本發(fā)明涉及機(jī)器人激光加工技術(shù)以及微波波段雷達(dá)罩技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多自由度激光機(jī)器人的FSS雷達(dá)罩加工方法及加工裝置。

背景技術(shù)：

頻率選擇表面（Frequency Selective Surface，F(xiàn)SS）是指周期性排列的金屬諧振貼片或金屬表面諧振縫隙結(jié)構(gòu)，其本質(zhì)是一種空間濾波器，其結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)良的選頻特性，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電磁波的帶通、帶阻、高通、低通等特性。其原理在于當(dāng)某一頻率的電磁波入射到FSS時(shí)，如果與FSS發(fā)生諧振，該入射電磁波將被全反射（貼片型表現(xiàn)為帶阻）或全透射（縫隙結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為帶通）。

隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，雷達(dá)大量應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、航海等領(lǐng)域，雷達(dá)罩的運(yùn)用也日趨廣泛。雷達(dá)罩是電磁波的窗口，其作用是保護(hù)天線，防止環(huán)境對(duì)雷達(dá)天線工作狀態(tài)的影響和干擾，從而減少驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)轉(zhuǎn)的功率，提高其工作可靠性，保證雷達(dá)天線全天候工作。雷達(dá)罩的存在，延長(zhǎng)了天線的使用壽命，簡(jiǎn)化了天線的結(jié)構(gòu)，減輕了結(jié)構(gòu)的重量。雷達(dá)罩作為雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接影響到雷達(dá)系統(tǒng)的功能。可以說(shuō)，雷達(dá)罩與天線同等重要。要求雷達(dá)罩對(duì)天線的電磁輻射特性的影響最小，并且滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的要求。常規(guī)的雷達(dá)罩一般只應(yīng)用于保護(hù)天線結(jié)構(gòu)，對(duì)電磁波透明，這導(dǎo)致飛行器前端制導(dǎo)雷達(dá)艙成為其雷達(dá)散射截面（Radar Cross Section，RCS）的主要貢獻(xiàn)來(lái)源之一，大大影響了飛行器的隱身性能。將頻率選擇表面技術(shù)應(yīng)用于雷達(dá)罩可以實(shí)現(xiàn)只透過(guò)特定頻率，通過(guò)與飛行器共形使帶外雷達(dá)波反射到遠(yuǎn)離雷達(dá)探測(cè)方向的效果，大大縮減RCS，進(jìn)而改善飛行器的帶外隱身性能。

雷達(dá)罩的結(jié)構(gòu)一般位于飛行器前端，配合飛行器氣動(dòng)布局進(jìn)行共形設(shè)計(jì)，外形一般為圓錐型、球形或錐形加球形組合的形式，更多情況下為雙曲率不可展曲面。對(duì)于可展曲面，可以采用柔性屏展開(kāi)加工然后進(jìn)行貼附的形式完成，常用的工藝方法有印刷電路工藝、鍍膜加光刻、數(shù)控加工等方式。對(duì)于不可展曲面，前述方法都不能直接應(yīng)用，需要進(jìn)行小曲面剖分近似的形式，用可展曲面分片貼附進(jìn)行組合，這種方式嚴(yán)重破壞了金屬層導(dǎo)電連續(xù)性，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的邊界截?cái)嘈?yīng)，其濾波性能受到嚴(yán)重影響。并且，飛行器高速飛行過(guò)程中由于與大氣的摩擦導(dǎo)致溫度升高，貼附的形式容易脫落，嚴(yán)重影響正常通信能力。傳統(tǒng)數(shù)控加工方式為刀具接觸式加工，但是由于雷達(dá)罩表面金屬層幾何厚度與刀具尺寸相比差距較大，采用接觸式加工方法時(shí)雷達(dá)罩受刀具切削力，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。

采用激光機(jī)器人加工的形式實(shí)現(xiàn)了非接觸式加工，機(jī)器人在其工作空間內(nèi)，其末端坐標(biāo)可以任意姿態(tài)到達(dá)其工作空間的任意位置，具有高度柔性，可以適應(yīng)復(fù)雜曲面，直接在曲面結(jié)構(gòu)上面進(jìn)行單元的刻蝕，直接加工出FSS結(jié)構(gòu)。根據(jù)三維軟件建立的模型數(shù)據(jù)獲取需要的加工信息。這種方式可以適應(yīng)曲面的復(fù)雜性，具有通用性強(qiáng)、加工速度快的特點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，還沒(méi)有用激光機(jī)器人進(jìn)行曲面FSS雷達(dá)罩加工的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)以上不足之處，提供了一種基于多自由度激光機(jī)器人的FSS雷達(dá)罩加工方法及加工裝置，加工過(guò)程對(duì)雷達(dá)罩罩體不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力作用，通用性強(qiáng)，工作效率高。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是：一種基于多自由度激光機(jī)器人的FSS雷達(dá)罩加工方法，包括以下步驟：

步驟S1：根據(jù)待加工雷達(dá)罩的濾波特性要求設(shè)計(jì)得到FSS單元結(jié)構(gòu)，通過(guò)三維建模技術(shù)建立按特定規(guī)律布設(shè)有N個(gè)FSS單元結(jié)構(gòu)的FSS雷達(dá)罩三維模型，其中N為大于1的正整數(shù)；

步驟S2：利用旋壓成型工藝獲得待加工雷達(dá)罩的罩體；

步驟S3：固定待加工雷達(dá)罩的罩體，采用多自由度激光機(jī)器人對(duì)罩體進(jìn)行定位，建立FSS雷達(dá)罩加工坐標(biāo)系；

步驟S4：以一個(gè)FSS單元結(jié)構(gòu)為加工單位，通過(guò)CCD成像系統(tǒng)輔助獲取多自由度激光機(jī)器人的激光焦點(diǎn)位置，使其位于罩體表面上其中一個(gè)待加工FSS單元結(jié)構(gòu)加工起始點(diǎn)處，保證激光束方向與該起始點(diǎn)切平面法線方向平行；

步驟S5：通過(guò)步驟S1的FSS雷達(dá)罩的三維模型獲取待加工FSS單元結(jié)構(gòu)的加工軌跡，控制多自由度激光機(jī)器人使激光焦點(diǎn)位置沿加工軌跡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工；

步驟S6：調(diào)整激光焦點(diǎn)使其位于下一個(gè)待加工FSS單元結(jié)構(gòu)的加工起始點(diǎn)處；

步驟S7：轉(zhuǎn)至步驟S5進(jìn)行加工，直至位于該罩體上的所有FSS單元結(jié)構(gòu)全部加工完成。

進(jìn)一步的，在步驟S3中，將待加工雷達(dá)罩的罩體固定于雙自由度移動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)雙自由度移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整待加工的雷達(dá)罩罩體的加工位置，使其與多自由度激光機(jī)器人配合實(shí)現(xiàn)加工定位。

進(jìn)一步的，在步驟S2中，所述雷達(dá)罩的罩體為金屬罩體，并且對(duì)于薄屏FSS雷達(dá)罩采用以共形雷達(dá)罩介質(zhì)基底進(jìn)行金屬鍍膜的形式獲取，對(duì)于厚屏FSS雷達(dá)罩采用旋壓成型工藝直接獲取共形雷達(dá)罩金屬罩體。

進(jìn)一步的，在步驟S4-S6中，通過(guò)CCD成像系統(tǒng)輔助多自由度激光機(jī)器人實(shí)現(xiàn)激光非接觸式對(duì)焦。

進(jìn)一步的，所述CCD成像系統(tǒng)由一個(gè)以上的CCD圖像傳感器組成。

進(jìn)一步的，在步驟S7中，所有FSS單元結(jié)構(gòu)的加工在一個(gè)加工周期內(nèi)完成。

本發(fā)明還提供一種如上述所述的基于多自由度激光機(jī)器人的FSS雷達(dá)罩加工方法的加工裝置，包括多自由度激光機(jī)器人本體及其配套控制系統(tǒng)、雙自由度移動(dòng)平臺(tái)和CCD成像系統(tǒng)；

所述多自由度激光加工機(jī)器人本體及其配套控制系統(tǒng)，用于讀取待加工的FSS雷達(dá)罩三維模型的加工數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制激光焦點(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)FSS單元結(jié)構(gòu)的加工；

所述雙自由度移動(dòng)平臺(tái)用于控制待加工雷達(dá)罩的罩體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以及調(diào)整加工位置；

所述CCD成像系統(tǒng)包括一個(gè)以上的CCD圖像傳感器組成，通過(guò)CCD圖像傳感器獲取激光焦點(diǎn)位置信息用于調(diào)整多自由度激光加工機(jī)器人加工坐標(biāo)系原點(diǎn)與待加工雷達(dá)罩的罩體的相對(duì)位置；

所述雙自由度移動(dòng)平臺(tái)和CCD成像系統(tǒng)均與多自由度激光加工機(jī)器人配套控制系統(tǒng)電連。

進(jìn)一步的，所述待加工雷達(dá)罩的罩體固定于所述雙自由度移動(dòng)平臺(tái)上。

進(jìn)一步的，所述FSS單元結(jié)構(gòu)為十字單元結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：

（1）充分利用多自由度機(jī)器人本體的高柔性特點(diǎn)，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計(jì)，既可加工可展曲面FSS也可加工不可展曲面FSS。對(duì)于薄屏和厚屏FSS都能實(shí)現(xiàn)加工。加工一次完成，避免了貼片形式的導(dǎo)電連續(xù)性破壞而產(chǎn)生的邊界截?cái)嘈?yīng)。極大保證了FSS雷達(dá)罩的設(shè)計(jì)性能，保證了其降低RCS的性能。

（2）通用性好，能夠滿足FSS單元結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，直接一體化加工成型，不對(duì)加工對(duì)象產(chǎn)生加工應(yīng)力，其工序簡(jiǎn)單。對(duì)于在雷達(dá)罩罩體表面任意排布FSS單元，只要知道其單元的偏置信息即可完成單元加工；

（3）采用旋壓成型工藝的方法獲取共形雷達(dá)罩罩體進(jìn)而進(jìn)行單元一體化加工的方式可以實(shí)現(xiàn)不改變?cè)酗w行器設(shè)計(jì)，采用原有的氣動(dòng)布局方案，直接將FSS雷達(dá)罩套入雷達(dá)前端罩體即可達(dá)到不改變內(nèi)部天線工作方式，降低飛行器RCS的效果。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于多自由度激光機(jī)器人的FSS雷達(dá)罩加工流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的FSS單元結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的FSS雷達(dá)罩加工效果圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的采用旋壓成型工藝得到的共形雷達(dá)罩罩體的模型圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的基于多自由度激光機(jī)器人的FSS雷達(dá)罩加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1～4所示，本實(shí)施例的一種基于多自由度激光機(jī)器人的FSS雷達(dá)罩加工方法，包括以下步驟：

步驟S1：根據(jù)待加工雷達(dá)罩的濾波特性要求設(shè)計(jì)得到FSS單元結(jié)構(gòu)，通過(guò)三維建模技術(shù)建立按特定規(guī)律布設(shè)有N個(gè)FSS單元結(jié)構(gòu)的FSS雷達(dá)罩三維模型，其中N為大于1的正整數(shù)；

步驟S2：利用旋壓成型工藝獲得待加工雷達(dá)罩的罩體；

步驟S3：固定待加工雷達(dá)罩的罩體，采用多自由度激光機(jī)器人對(duì)罩體進(jìn)行定位，建立FSS雷達(dá)罩加工坐標(biāo)系；

步驟S4：以一個(gè)FSS單元結(jié)構(gòu)為加工單位，通過(guò)CCD成像系統(tǒng)輔助獲取多自由度激光機(jī)器人的激光焦點(diǎn)位置，使其位于罩體表面上其中一個(gè)待加工FSS單元結(jié)構(gòu)加工起始點(diǎn)處，保證激光束方向與該起始點(diǎn)切平面法線方向平行；

步驟S5：通過(guò)步驟S1的FSS雷達(dá)罩的三維模型獲取待加工FSS單元結(jié)構(gòu)的加工軌跡，控制多自由度激光機(jī)器人使激光焦點(diǎn)位置沿加工軌跡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工；

步驟S6：調(diào)整激光焦點(diǎn)使其位于下一個(gè)待加工FSS單元結(jié)構(gòu)的加工起始點(diǎn)處；

步驟S7：轉(zhuǎn)至步驟S5進(jìn)行加工，直至位于該罩體上的所有FSS單元結(jié)構(gòu)全部加工完成。

從上述可知，本發(fā)明的有益效果在于：首先采用三維建模技術(shù)進(jìn)行FSS雷達(dá)罩的模型設(shè)計(jì)，采用旋壓成型工藝獲得待加工的共形雷達(dá)罩金屬罩體，然后通過(guò)多自由度激光機(jī)器人的軌跡控制結(jié)合雙自由度移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所有FSS單元結(jié)構(gòu)的加工，采用CCD圖像傳感器實(shí)現(xiàn)激光非接觸式對(duì)焦，實(shí)現(xiàn)將激光焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)FSS單元起始加工位置，以一個(gè)FSS單元為加工單位，完成一個(gè)FSS單元加工之后自動(dòng)調(diào)整到下一個(gè)FSS單元的加工起始位置，依次完成每一個(gè)FSS單元的加工直至所有FSS單元加工完成。采用激光非接觸式加工方式，加工過(guò)程對(duì)雷達(dá)罩罩體不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力作用，通用性強(qiáng)，而且可以在一個(gè)加工周期內(nèi)完成所有FSS單元結(jié)構(gòu)的加工，工作效率高。在步驟S1中，根據(jù)雷達(dá)罩濾波特性進(jìn)行FSS單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，濾波特性參數(shù)包括諧振中心頻率、帶寬、極化和角度性，同時(shí)考慮加工難易程度進(jìn)行綜合考慮分析，并規(guī)定FSS單元結(jié)構(gòu)在雷達(dá)罩表面的排列方式。如圖2所示為FSS單元結(jié)構(gòu)的十字單元結(jié)構(gòu)的示意圖。

在本實(shí)施例中，在步驟S3中，將待加工雷達(dá)罩的罩體固定于雙自由度移動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)雙自由度移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整待加工的雷達(dá)罩罩體的加工位置，使其與多自由度激光機(jī)器人配合實(shí)現(xiàn)加工定位。

在本實(shí)施例中，在步驟S2中，所述雷達(dá)罩的罩體為金屬罩體，并且對(duì)于薄屏FSS雷達(dá)罩采用以共形雷達(dá)罩介質(zhì)基底進(jìn)行金屬鍍膜的形式獲取，對(duì)于厚屏FSS雷達(dá)罩采用旋壓成型工藝直接獲取共形雷達(dá)罩金屬罩體。

在本實(shí)施例中，在步驟S4-S6中，通過(guò)CCD成像系統(tǒng)輔助多自由度激光機(jī)器人實(shí)現(xiàn)激光非接觸式對(duì)焦。

在本實(shí)施例中，所述CCD成像系統(tǒng)由一個(gè)以上的CCD圖像傳感器組成。

在本實(shí)施例中，在步驟S7中，所有FSS單元結(jié)構(gòu)的加工在一個(gè)加工周期內(nèi)完成。

如圖5所示，本發(fā)明還提供一種如上述所述的基于多自由度激光機(jī)器人的FSS雷達(dá)罩加工方法的加工裝置，包括多自由度激光機(jī)器人本體及其配套控制系統(tǒng)、雙自由度移動(dòng)平臺(tái)和CCD成像系統(tǒng)；

所述多自由度激光加工機(jī)器人本體及其配套控制系統(tǒng)，用于讀取待加工的FSS雷達(dá)罩三維模型的加工數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制激光焦點(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)FSS單元結(jié)構(gòu)的加工；

所述雙自由度移動(dòng)平臺(tái)用于控制待加工雷達(dá)罩的罩體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以及調(diào)整加工位置；

所述CCD成像系統(tǒng)包括一個(gè)以上的CCD圖像傳感器組成，通過(guò)CCD圖像傳感器獲取激光焦點(diǎn)位置信息用于調(diào)整多自由度激光加工機(jī)器人加工坐標(biāo)系原點(diǎn)與待加工雷達(dá)罩的罩體的相對(duì)位置；

所述雙自由度移動(dòng)平臺(tái)和CCD成像系統(tǒng)均與多自由度激光加工機(jī)器人配套控制系統(tǒng)電連。

如圖5所示，多自由度激光加工機(jī)器人本體及其配套控制系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、機(jī)器人控制主機(jī)、機(jī)器人控制柜、光纖激光器，雙自由度移動(dòng)平臺(tái)用于固定待加工的雷達(dá)罩罩體，CCD圖像傳感器設(shè)置于機(jī)器人機(jī)械臂前端，用于輔助實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)定位。其中光纖激光器、機(jī)器人本體、機(jī)器人控制柜、CCD圖像傳感器以及雙自由度移動(dòng)平臺(tái)與機(jī)器人控制主機(jī)電連。

在本實(shí)施例中，所述待加工雷達(dá)罩的罩體固定于所述雙自由度移動(dòng)平臺(tái)上。

在本實(shí)施例中，所述FSS單元結(jié)構(gòu)為十字單元結(jié)構(gòu)。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種基于多自由度激光機(jī)器人的FSS雷達(dá)罩加工方法及加工裝置，加工過(guò)程對(duì)雷達(dá)罩罩體不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力作用，通用性強(qiáng)，工作效率高。

上列較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。