所述控制柜上设置有应急开关，用于在叶片打磨过程中出现故障而控制机械臂以及打磨轮处于急停状态。

6.大型汽轮机叶片多机器人协同打磨方法，所述方法基于权利要求1-5任意一项所述的协同打磨系统实现，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的大型汽轮机叶片多机器人协同打磨方法，其特征在于，所述步骤s2包括：根据机械臂的作业范围，将叶轮划分成a1…an段打磨段。

8.根据权利要求6所述的大型汽轮机叶片多机器人协同打磨方法，其特征在于，步骤s1中，根据叶轮图纸采用ug或solidworks绘制叶轮三维图纸，或采用扫描方式建立模型。

9.根据权利要求6所述的大型汽轮机叶片多机器人协同打磨方法，其特征在于，叶轮模型建立后，在仿真系统中，根据叶轮的形状、尺寸、打磨要求和叶片的分布角度采用几何形状分区制定分区策略，然后将叶轮每个打磨段分成若干个打磨区域并标记；根据分区策略和叶轮模型考虑每个区域的打磨难度、打磨量、打磨顺序因素，并为每个因素量进行优化。

10.根据权利要求9所述的大型汽轮机叶片多机器人协同打磨方法，其特征在于，所述机械人打磨单元打磨叶轮时，对于每个打磨段采用逐区打磨、交叉打磨、边界打磨中的任意一种或多种对叶轮进行打磨。

技术总结
本发明涉及大型工件打磨技术领域，公开了大型汽轮机叶片多机器人协同打磨系统及打磨方法，所述系统包括用于支撑叶轮的支撑座；设置在支撑座上，用于驱动叶轮顺时针方向转动的脉冲驱动单元；对称分布在支撑座两侧，用于打磨叶片的机械人打磨单元；其中，所述脉冲驱动单元控制叶轮按照设定程序动作；所述机械人打磨单元按照设定程序及路径对叶轮进行打磨作业。本发明能够实现多台机器人对叶轮进行双面协同打磨处理，有效解决传统打磨工艺存在的打磨精度差、速度慢等问题。

技术研发人员：汤林,石致远,吴文亮,徐健,李春兴,易泰勋,陈弈,任宗华,李梓轩,盛仲曦,李晋航
受保护的技术使用者：东方电气集团科学技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5