[发明专利]一种调距桨桨叶表面打磨装置和打磨方法

权利要求书

1.一种调距桨桨叶表面打磨装置，其特征在于：包括机座、桨叶夹具组件、龙门打磨装置、计算机和重心测量装置；

桨叶夹具组件直接或间接设置在机座上，桨叶夹具组件包括夹具组件和桨叶支撑组件，其中，夹具组件用于桨叶底盘的夹紧固定，桨叶支撑组件用于支撑桨叶；

龙门打磨装置包括龙门腿柱、横梁组件、六自由度机械手、柔性气浮主轴、电流互感器、砂轮和摄像头；

龙门腿柱底部与机座滑动连接，横梁组件固定设置在龙门腿柱顶端，六自由度机械手的一端固定设置在横梁组件的中部，六自由度机械手的另一端与柔性气浮主轴固定连接；

横梁组件的中部还设置一根横杆，横杆底部设置所述摄像头；

柔性气浮主轴包括气缸、主轴、电机、联轴器和空心轴承；

主轴同轴设置在气缸中部，主轴的一端通过联轴器与电机连接，主轴的另一端从气缸中穿出并与砂轮固定连接，空心轴承套装在位于气缸内的主轴上，用于支撑主轴；

电流互感器与柔性气浮主轴中的电机相连接；

六自由度机械手、柔性气浮主轴中的电机、电流互感器和摄像头均与计算机相连接；

重心测量装置包括称重传感器和测量工作台；测量工作台通过升降机构一设置在机座的正上方，测量工作台的高度能够升降；称重传感器至少有三个，所有称重传感器均设置在位于测量工作台正下方的机座上；夹具组件固定设置在测量工作台上，桨叶支撑组件滑动设置在测量工作台上；

所述夹具组件包括V型架和压头，V型架直接或间接设置在机座上，用于放置桨叶底盘；压头同轴设置在V型架的正上方，压头高度能够升降。

2.根据权利要求1所述的调距桨桨叶表面打磨装置，其特征在于：所述桨叶支撑组件包括升降机构二和桨叶接触球头；升降机构二直接或间接设置在机座上，桨叶接触球头固定设置在升降机构二的顶端。

3.根据权利要求1所述的调距桨桨叶表面打磨装置，其特征在于：所述柔性气浮主轴中的主轴与联轴器之间还设置有传动架，传动架与主轴之间设有滚珠。

4.根据权利要求1所述的调距桨桨叶表面打磨装置，其特征在于：重心测量装置还包括桨叶空间姿态测量装置，桨叶空间姿态测量装置包括激光位移传感器测量装置和倾角测量装置；

激光位移传感器测量装置包括三维移动架和固定设置在三维移动架上的激光位移传感器；三维移动架能够带动激光位移传感器实现X、Y和Z三个方向的滑移；倾角测量装置包括倾角传感器，该倾角传感器能对桨叶的倾斜角度进行测量。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述的调距桨桨叶表面打磨装置的打磨方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，建立桨叶打磨坐标系：在计算机中，以机座或测量工作台上表面为X₁Y₁平面，以机座上表面其中一条边的中点为坐标原点O₁，该边所在方向为X₁方向，垂直于该边方向为Y₁方向；Z₁方向则是以X₁Y₁平面的坐标原点为原点，并垂直于X₁Y₁平面；

步骤2，六自由度机械手打磨路径初步规划：将调距桨桨叶的三维模型导入步骤1建立的桨叶打磨坐标系中，计算机将自动识别桨叶轮廓和表面曲率，然后，计算机进行六自由度机械手打磨路径的初步规划，初步规划内容包括：根据桨叶轮廓坐标进行桨叶平面X₁Y₁方向的路径规划以及根据桨叶三维模型中的表面曲率进行打磨角度γ的路径规划，最终生成运动点的坐标（X₁、Y₁、γ）；其中，γ是指桨叶曲面与Z1方向所形成的夹角；最后，计算机将六自由度机械手打磨路径的初步规划传输至六自由度机械手，生成六自由度机械手沿X₁Y₁方向和γ角度的运动序列；

步骤3，设置打磨参数：设置磨削力值和柔性气浮主轴的转速；设置的磨削力值包括磨削力最大值F_max 和磨削力最小值F_min；

步骤4，固定桨叶：通过桨叶夹具组件将桨叶夹紧固定；

步骤5，六自由度机械手在X₁Y₁方向的路径规划：龙门腿柱滑移，使摄像头位于桨叶的上方，摄像头对整个桨叶上表面进行平面轮廓拍摄，并将拍摄的结果传输至计算机内，计算机将自动计算桨叶外轮廓的坐标，并将计算的桨叶轮廓坐标与步骤2中的六自由度机械手打磨路径的初步规划进行匹配，从而确定桨叶的实际位置；计算机根据桨叶的实际位置，重新对拍摄得到的桨叶平面进行X₁Y₁方向的路径规划；最后，计算机将X₁Y₁方向的路径规划传输至六自由度机械手，生成六自由度机械手在X₁Y₁方向的运动序列；

步骤6，桨叶打磨：龙门腿柱滑移，使六自由度机械手移动至步骤5在X₁Y₁方向路径规划的起始位置，然后六自由度机械手带动砂轮沿Z₁方向下降，砂轮边下降的同时边对磨削力F进行检测，当磨削力控制在步骤3设定的磨削力值之间时，砂轮停止下降，开始打磨，六自由度机械手按照步骤5生成的X₁Y₁方向运动序列进行移动并打磨；打磨过程中，仍需对磨削力进行实时检测；磨削力检测的具体方式为：通过电流互感器对柔性气浮主轴中电机的回路电流I进行实时监测，电机的回路电流I与砂轮的磨削力F呈线性关系，磨削力F大小的改变将引起回路电流的变化；

步骤7，磨削力F补偿：当步骤6中检测到的磨削力高于设定值，也即高于磨削力最大值F_max时，计算机控制六自由度机械手带动柔性气浮主轴上升一个补偿量δ1；当步骤6中检测到的磨削力小于设定值，也即小于磨削力最小值F_min时，计算机控制六自由度机械手带动柔性气浮主轴下降一个补偿量δ2；在六自由度机械手下降的同时，柔性气浮主轴将依靠自身的浮动量先进行磨削力的柔性补偿，使磨削力始终能够控制在最大值F_max和最小值F_min之间；

步骤8，当打磨至步骤5在X₁Y₁方向路径规划的终点位置时，桨叶一次打磨完成，六自由度机械手重新移动至步骤5在X₁Y₁方向路径规划的起始位置，按照步骤6至步骤7打磨方法，进行第二次打磨，依次循环，直到打磨完成。