技术摘要：
本发明公开了一种航空发动机叶片机器人智能磨削及检测设备，包括：用于存放待加工叶片和成品叶片的叶片输送装置；用于获取待加工叶片图像的图像获取装置；用于夹持待加工叶片的机器人；用于磨削待加工叶片的磨削装置；以及，用于判断待加工叶片是否为成品叶片的数字样 全部
背景技术：
航空发动机叶片是飞机动力系统的核心部件，航空发动机依靠燃气流产生推力， 气流从进气口进入，经过压气机压缩、燃烧室燃烧，再经过涡轮机膨胀做功，从排气口排出， 在气流做功的过程中，压气机和涡轮机中的多级叶片为发动机提供了主要的动力输出。航 空发动机中的叶片种类繁多、数量庞大、形状复杂，使得叶片的加工和测量非常困难。 目前，国内外叶片制造行业大部分叶片加工仍以人工磨抛为主，人工磨抛主要存 在以下几点弊端：(1)叶片磨抛时会产生大量的粉尘和噪声，对生产一线的工人健康非常不 利；(2)人工磨抛通常是根据工人的经验确定磨抛力度和磨抛轨迹，熟练程度不同的工人磨 抛的叶片表面一致性很难得到保证，这严重影响航空发动机的质量和动力性能；(3)工人磨 抛后无法及时确定工件尺寸是否满足加工要求，需要送到测量室采用三坐标测量机进行检 测，导致工序复杂，加工效率低。三坐标测量机的精度高、测量范围大，广泛应用于工业测量 中，主要由三轴精密气浮平台、接触式测头、控制系统以及软件组成，精密气浮平台和高精 度光栅尺等对环境要求高，需要安装在恒温、恒湿的洁净室中，因此只能采用离线测量的方 式进行检测。但离线测量过程中工件需要经过多次拆装，不仅效率低下，还会引入二次装夹 误差，影响工件的加工精度。 因此，自动化与自适应磨抛设备符合批量生产的时代需求，近年来国内外研究人 员对数控磨削设备以及机器人磨削技术做了大量的研究工作。仿形磨削、恒力磨削以及多 轴联动磨削等数控磨抛设备极大提高了叶片制造的自动化水平。仿形法的加工质量依赖于 靠模板的精度，靠模板的制造精度以及运行损耗都影响叶片最终成型质量，且其通用性较 差，难以满足叶片小批量、多规格的加工要求。多轴联动通用性数控磨削设备灵活性好，精 度高，但受限于国外高端数控设备价格高昂，国内替代产品功能不足，加上工艺编程难度 大，难以快速转换工艺，缺乏“测量-加工”自适应闭环加工能力等原因仍未替代人工磨抛， 无法取得广泛应用。 因此，本领域技术人员亟待提供一种环境适应力强、效率高且具有“测量-加工”自 适应闭环加工能力的叶片加工设备，以完全代替人工进行一体化智能磨削和检测。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种航空发动机叶片机器人智 能磨削及检测设备，所述航空发动机叶片机器人智能磨削及检测设备包括： 用于存放待加工叶片和成品叶片的叶片输送装置； 用于获取所述待加工叶片图像的图像获取装置； 用于夹持所述待加工叶片的机器人； 4 CN 111546198 A 说 明 书 2/10 页 用于磨削所述待加工叶片的磨削装置；以及， 用于判断所述待加工叶片是否为成品叶片的数字样板检测机； 所述机器人的工作路线分别覆盖所述叶片输送装置和所述图像获取装置、所述图 像获取装置和所述磨削装置、所述图像获取装置和所述数字样板检测机、所述数字样板检 测机和所述磨削装置、所述数字样板检测机和所述叶片输送装置。 可选地，所述机器人包括机器人主体和抓取工装组件，所述抓取工装组件包括第 一抓取组件和第二抓取组件；所述第一抓取组件包括相适配的公头组件和母头组件，所述 公头组件和所述母头组件可于连接状态和断开状态之间切换，所述公头组件和所述母头组 件中的其中一个与所述第一抓取组件连接，所述公头组件和所述母头组件中的另外一个设 有用于夹取所述待加工叶片的第一抓爪以及与所述第二抓取组件相配合的夹持件；所述夹 持件与所述第一抓爪连接，所述第一抓爪远离所述机器人主体设置；所述第二抓取组件与 所述机器人主体连接。 可选地，所述第一抓取组件和所述第二抓取组件中的一个以上为气动驱动、电力 驱动。 可选地，所述第一抓爪包括相对设置的两个夹持爪，两个所述夹持爪可做相互靠 近或远离的往复运动；两个所述夹持爪在靠近对方一侧均设有一夹具块，所述夹具块设有 用于夹持待加工叶片的夹持部，所述夹具块与所述夹持爪可拆卸式连接。 可选地，所述机器人设有图像传感器。 可选地，所述叶片输送装置包括用于存放所述待加工叶片的上料架、用于存放所 述成品叶片的下料架、以及输送机构；其中一所述输送机构驱动所述上料架做靠近或远离 所述机器人的往复运动；另一所述输送机构驱动所述下料架做靠近或远离所述机器人的往 复运动。 可选地，所述图像获取装置包括装置主体、CCD相机和光源；所述装置主体设有图 像获取空间；所述CCD相机和所述光源均设于所述图像获取空间，所述CCD相机朝向所述待 加工叶片设置；至少一对所述光源分设于所述待加工叶片的两侧，且所述光源设于所述CCD 相机的下方。 可选地，所述磨削装置包括磨头支架、力控磨削机构和用于收集磨削粉屑的沙砾 盒；所述磨头支架设于所述沙砾盒的上方；所述力控磨削机构设于所述磨头支架，并朝向所 述机器人一侧设置。 可选地，所述航空发动机叶片机器人智能磨削及检测设备还包括外护罩装置，所 述外护罩装置包括护罩和通风管道；所述叶片输送装置、所述图像获取装置、所述机器人、 所述磨削装置、所述数字样板检测机均容设于所述护罩的内部空间；所述通风管道连通所 述内部空间和外环境；所述护罩对应所述叶片输送装置设有输送窗口，所述输送窗口设有 输送门机构；所述护罩设有视察窗口和进出门机构。 可选地，控制系统，所述控制系统分别与所述图像获取装置、所述机器人、所述磨 削装置、所述数字样板检测机连接。 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果： 1 .本发明通过机器人实现待加工叶片的自动和智能转移，从而实现待加工叶片 5 CN 111546198 A 说 明 书 3/10 页 “测量-加工”自适应闭环加工，整个过程无需人工参与且对环境要求低(无需在恒温、恒湿 的洁净环境中进行)，无人化加工环境，不仅保护了工人的身体健康，避免工人受粉尘和噪 音污染，还大大降低了人工成本(无需人工进行磨削和检测)；同时，自动化、智能化和批量 化生产保证了叶片加工质量的稳定性、一致性，从而保证了航空发动机的质量和动力性能； 通过循序渐进的二段式加工方式，完成待加工叶片的加工，加工工序简单且易于实现，两段 式加工方式中的每一段加工动作重复率较高，程序和操作均易于实现，同时保证了加工精 度；在加工过程中，仅针对待磨削区域进行磨削，加工效率高；待加工叶片整个加工过程均 由机器人进行运输和转移，无须多次拆装，装夹误差小，保证了加工精度；成品率高。 2.本发明的抓取工装组件可完成机器人对待加工叶片的两种抓取姿势的自由切 换，从而实现待加工叶片于图像获取装置与磨削装置之间的转移以及待加工叶片于数字样 板检测机和磨削装置之间的转移，使得“测量-加工”自适应闭环加工过程中，均由机器人对 待加工叶片实现夹持，只需通过一次抓取姿势的切换，装夹误差小，保证了加工精度、成品 叶片的质量稳定性和一致性。更优的，抓取工装组件实现抓取的方式多样，提高了本发明的 产品多样性，满足不同客户需求。 3 .本发明的夹具块与夹持爪可拆卸式连接，从而可通过更换夹具块实现不同种 类、构造的叶片的加工，提高了本发明的适用范围和实用性，实现一机多用，大大降低了机 台空闲率，降低了发动机叶片生产商的加工成本。 4.本发明机器人通过图像传感器可实现对待加工叶片的定位，从而实现机器人的 自动上下料的自动化和智能化，大大提高了本发明的无人化程度。 5.本发明的图像获取装置通过光源调节图像获取的光源需求，从而保证图像获取 的光环境的一致性，从而保证待加工叶片的磨削的精准性，提高本发明的加工精度和效率。 6.本发明通过护罩将待加工叶片的加工环境进行有效隔离，从而保证待加工叶片 在磨削过程中所产生的粉屑不会逸出护罩，从而保护了在护罩外的工作人员的身体健康， 降低其噪音污染；同时，通过视察窗口可观察本发明加工待加工叶片的进展情况，以及便于 机器人示教的进行；更优的，还可通过进出门机构实现对护罩内的各个部件的检修和维护。 7.本发明通过控制系统可实现待加工叶片的加工参数的输入，调试运行程序，调 整加工参数，监控运行参数，保存示教程序等等，从而大大提高了本发明的自动化和智能 化，大大提高了本发明的产品多样化、实用性，满足不同客户需求。 附图说明 图1为本发明一种航空发动机叶片机器人智能磨削及检测设备的一种实施例结构 示意图，其中，图1中的1A为其主视图，图1中的1B为其左视图，图1中的1C为其俯视图，图1中 的1D为其后视图； 图2为本发明一种航空发动机叶片机器人智能磨削及检测设备的另一种实施例结 构示意图； 图3为图2的A-A剖面图结构示意图； 图4是本发明的叶片输送装置的一种实施例结构示意图； 图5是图4的爆炸图结构示意图； 图6是本发明的图像获取装置的一种实施例剖面图结构示意图； 6 CN 111546198 A 说 明 书 4/10 页 图7是本发明的机器人的一种实施例结构示意图； 图8是图7的B处局部放大图； 图9是本发明的抓取工装组件的一种实施例结构示意图； 图10是图9的爆炸图结构示意图； 图11是本发明的磨削装置的一种实施例结构示意图。 在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-暂存装置、2-叶 片输送装置、21-上料架、211-料架主体，212-安放工位，213.把手，22-下料架、23-输送机 构、231-直线驱动机构，232-装配件，24-支撑平台、241-支撑主体，242-安装槽，243-隔板， 3-图像获取装置、311.视觉检测箱，3111 .图像获取空间，312.支撑架，32-CCD相机、33-光 源，4-机器人、410-机器人底座、411-旋转座、412-第一臂段、413-第一旋转机构，414-第二 臂段、415-第二旋转机构、416-第三臂段、417-第三旋转机构、418-第四臂段、419-安装机 构、42-抓取工装组件、421-第一抓取组件、4211-母头组件，42111-母接头，42112-夹持件、 42113-第一抓爪、42114-夹持爪、42115-夹具块、42116-夹持部、42117-第一气动部件， 42118-第一进气口、42119-第一出气口、4212-公头组件、4213-电气信号盒、422-第二抓取 组件、4221-安装板、4222-第二气动部件、42221-第二进气口、42222-第二出气口、4223-第 二抓爪、42231-夹槽、5-磨削装置、51-磨头支架、52-力控磨削机构、521-磨头、522-砂带、 53-沙砾盒、6-数字样板检测机、7-外护罩装置、711-底板、712-第一侧板、713-第二侧板、 714-第三侧板、715-第四侧板、716-顶板、72-通风管道、731-输送窗口，732-输送门机构、 733-第一进出门机构、734-第二进出门机构、74-过滤窗、75-警报器、76.采光窗、8-控制系 统，81-电控系统，82-人机交互界面、831-机器人示教器、832-机器人电控箱、9-待加工叶 片。
本发明公开了一种航空发动机叶片机器人智能磨削及检测设备，包括：用于存放待加工叶片和成品叶片的叶片输送装置；用于获取待加工叶片图像的图像获取装置；用于夹持待加工叶片的机器人；用于磨削待加工叶片的磨削装置；以及，用于判断待加工叶片是否为成品叶片的数字样 全部
背景技术：
航空发动机叶片是飞机动力系统的核心部件，航空发动机依靠燃气流产生推力， 气流从进气口进入，经过压气机压缩、燃烧室燃烧，再经过涡轮机膨胀做功，从排气口排出， 在气流做功的过程中，压气机和涡轮机中的多级叶片为发动机提供了主要的动力输出。航 空发动机中的叶片种类繁多、数量庞大、形状复杂，使得叶片的加工和测量非常困难。 目前，国内外叶片制造行业大部分叶片加工仍以人工磨抛为主，人工磨抛主要存 在以下几点弊端：(1)叶片磨抛时会产生大量的粉尘和噪声，对生产一线的工人健康非常不 利；(2)人工磨抛通常是根据工人的经验确定磨抛力度和磨抛轨迹，熟练程度不同的工人磨 抛的叶片表面一致性很难得到保证，这严重影响航空发动机的质量和动力性能；(3)工人磨 抛后无法及时确定工件尺寸是否满足加工要求，需要送到测量室采用三坐标测量机进行检 测，导致工序复杂，加工效率低。三坐标测量机的精度高、测量范围大，广泛应用于工业测量 中，主要由三轴精密气浮平台、接触式测头、控制系统以及软件组成，精密气浮平台和高精 度光栅尺等对环境要求高，需要安装在恒温、恒湿的洁净室中，因此只能采用离线测量的方 式进行检测。但离线测量过程中工件需要经过多次拆装，不仅效率低下，还会引入二次装夹 误差，影响工件的加工精度。 因此，自动化与自适应磨抛设备符合批量生产的时代需求，近年来国内外研究人 员对数控磨削设备以及机器人磨削技术做了大量的研究工作。仿形磨削、恒力磨削以及多 轴联动磨削等数控磨抛设备极大提高了叶片制造的自动化水平。仿形法的加工质量依赖于 靠模板的精度，靠模板的制造精度以及运行损耗都影响叶片最终成型质量，且其通用性较 差，难以满足叶片小批量、多规格的加工要求。多轴联动通用性数控磨削设备灵活性好，精 度高，但受限于国外高端数控设备价格高昂，国内替代产品功能不足，加上工艺编程难度 大，难以快速转换工艺，缺乏“测量-加工”自适应闭环加工能力等原因仍未替代人工磨抛， 无法取得广泛应用。 因此，本领域技术人员亟待提供一种环境适应力强、效率高且具有“测量-加工”自 适应闭环加工能力的叶片加工设备，以完全代替人工进行一体化智能磨削和检测。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种航空发动机叶片机器人智 能磨削及检测设备，所述航空发动机叶片机器人智能磨削及检测设备包括： 用于存放待加工叶片和成品叶片的叶片输送装置； 用于获取所述待加工叶片图像的图像获取装置； 用于夹持所述待加工叶片的机器人； 4 CN 111546198 A 说 明 书 2/10 页 用于磨削所述待加工叶片的磨削装置；以及， 用于判断所述待加工叶片是否为成品叶片的数字样板检测机； 所述机器人的工作路线分别覆盖所述叶片输送装置和所述图像获取装置、所述图 像获取装置和所述磨削装置、所述图像获取装置和所述数字样板检测机、所述数字样板检 测机和所述磨削装置、所述数字样板检测机和所述叶片输送装置。 可选地，所述机器人包括机器人主体和抓取工装组件，所述抓取工装组件包括第 一抓取组件和第二抓取组件；所述第一抓取组件包括相适配的公头组件和母头组件，所述 公头组件和所述母头组件可于连接状态和断开状态之间切换，所述公头组件和所述母头组 件中的其中一个与所述第一抓取组件连接，所述公头组件和所述母头组件中的另外一个设 有用于夹取所述待加工叶片的第一抓爪以及与所述第二抓取组件相配合的夹持件；所述夹 持件与所述第一抓爪连接，所述第一抓爪远离所述机器人主体设置；所述第二抓取组件与 所述机器人主体连接。 可选地，所述第一抓取组件和所述第二抓取组件中的一个以上为气动驱动、电力 驱动。 可选地，所述第一抓爪包括相对设置的两个夹持爪，两个所述夹持爪可做相互靠 近或远离的往复运动；两个所述夹持爪在靠近对方一侧均设有一夹具块，所述夹具块设有 用于夹持待加工叶片的夹持部，所述夹具块与所述夹持爪可拆卸式连接。 可选地，所述机器人设有图像传感器。 可选地，所述叶片输送装置包括用于存放所述待加工叶片的上料架、用于存放所 述成品叶片的下料架、以及输送机构；其中一所述输送机构驱动所述上料架做靠近或远离 所述机器人的往复运动；另一所述输送机构驱动所述下料架做靠近或远离所述机器人的往 复运动。 可选地，所述图像获取装置包括装置主体、CCD相机和光源；所述装置主体设有图 像获取空间；所述CCD相机和所述光源均设于所述图像获取空间，所述CCD相机朝向所述待 加工叶片设置；至少一对所述光源分设于所述待加工叶片的两侧，且所述光源设于所述CCD 相机的下方。 可选地，所述磨削装置包括磨头支架、力控磨削机构和用于收集磨削粉屑的沙砾 盒；所述磨头支架设于所述沙砾盒的上方；所述力控磨削机构设于所述磨头支架，并朝向所 述机器人一侧设置。 可选地，所述航空发动机叶片机器人智能磨削及检测设备还包括外护罩装置，所 述外护罩装置包括护罩和通风管道；所述叶片输送装置、所述图像获取装置、所述机器人、 所述磨削装置、所述数字样板检测机均容设于所述护罩的内部空间；所述通风管道连通所 述内部空间和外环境；所述护罩对应所述叶片输送装置设有输送窗口，所述输送窗口设有 输送门机构；所述护罩设有视察窗口和进出门机构。 可选地，控制系统，所述控制系统分别与所述图像获取装置、所述机器人、所述磨 削装置、所述数字样板检测机连接。 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果： 1 .本发明通过机器人实现待加工叶片的自动和智能转移，从而实现待加工叶片 5 CN 111546198 A 说 明 书 3/10 页 “测量-加工”自适应闭环加工，整个过程无需人工参与且对环境要求低(无需在恒温、恒湿 的洁净环境中进行)，无人化加工环境，不仅保护了工人的身体健康，避免工人受粉尘和噪 音污染，还大大降低了人工成本(无需人工进行磨削和检测)；同时，自动化、智能化和批量 化生产保证了叶片加工质量的稳定性、一致性，从而保证了航空发动机的质量和动力性能； 通过循序渐进的二段式加工方式，完成待加工叶片的加工，加工工序简单且易于实现，两段 式加工方式中的每一段加工动作重复率较高，程序和操作均易于实现，同时保证了加工精 度；在加工过程中，仅针对待磨削区域进行磨削，加工效率高；待加工叶片整个加工过程均 由机器人进行运输和转移，无须多次拆装，装夹误差小，保证了加工精度；成品率高。 2.本发明的抓取工装组件可完成机器人对待加工叶片的两种抓取姿势的自由切 换，从而实现待加工叶片于图像获取装置与磨削装置之间的转移以及待加工叶片于数字样 板检测机和磨削装置之间的转移，使得“测量-加工”自适应闭环加工过程中，均由机器人对 待加工叶片实现夹持，只需通过一次抓取姿势的切换，装夹误差小，保证了加工精度、成品 叶片的质量稳定性和一致性。更优的，抓取工装组件实现抓取的方式多样，提高了本发明的 产品多样性，满足不同客户需求。 3 .本发明的夹具块与夹持爪可拆卸式连接，从而可通过更换夹具块实现不同种 类、构造的叶片的加工，提高了本发明的适用范围和实用性，实现一机多用，大大降低了机 台空闲率，降低了发动机叶片生产商的加工成本。 4.本发明机器人通过图像传感器可实现对待加工叶片的定位，从而实现机器人的 自动上下料的自动化和智能化，大大提高了本发明的无人化程度。 5.本发明的图像获取装置通过光源调节图像获取的光源需求，从而保证图像获取 的光环境的一致性，从而保证待加工叶片的磨削的精准性，提高本发明的加工精度和效率。 6.本发明通过护罩将待加工叶片的加工环境进行有效隔离，从而保证待加工叶片 在磨削过程中所产生的粉屑不会逸出护罩，从而保护了在护罩外的工作人员的身体健康， 降低其噪音污染；同时，通过视察窗口可观察本发明加工待加工叶片的进展情况，以及便于 机器人示教的进行；更优的，还可通过进出门机构实现对护罩内的各个部件的检修和维护。 7.本发明通过控制系统可实现待加工叶片的加工参数的输入，调试运行程序，调 整加工参数，监控运行参数，保存示教程序等等，从而大大提高了本发明的自动化和智能 化，大大提高了本发明的产品多样化、实用性，满足不同客户需求。 附图说明 图1为本发明一种航空发动机叶片机器人智能磨削及检测设备的一种实施例结构 示意图，其中，图1中的1A为其主视图，图1中的1B为其左视图，图1中的1C为其俯视图，图1中 的1D为其后视图； 图2为本发明一种航空发动机叶片机器人智能磨削及检测设备的另一种实施例结 构示意图； 图3为图2的A-A剖面图结构示意图； 图4是本发明的叶片输送装置的一种实施例结构示意图； 图5是图4的爆炸图结构示意图； 图6是本发明的图像获取装置的一种实施例剖面图结构示意图； 6 CN 111546198 A 说 明 书 4/10 页 图7是本发明的机器人的一种实施例结构示意图； 图8是图7的B处局部放大图； 图9是本发明的抓取工装组件的一种实施例结构示意图； 图10是图9的爆炸图结构示意图； 图11是本发明的磨削装置的一种实施例结构示意图。 在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-暂存装置、2-叶 片输送装置、21-上料架、211-料架主体，212-安放工位，213.把手，22-下料架、23-输送机 构、231-直线驱动机构，232-装配件，24-支撑平台、241-支撑主体，242-安装槽，243-隔板， 3-图像获取装置、311.视觉检测箱，3111 .图像获取空间，312.支撑架，32-CCD相机、33-光 源，4-机器人、410-机器人底座、411-旋转座、412-第一臂段、413-第一旋转机构，414-第二 臂段、415-第二旋转机构、416-第三臂段、417-第三旋转机构、418-第四臂段、419-安装机 构、42-抓取工装组件、421-第一抓取组件、4211-母头组件，42111-母接头，42112-夹持件、 42113-第一抓爪、42114-夹持爪、42115-夹具块、42116-夹持部、42117-第一气动部件， 42118-第一进气口、42119-第一出气口、4212-公头组件、4213-电气信号盒、422-第二抓取 组件、4221-安装板、4222-第二气动部件、42221-第二进气口、42222-第二出气口、4223-第 二抓爪、42231-夹槽、5-磨削装置、51-磨头支架、52-力控磨削机构、521-磨头、522-砂带、 53-沙砾盒、6-数字样板检测机、7-外护罩装置、711-底板、712-第一侧板、713-第二侧板、 714-第三侧板、715-第四侧板、716-顶板、72-通风管道、731-输送窗口，732-输送门机构、 733-第一进出门机构、734-第二进出门机构、74-过滤窗、75-警报器、76.采光窗、8-控制系 统，81-电控系统，82-人机交互界面、831-机器人示教器、832-机器人电控箱、9-待加工叶 片。
