[发明专利]基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光装置及方法

权利要求书

1.一种基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光方法，其特征在于，所述方法应用于基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光装置，所述装置包括：上基座、工业机器人、球壳型超声换能器、超声电源、下基座和工作池；所述工业机器人设置在所述上基座上，所述工业机器人的末端连接有球壳型超声换能器，所述工业机器人用于控制所述球壳型超声换能器的移动；所述超声电源，与所述球壳型超声换能器连接，用于激励所述球壳型超声换能器产生超声振动的高频电信号；所述工作池，设置在所述下基座上，盛放有抛光液和待加工的3D打印金属件；所述球壳型超声换能器浸泡在所述抛光液中，通过抛光液将超声振动产生的能量聚焦在待加工3D打印金属件的表面，完成对待加工3D打印金属件的表面抛光处理；

所述方法包括：

获取待加工的3D打印金属件的三维模型图；

根据所述三维模型图确定抛光路径；

将所述抛光路径转换为三维空间坐标；

对工业机器人运动学与动力学进行解析运算，得到工业机器人的各关节转角；

根据所述各关节转角得到工业机器人末端位姿坐标；

根据所述三维空间坐标和所述工业机器人末端位姿坐标调整工业机器人末端位姿；

其中，在进行工业机器人的动力学的解析运算时，采用D-H参数表示法分别对工业机器人的机械臂的运动学进行建模运算得到工业机器人的各关节转角：

q_i(rad)、a_i(mm)、d_i(mm)、α_i(rad)分别表示关节转角、连杆长度、连杆偏移和连杆扭转角；根据D-H参数，将笛卡尔空间坐标系进行旋转、平移变换，则相邻两个关节连杆坐标系可以表示为：

将其展开得到通用的齐次变换矩阵：

q_i、a_i、d_i、α_i分别表示第i个关节的关节转角、连杆长度、连杆偏移和连杆扭转角，i＝1,2,3,4,5,6，c表示cos，s表示sin；对6个关节的变换矩阵相乘得到工业机器人的不同的关节转角公式，计算得到的数据为三维坐标数据，存储到机器人控制器，机器人控制器进行数据的整合，生成新的控制工业机器人的运动轨迹；机器人控制器与工业机器人建立通信，超声电源启动后，依据不同零部件的使用要求，表面粗糙度的参考值不同，确定超声频率；球壳型超声换能器依据工业机器人规划好的路径运动，对待加工3D打印金属件进行表面抛光处理；机器人控制器根据工业机器人抛光路径调整位姿；工业机器人的末端位姿调整依据工业机器人的动力学运算过程，对数据进行处理得到各个关节的齐次变换矩阵：

对公式进行整理相乘得到机器人的末端位姿的三维空间坐标数据；机器人控制器根据三维空间坐标数据调整工业机器人的末端位姿，使球壳型超声换能器的声聚焦点始终在待加工3D打印金属件的表面，且轴心始终在被加工表面的法线方向，保证加工质量均匀一致。

2.根据权利要求1所述的基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光方法，其特征在于，所述工作池内设置有夹具，所述夹具用于夹持待加工的3D打印金属件。

3.根据权利要求2所述的基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光方法，其特征在于，所述夹具可拆卸。

4.根据权利要求1所述的基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光方法，其特征在于，还包括：机器人控制器，与所述工业机器人连接，用于控制所述工业机器人的移动轨迹。

5.根据权利要求4所述的基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光方法，其特征在于，还包括：系统控制柜，与所述机器人控制器连接，用于对所述工业机器人运动学与动力学进行解析运算，与所述机器人控制器进行通信，实现对所述球壳型超声换能器移动轨迹的控制。

6.根据权利要求1所述的基于球壳型超声换能器的3D打印金属件抛光方法，其特征在于，所述超声电源的频率范围在10KHz～40KHz。