CN112757307B - 一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备和方法，属于机器人自动加工技术领域。该装备包括包括工业机器人、力控测量模块、加工工具快换模块、加工工具和工作台。加工方法包括：叶轮叶片特征曲线提取、排序与离散化，中轴线生成与提取，盖盘线的生成与离散化、加工余量计算、叶轮叶片焊接坡口的标架设定与调整，切削工具坐标系标定，工件坐标系标定，加工轨迹自动生产、基于力控方式的在位测量，基于加工去除量在线控制的走刀余量确定。本发明可以实现叶轮焊接坡口的机器人自动加工去除，相比于五轴数控加工机床，本发明提出的装备和方法成本低，适应性好，具有非常强的灵活性，较好地解决了叶轮焊接坡口的自适应加工问题。

Description

一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备和方法

技术领域

本发明涉及机器人自动加工技术领域，具体涉及一种机器人自动加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备和方法。

背景技术

离心压缩机作为一种工业装备现已广泛应用于石油石化、天然气输送、金属冶炼等与国民经济息息相关的重要领域。作为离心压缩机核心部件的三元叶轮，其加工质量直接影响离心压缩机的性能和效率，所以三元叶轮被形象地称作离心压缩机的“心脏”，如何能够在短周期内制造出精度更高且制造成本更低的三元叶轮是亟待工程技术人员研究和解决的一道难题。自由曲面的叶轮叶片大多采用点接触铣削加工，五轴加工中心主要进行叶片自由曲面型面和流道型面的加工。而对于叶片轮缘面焊接坡口的加工去除，采用此种方法加工成本又太高，所以现在对于整体叶轮叶片的焊接坡口的加工主要依靠人工打磨去除，由人工手持电磨机进行打磨。采用去除—测量—再去除—再测量的试凑加工方式，加工质量高度依赖于操作工人的经验，不仅难以保证焊接坡口加工精度和质量，加工一致性难以控制外，加工过程产生的噪声、粉尘等恶劣环境对工人的身体健康也有着极大地危害。机器人加工系统可以实现复杂曲面零件加工去除过程的自动化，提高加工质量，极大地缩短加工时间，提高加工效率，并保证加工质量的一致性。但机器人由于本身的定位精度较低和叶轮定位误差较大，单纯的依靠机器人运动精度沿叶轮模型生成的轨迹难以实现刀具与叶片轮缘线的正确相对加工位置。并且精铣加工后叶片轮缘面的宽度大小不一样，而焊接坡口加工后要求焊口工序尺寸宽度一致，这就需要在焊接坡口加工去除过程中采用变去除余量的加工方式，采用现有的机器人加工去除方法无法实现这一要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备和方法，能够在三元叶轮加工制造过程中实现对叶片的焊接坡口的自动化加工，取代现行的人工手工加工方式。以本发明的装备为加工工艺系统，通过采用加工模型特征曲线提取与排序、曲线离散化、中轴线的提取与离散化、标架的设定与调整、盖盘线的生成与离散化、轨迹自动生成、基于力控方式的在位检测、加工轨迹误差补偿、变余量加工等方法，可以实现三元叶轮叶片焊接坡口的变余量加工去除，获得等宽度尺寸和等角度的焊接坡口。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备，包括工业机器人、力控测量模块、加工工具快换模块、加工工具和工作台；其中：

工业机器人：将根据叶轮模型生产的加工轨迹输入机器人控制器，控制机器人的运动轨迹，带动安装在机器人末端的加工工具，进行叶片焊接坡口的加工去除；

力控测量模块：包括六维力/力矩传感器，所述力控测量模块安装在机器人末端法兰上，用于加工过程中在线实时测量加工接触力的大小，为力-位控制方式提供测量数据；

加工工具快换模块：包括快换头等，安装在六维力/力矩传感器的连接法兰上；

加工工具：包括相连接的直磨机和圆柱旋转锉刀，直磨机通过夹具与加工工具快换模块连接安装，加工时直磨机带动旋转锉刀旋转；

工作台：用于叶轮工件的安装，并具有实现加工时叶轮工件沿Z轴和X轴的旋转功能；

该装备还包括上位机，用于完成叶轮模型的处理，包括轮缘线、中轴线、盖盘线的提取与离散化，加工轨迹的生成，加工接触力的提取处理，加工轨迹的补偿修正控制等。

该装备还包括加工工具库，用于加工工具的存放，可以根据加工所需刀具类型等进行数量设定，所述加工工具库放于固定位置，为机器人加工提供不同的加工工具。

利用所述装备进行的机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的方法，包括依次进行的叶轮叶片特征曲线提取、排序与离散化过程，中轴线的生成与提取过程，盖盘线的生成与离散化过程以及加工余量的计算，叶轮叶片焊接坡口的标架设定与调整，切削工具坐标系标定，工件坐标系标定过程，加工轨迹自动生产过程，基于力控方式的在位测量过程，以及基于加工去除量在线控制的走刀余量确定过程，该方法具体包括如下步骤：

(1)叶轮叶片特征曲线提取、排序与离散化过程：

根据叶轮三维模型提取叶片轮缘面、压力面轮缘线、吸力面轮缘线，如果轮缘曲线多于一条，则需要对各加工曲线按照首尾相接的顺序进行排序，对选定曲线根据加工距离与精度要求进行离散化处理(进行曲线离散化时需要确保压力面轮缘线和吸力面轮缘线离散点个数相等)。

(2)中轴线的生成与提取过程：

提取轮缘面的中轴线：首先将轮缘面进行离散化，离散化方法是将叶片轮缘面离散成三角网格曲面，依次取压力面轮缘线离散点和与之对应的吸力面轮缘线离散点，对于对应的两个离散点对，分别求这两个点所在的三角网格三角形索引以及在该三角形中的重心坐标系值；将获得的三角形索引及重心坐标系值作为输入，应用三角网格离散测地线求解算法，求这两个点之间的三角网格离散测地线；对于压力面和吸力面轮缘线的所有离散点对，执行以下操作：对每个离散点对获得的离散测地线，求其中点位置，则此点坐标为对于轮缘线点对在轮缘面的中轴点；将所有点对的离散测地线中点进行曲线拟合，即获得叶片轮缘面的中轴线；

(3)盖盘线的生成与离散化过程以及加工余量的计算：

根据压力面轮缘线和吸力面轮缘线相对离散点对得到对应点的中轴点，计算离散点和中轴线在轮缘面内的距离为H，设轮缘面加工去除焊接坡口之后面剩余宽度为D，则以中轴线离散点为中心，在轮缘面内沿相对应的轮缘线离散点各偏置距离为D/2，此两个对应点就是压力面和吸力面的盖盘线上的点，则此点到对应轮缘线上相应点的距离就是加工余量，其值为H-D/2；采用相同方法依次以中轴线上各点为中心，形成轮缘面上两条盖盘线的对应点；将各点进行连接则形成盖盘线，盖盘线与轮缘线之间的距离就是总加工余量的大小，盖盘线和轮缘线之间的加工余量不是相同的，随着加工位置点的变化而变化，即H-D/2是变值。

(4)叶轮叶片焊接坡口的标架设定与调整：

根据离散点在轮缘面法向评估方向计算各离散点的局部标架：离散点法向矢量作为离散点局部标架的Z轴方向；根据离散点在轮缘线上的切向评估方法，计算各离散点的切向矢量，该切向矢量方向作为离散点局部标架的X轴方向；根据右手定则，确定各离散点局部标架的Y轴方向：再沿局部标架的X轴旋转45度，使Z轴垂直于加工后焊接坡口面；

(5)切削工具坐标系(坐标系T)标定：

采用机器人自身功能标定加工刀具的工具坐标系，所建立的工具坐标系各轴方向规定为：工具坐标系的原点为圆柱旋转锉刀外圆刀刃上一合适点，X轴方向为原点与旋转锉刀轴心连线的切线方向，轴向指向该原点加工时的旋转方向；Y轴为与旋转锉刀轴线平行，指向机器人法兰方向；Z轴根据右手定则确定；

(6)工件坐标系(坐标系B)标定过程：

采用间接法在工件叶轮上建立工件坐标系：首先在三维造型软件中选择四个特征点，并记录这四个特征点在工件坐标系中的坐标值；然后使用已测量工具坐标系的工具尖点依次接近工件上的对应特征点，并在机器人示教器中输出对应三维模型中的坐标值；在完成以上操作后，由机器人计算所建立的工件坐标系相对于机器人底座坐标系的变换关系，从而完成工件坐标系的标定；

(7)加工轨迹自动生产过程：

以叶轮工件坐标系B为参考系，计算叶片轮缘线上各个离散点的位姿(包括位置和姿态)，自动生成所加工叶片轮缘线上加工去除的轨迹点，然后将各个轨迹点顺序连接后形成加工轨迹；

(8)基于力控方式的在位测量过程：

采用基于力控方式的在位测量方法，用来测量旋转锉刀与轮缘线紧密贴合接触时每个离散位置点索引在工具坐标系Z轴方向的编程轨迹与实际轨迹之间的差值，机器人读取每个离散点位置索引的工具Z轴方向的差值，与叶轮模型生成的轨迹上相应离散点的Z轴方向位置值进行比较，计算实际加工位置与理论轨迹位置在Z轴方向的偏差(即修正量K)，理论位置点Z轴数值补偿偏差值，则为叶片轮廓线离散点的Z轴方向的实际值，这样可以消除机器人工具坐标系、工件坐标系、机器人绝对定位误差及其工件制造误差等误差因素的影响；

采用加工轨迹误差补偿方法，就是根据叶轮模型生成的加工轨迹上的理论离散点Z轴方向位置点Z(i)进行补偿修正在位测量时位置索引点的Z向偏差K(i)，即Z(i)-K(i)，对各个机器人理论离散点轨迹点和索引点修正量补偿后的各个相应点进行二次曲线拟合，去除测量过程杂点的影响，获得光滑的去除量控制曲线，此曲线为工件理论模型轨迹路径进行补偿修正后的加工路径，即机器人加工时的实际轨迹点，即W(i)，实现加工时旋转锉刀与叶片焊接坡口的正确相对位置关系；

(9)基于加工去除量在线控制的走刀余量确定过程：

首先计算轮缘线上各个离散点处的加工余量H-D/2，分别依次标记索引名为A(1)，A(2)，A(3)，A(4)，……A(i)，i为自然数；从计算值中取最大值为最大的加工余量，同时也设定为A0；当H-D/2＝0时代表此处轮缘线与盖盘线在此离散点处重合，设定加工余量为0；设定所选用旋转锉刀每次走刀的切深值B，则对于叶片一侧的走刀次数为A0/B，则各个离散点处每次走刀加工余量为A(i)B/A0；则第一次走刀时，各个离散点处Z向的路径位置点为W(i)-A(i)B/A0；第二次走刀时，各个离散点处Z向的路径位置点为W(i)-2A(i)B/A0，依次类推，直至完成走刀次数A0/B，完成压力面或者吸力面侧的全部焊接坡口的加工。

本发明的优点和有益效果如下：

采用本发明的装备和工艺过程，可以实现叶轮焊接坡口的机器人自动加工去除，相比于五轴数控加工机床，本发明提出的装备和方法成本低，适应性好，具有非常强的灵活性，较好地解决了叶轮焊接坡口的自适应加工问题。

附图说明

图1为本发明装置总体结构示意图。

图2为叶轮结构示意图。

图3为叶片轮缘线离散点提取图。

图4为叶片中轴线离散点提取图。

图5为叶片盖盘线离散点提取图。

图6为叶片盖盘线图。

图7为标架定位图。

图8为加工轨迹修正拟合曲线图。

图9为加工余量变化图。

图中：1-上位机；2-加工工具库；3-工业机器人；4-力控测量模块；5-加工工具快换模块；6-加工工具；7-叶轮工件；8-工作台。

具体实施方式

本发明是为了实现机器人自动加工三元叶轮叶片焊接坡口，替代手工操作加工。

本发明提供一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的装备，其结构如图1所示。该装备包括工业机器人3、力控测量模块4、加工工具快换模块5、加工工具6和工作台8；其中：

工业机器人：将根据叶轮模型生产的加工轨迹输入机器人控制器，控制机器人的运动轨迹，带动安装在机器人末端的加工工具6，进行叶片焊接坡口的加工去除；

力控测量模块4：包括六维力/力矩传感器，所述力控测量模块4安装在机器人末端法兰上，用于加工过程中在线实时测量加工接触力的大小，为力-位控制方式提供测量数据；

加工工具快换模块5：包括快换头等，安装在六维力/力矩传感器的连接法兰上；

加工工具6：包括相连接的直磨机和圆柱旋转锉刀，直磨机通过夹具与加工工具快换模块5连接安装，加工时直磨机带动旋转锉刀旋转；

工作台8：用于叶轮工件7的安装，并具有实现加工时叶轮工件沿Z轴和X轴的旋转功能；

该装备还包括上位机1和加工工具库2，上位机1用于完成叶轮模型的处理，包括轮缘线、中轴线、盖盘线的提取与离散化，加工轨迹的生成，加工接触力的提取处理，加工轨迹的补偿修正控制等。加工工具库2用于加工工具的存放，可以根据加工所需刀具类型等进行数量设定，所述加工工具库放于固定位置，为机器人加工提供不同的加工工具。

本发明利用上述装备进行机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口，三元叶轮叶片结构如图2所示。焊接坡口加工具体包括如下步骤：

(1)进行叶轮三维模型的叶片轮缘面、压力面轮缘线、吸力面轮缘线的提取，如果轮缘曲线多于一条，则需要对各加工曲线按照首尾相接的顺序进行排序；对选定曲线根据加工距离与精度要求进行离散化处理，如图3所示。

(2)中轴线的生成与提取方法：

将轮缘面进行离散化，离散化方法是将叶片轮缘面形成由三角网格代表的曲面，依次取压力面轮缘线离散点和与之对应的吸力面轮缘线离散点，对于对应的两个离散点对，分别求这两个点所在的三角网格三角形索引以及在该三角形中的重心坐标系值；将获得的三角形索引及重心坐标系值作为输入，应用三角网格离散测地线求解算法，求这两个点之间的三角网格离散测地线；对于压力面和吸力面轮缘线的所有离散点对，执行以上操作；对每个离散点对获得的离散测地线，求其中点位置，则此点坐标为对于轮缘线点对在轮缘面的中轴点；将所有点对的离散测地线中点进行曲线拟合，即获得叶片轮缘面的中轴线，如图4。

(3)盖盘线的生成与离散化过程以及加工余量的计算：

根据压力面轮缘线和吸力面轮缘线相对离散点队得到对应点的中轴点，计算离散点和中轴线在轮缘面内的距离为H，设轮缘面加工去除焊接坡口之后面剩余宽度为D，则以中轴线离散点为中心，在轮缘面内沿相对应的轮缘线离散点各偏置距离为D/2，此两个对应点就是压力面和吸力面的盖盘线上的点，则此点到对应轮缘线上相应点的距离就是加工余量，其值为H-D/2；采用相同方法依次以中轴线上各点为中心，形成轮缘面上两条盖盘线的对应点，如图5。将各点进行连接则形成盖盘线，盖盘线与轮缘线之间的距离就是总加工余量的大小，盖盘线和轮缘线之间的加工余量不是相同的，随着加工位置点的变化而变化，即H-D/2是变值，如图6。

(4)采用一种标架设定与调整方法，根据离散点在轮缘面法向评估方向计算各离散点的法向矢量，该法向矢量作为离散点局部标架的Z轴方向；根据离散点在轮缘线上的切向评估方法，计算各离散点的切向矢量，该切向矢量方向作为离散点局部标架的X轴方向；根据右手定则，确定各离散点局部标架的Y轴方向：再沿局部标架的X轴旋转45度，使Z轴垂直于加工后焊接坡口面，如图7。

(5)进行切削工具的重力平衡：即消除在切削过程中切削工具重力对六维传感器测量值的影响，在传感器坐标(坐标系S)下，将传感器测量值中包括的切削工具重力的部分进行补偿，使测量值只包括切削过程中的切削力大小。

(6)标定工具坐标系(坐标系T)：采用机器人自身功能建立加工刀具的工具坐标法，所建立的工具坐标系各轴方向规定为：工具坐标系的原点为圆柱旋转锉刀外圆刀刃上一合适点(此点为旋转锉刀刃最外点，且该点距离距离旋转锉刀具最外侧和最内侧的距离大于焊接坡口宽度，保证旋转锉切削刀刃切削时大于焊接坡口宽度)，X轴方向为原点与旋转锉刀轴心连线的切线方向，轴向指向该原点加工时的旋转方向；Y轴为与旋转锉刀轴线平行，指向机器人法兰方向；Z轴根据右手定则确定。

(7)标定工件坐标系(坐标系B)：

采用间接法在工件叶轮上建立工件坐标系：首先在三维造型软件中选择四个特征点(由于叶轮是有若干形状相同的叶片组成，此特征点为叶轮数模上不在同一叶片上但相对位置相同的点)，并记录这四个特征点在工件坐标系中的坐标值。然后使用已测量工具坐标系的工具尖点依次接近工件上的对应特征点，并在机器人示教器中输出对应三维模型中的坐标值。在完成以上操作后，由机器人计算所建立的工件坐标系相对于机器人底座坐标系的变换关系，从而完成工件坐标系的标定。

(8)采用轨迹自动生产方法，以叶轮工件坐标系B为参考系，计算叶片轮缘线上各个离散点的位姿(三个位置和三个角度)，自动生成所加工叶片轮缘线上加工去除的轨迹点，各个轨迹点顺序连接后就是加工轨迹。

(9)采用力/位控制方式进行旋转锉刀具位置控制，实现旋转锉刀与加工点的紧密贴合走刀，将计算的叶片轮缘线的加工轨迹导入到机器人控制器中，控制机器人带动旋转锉刀按照轨迹运动。在加工轨迹沿工具坐标系的Z向采用力控方法，设定接触力Z向上目标力为3N，当所测接触力小于目标力时，由机器人向加工轨迹Z轴反向做微小补偿运动；当接触力大于目标力时，由机器人向加工轨迹Z轴正向做微小补偿运动，这样实现了旋转锉刀在与叶片轮缘线的紧密贴合。

(10)采用基于力控方式的在位测量方法，用来测量旋转锉刀与轮缘线紧密贴合接触时每个离散位置点索引在Z轴方向的实际位置，机器人读取每个离散点位置工具坐标系Z轴方向的实际位置，与叶轮模型生成的轨迹上相应离散点的Z轴方向位置值进行比较，计算实际加工位置与理论轨迹位置在Z轴方向的偏差(即修正量K)，理论位置点Z轴数值补偿偏差值，则为叶片轮廓线离散点的Z轴方向的实际值，这样可以消除机器人工具坐标系、工件坐标系、机器人绝对定位误差及其工件制造误差等误差因素的影响。

(11)采用加工轨迹误差补偿方法，就是根据叶轮模型生成的加工轨迹上的理论离散点Z轴方向位置点Z(i)进行补偿修正在位测量时位置索引点的Z向偏差K(i),即Z(i)-K(i)，对各个机器人理论离散点轨迹点和索引点修正量补偿后的各个相应点进行二次曲线拟合，去除测量过程杂点的影响，获得光滑的去除量控制曲线，此曲线为工件理论模型轨迹路径进行补偿修正后的加工路径，即机器人加工时的实际轨迹点，即W(i)，实现加工时旋转锉刀与叶片焊接坡口的正确相对位置关系，也减小加工过程中的振动，操作过程如图8。

(12)走刀余量的确定方法，就是首先计算轮缘线上各个离散点处的加工余量H-D/2，分别依次标记索引名为A(1)，A(2)，A(3)，A(4)，……A(i)……(i为自然数)；从计算值中取最大值为最大的加工余量，同时也设定为A0；当H-D/2＝0时代表此处轮缘线与盖盘线在此离散点处重合，设定加工余量为0。设定所选用旋转锉刀每次走刀的切深值B，则对于叶片一侧的走刀次数为A0/B，则各个离散点处每次走刀加工余量为A(i)B/A0。则第一次走刀时，各个离散点处Z向的路径位置点为W(i)-A(i)B/A0；第二次走刀时，各个离散点处Z向的路径位置点为W(i)-2A(i)B/A0，依次类推，直至完成走刀次数A0/B，完成压力面或者吸力面侧的全部焊接坡口的加工，走刀切除余量确定方法如图9所示。

Claims (4)

1.一种机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的方法，其特征在于：该焊接坡口的方法是利用焊接坡口装置进行，所述焊接坡口装置包括工业机器人、力控测量模块、加工工具快换模块、加工工具和工作台；其中：

工业机器人：将根据叶轮模型生产的加工轨迹输入机器人控制器，控制机器人的运动轨迹，带动安装在机器人末端的加工工具，进行叶片焊接坡口的加工去除；

力控测量模块：包括六维力/力矩传感器，所述力控测量模块安装在机器人末端法兰上，用于加工过程中在线实时测量加工接触力的大小，为力-位控制方式提供测量数据；

加工工具快换模块：包括快换头，所述快换头安装在六维力/力矩传感器的连接法兰上；

加工工具：包括相连接的直磨机和圆柱旋转锉刀，直磨机通过夹具与加工工具快换模块连接安装，加工时直磨机带动旋转锉刀旋转；

工作台：用于叶轮工件的安装，并具有实现加工时叶轮工件沿Z轴和X轴的旋转功能；

所述焊接坡口的方法包括依次进行的叶轮叶片特征曲线提取、排序与离散化过程，中轴线的生成与提取过程，盖盘线的生成与离散化过程以及加工余量的计算，叶轮叶片焊接坡口的标架设定与调整，切削工具的重力平衡，切削工具坐标系标定，工件坐标系标定过程，加工轨迹自动生产过程，控制旋转锉刀与加工点的紧密贴合走刀，基于力控方式的在位测量过程，采用加工轨迹误差补偿方法，以及基于加工去除量在线控制的走刀余量确定过程，该焊接坡口的方法具体包括如下步骤：

(1)叶轮叶片特征曲线提取、排序与离散化过程：

根据叶轮三维模型提取叶片轮缘面、压力面轮缘线、吸力面轮缘线，如果轮缘曲线多于一条，则需要对各加工曲线按照首尾相接的顺序进行排序，对各加工曲线根据加工距离与精度要求进行离散化处理；

(2)中轴线的生成与提取过程：

提取轮缘面的中轴线：首先将轮缘面进行离散化，离散化方法是将叶片轮缘面离散成三角网格曲面，依次取压力面轮缘线离散点和与之对应的吸力面轮缘线离散点，对于对应的两个离散点对，分别求这两个点所在的三角网格三角形索引以及在该三角形中的重心坐标系值；将获得的三角形索引及重心坐标系值作为输入，应用三角网格离散测地线求解算法，求这两个点之间的三角网格离散测地线；对于压力面和吸力面轮缘线的所有离散点对，执行以下操作：对每个离散点对获得的离散测地线，求其中点位置，则此点坐标为对于轮缘线点对在轮缘面的中轴点；将所有点对的离散测地线中点进行曲线拟合，即获得叶片轮缘面的中轴线；

(3)盖盘线的生成与离散化过程以及加工余量的计算：

根据压力面轮缘线和吸力面轮缘线相对离散点对得到对应点的中轴点，计算离散点和中轴线在轮缘面内的距离为H，设轮缘面加工去除焊接坡口之后面剩余宽度为D，则以中轴线离散点为中心，在轮缘面内沿相对应的轮缘线离散点各偏置距离为D/2，此两个对应点就是压力面和吸力面的盖盘线上的点，则此点到对应轮缘线上相应点的距离就是加工余量，其值为H-D/2；采用相同方法依次以中轴线上各点为中心，形成轮缘面上两条盖盘线的对应点；将各点进行连接则形成盖盘线，盖盘线与轮缘线之间的距离就是总加工余量的大小，盖盘线和轮缘线之间的加工余量不是相同的，随着加工位置点的变化而变化，即H-D/2是变值；

(4)叶轮叶片焊接坡口的标架设定与调整：

根据离散点在轮缘面法向评估方向计算各离散点的局部标架：离散点法向矢量作为离散点局部标架的Z轴方向；根据离散点在轮缘线上的切向评估方法，计算各离散点的切向矢量，该切向矢量方向作为离散点局部标架的X轴方向；根据右手定则，确定各离散点局部标架的Y轴方向：再沿局部标架的X轴旋转45度，使Z轴垂直于加工后焊接坡口面；

(5)切削工具的重力平衡：

在传感器坐标下，将传感器测量值中包括的切削工具重力的部分进行补偿，使测量值只包括切削过程中的切削力大小；

(6)切削工具坐标系(坐标系T)标定：

采用机器人自身功能标定加工刀具的工具坐标系，所建立的工具坐标系各轴方向规定为：工具坐标系的原点为圆柱旋转锉刀外圆刀刃上一合适点，X轴方向为原点与旋转锉刀轴心连线的切线方向，轴向指向该原点加工时的旋转方向；Y轴为与旋转锉刀轴线平行，指向机器人法兰方向；Z轴根据右手定则确定；

(7)工件坐标系(坐标系B)标定过程：

采用间接法在工件叶轮上建立工件坐标系：首先在三维造型软件中选择四个特征点，并记录这四个特征点在工件坐标系中的坐标值；然后使用已测量工具坐标系的工具尖点依次接近工件上的对应特征点，并在机器人示教器中输出对应三维模型中的坐标值；在完成以上操作后，由机器人计算所建立的工件坐标系相对于机器人底座坐标系的变换关系，从而完成工件坐标系的标定；

(8)加工轨迹自动生产过程：

以叶轮工件坐标系B为参考系，计算叶片轮缘线上各个离散点的位姿，自动生成所加工叶片轮缘线上加工去除的轨迹点，然后将各个轨迹点顺序连接后形成加工轨迹；

(9)控制旋转锉刀与加工点的紧密贴合走刀：

将计算的叶片轮缘线的加工轨迹导入到机器人控制器中，控制机器人带动旋转锉刀按照轨迹运动；在加工轨迹沿工具坐标系的Z向采用力控方法，设定接触力Z向上目标力为3N，当所测接触力小于目标力时，由机器人向加工轨迹Z轴反向做微小补偿运动；当接触力大于目标力时，由机器人向加工轨迹Z轴正向做微小补偿运动，从而实现旋转锉刀在与叶片轮缘线的紧密贴合；

(10)基于力控方式的在位测量过程：

采用基于力控方式的在位测量方法，用来测量旋转锉刀与轮缘线紧密贴合接触时每个离散位置点索引在工具坐标系Z轴方向的编程轨迹与实际轨迹之间的差值，机器人读取每个离散点位置索引的工具Z轴方向的差值，与叶轮模型生成的轨迹上相应离散点的Z轴方向位置值进行比较，计算实际加工位置与理论轨迹位置在Z轴方向的偏差(即修正量K)，理论位置点Z轴数值补偿偏差值，则为叶片轮廓线离散点的Z轴方向的实际值，这样能够消除机器人工具坐标系、工件坐标系、机器人绝对定位误差及其工件制造误差的影响；

(11)采用加工轨迹误差补偿方法：

根据叶轮模型生成的加工轨迹上的理论离散点Z轴方向位置点Z(i)进行补偿修正在位测量时位置索引点的Z向偏差K(i)，即Z(i)-K(i)，对各个机器人理论离散点轨迹点和索引点修正量补偿后的各个相应点进行二次曲线拟合，去除测量过程杂点的影响，获得光滑的去除量控制曲线，此曲线为工件理论模型轨迹路径进行补偿修正后的加工路径，即机器人加工时的实际轨迹点，即W(i)，实现加工时旋转锉刀与叶片焊接坡口的正确相对位置关系；

(12)基于加工去除量在线控制的走刀余量确定过程：

首先计算轮缘线上各个离散点处的加工余量H-D/2，分别依次标记索引名为A(1)，A(2)，A(3)，A(4)，……A(i)，i为自然数；从计算值中取最大值为最大的加工余量，同时也设定为A0；当H-D/2＝0时代表此处轮缘线与盖盘线在此离散点处重合，设定加工余量为0；设定所选用旋转锉刀每次走刀的切深值B，则对于叶片一侧的走刀次数为A0/B，则各个离散点处每次走刀加工余量为A(i)B/A0；则第一次走刀时，各个离散点处Z向的路径位置点为W(i)-A(i)B/A0；第二次走刀时，各个离散点处Z向的路径位置点为W(i)-2A(i)B/A0，依次类推，直至完成走刀次数A0/B，完成压力面或者吸力面侧的全部焊接坡口的加工。

2.根据权利要求1所述的机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的方法，其特征在于：该装置还包括上位机，用于完成叶轮模型的处理，包括轮缘线、中轴线、盖盘线的提取与离散化，加工轨迹的生成，加工接触力的提取处理，加工轨迹的补偿修正控制。

3.根据权利要求1所述的机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的方法，其特征在于：该装置还包括加工工具库，用于加工工具的存放，根据加工所需刀具类型进行数量设定，所述加工工具库放于固定位置，为机器人加工提供不同的加工工具。

4.根据权利要求1所述的机器人加工三元叶轮叶片焊接坡口的方法，其特征在于：步骤(1)中，进行曲线离散化时需要确保压力面轮缘线和吸力面轮缘线离散点个数相等。

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