本發(fā)明涉及機器人激光加工技術(shù)以及微波波段雷達罩技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多自由度激光機器人的FSS雷達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)對電磁波的帶通、帶阻、高通、低通等特性。其原理在于當某一頻率的電磁波入射到FSS時，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，雷達大量應(yīng)用于飛機、導(dǎo)彈、航海等領(lǐng)域，雷達罩的運用也日趨廣泛。雷達罩是電磁波的窗口，其作用是保護天線，防止環(huán)境對雷達天線工作狀態(tài)的影響和干擾，從而減少驅(qū)動天線運轉(zhuǎn)的功率，提高其工作可靠性，保證雷達天線全天候工作。雷達罩的存在，延長了天線的使用壽命，簡化了天線的結(jié)構(gòu)，減輕了結(jié)構(gòu)的重量。雷達罩作為雷達系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接影響到雷達系統(tǒng)的功能。可以說，雷達罩與天線同等重要。要求雷達罩對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)指標的要求。常規(guī)的雷達罩一般只應(yīng)用于保護天線結(jié)構(gòu)，對電磁波透明，這導(dǎo)致飛行器前端制導(dǎo)雷達艙成為其雷達散射截面（Radar Cross Section，RCS）的主要貢獻來源之一，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)用于雷達罩可以實現(xiàn)只透過特定頻率，通過與飛行器共形使帶外雷達波反射到遠離雷達探測方向的效果，大大縮減RCS，進而改善飛行器的帶外隱身性能。

雷達罩的結(jié)構(gòu)一般位于飛行器前端，配合飛行器氣動布局進行共形設(shè)計，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。對于可展曲面，可以采用柔性屏展開加工然后進行貼附的形式完成，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。對于不可展曲面，前述方法都不能直接應(yīng)用，需要進行小曲面剖分近似的形式，用可展曲面分片貼附進行組合，這種方式嚴重破壞了金屬層導(dǎo)電連續(xù)性，會產(chǎn)生嚴重的邊界截斷效應(yīng)，其濾波性能受到嚴重影響。并且，飛行器高速飛行過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雷達罩受刀具切削力，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。

采用激光機器人加工的形式實現(xiàn)了非接觸式加工，機器人在其工作空間內(nèi)，其末端坐標可以任意姿態(tài)到達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、加工速度快的特點?，F(xiàn)有技術(shù)中，還沒有用激光機器人進行曲面FSS雷達罩加工的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

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

步驟S1：根據(jù)待加工雷達罩的濾波特性要求設(shè)計得到FSS單元結(jié)構(gòu)，通過三維建模技術(shù)建立按特定規(guī)律布設(shè)有N個FSS單元結(jié)構(gòu)的FSS雷達罩三維模型，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罩的罩體；

步驟S3：固定待加工雷達罩的罩體，采用多自由度激光機器人對罩體進行定位，建立FSS雷達罩加工坐標系；

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

步驟S5：通過步驟S1的FSS雷達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器人使激光焦點位置沿加工軌跡運動進行加工；

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

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

進一步的，在步驟S3中，將待加工雷達罩的罩體固定于雙自由度移動平臺上，通過雙自由度移動平臺調(diào)整待加工的雷達罩罩體的加工位置，使其與多自由度激光機器人配合實現(xiàn)加工定位。

進一步的，在步驟S2中，所述雷達罩的罩體為金屬罩體，并且對于薄屏FSS雷達罩采用以共形雷達罩介質(zhì)基底進行金屬鍍膜的形式獲取，對于厚屏FSS雷達罩采用旋壓成型工藝直接獲取共形雷達罩金屬罩體。

進一步的，在步驟S4-S6中，通過CCD成像系統(tǒng)輔助多自由度激光機器人實現(xiàn)激光非接觸式對焦。

進一步的，所述CCD成像系統(tǒng)由一個以上的CCD圖像傳感器組成。

進一步的，在步驟S7中，所有FSS單元結(jié)構(gòu)的加工在一個加工周期內(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器人的FSS雷達罩加工方法的加工裝置，包括多自由度激光機器人本體及其配套控制系統(tǒng)、雙自由度移動平臺和CCD成像系統(tǒng)；

所述多自由度激光加工機器人本體及其配套控制系統(tǒng)，用于讀取待加工的FSS雷達罩三維模型的加工數(shù)據(jù)，進而控制激光焦點位置的運動軌跡實現(xiàn)FSS單元結(jié)構(gòu)的加工；

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

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

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

進一步的，所述待加工雷達罩的罩體固定于所述雙自由度移動平臺上。

進一步的，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器人本體的高柔性特點，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計，既可加工可展曲面FSS也可加工不可展曲面FSS。對于薄屏和厚屏FSS都能實現(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)生的邊界截斷效應(yīng)。極大保證了FSS雷達罩的設(shè)計性能，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，不對加工對象產(chǎn)生加工應(yīng)力，其工序簡單。對于在雷達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罩罩體進而進行單元一體化加工的方式可以實現(xiàn)不改變原有飛行器設(shè)計，采用原有的氣動布局方案，直接將FSS雷達罩套入雷達前端罩體即可達到不改變內(nèi)部天線工作方式，降低飛行器RCS的效果。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利進一步說明。

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

圖2為本發(fā)明實施例的FSS單元結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例的FSS雷達罩加工效果圖；

圖4為本發(fā)明實施例的采用旋壓成型工藝得到的共形雷達罩罩體的模型圖；

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

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。

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

步驟S1：根據(jù)待加工雷達罩的濾波特性要求設(shè)計得到FSS單元結(jié)構(gòu)，通過三維建模技術(shù)建立按特定規(guī)律布設(shè)有N個FSS單元結(jié)構(gòu)的FSS雷達罩三維模型，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罩的罩體；

步驟S3：固定待加工雷達罩的罩體，采用多自由度激光機器人對罩體進行定位，建立FSS雷達罩加工坐標系；

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

步驟S5：通過步驟S1的FSS雷達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器人使激光焦點位置沿加工軌跡運動進行加工；

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

步驟S7：轉(zhuǎn)至步驟S5進行加工，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)進行FSS雷達罩的模型設(shè)計，采用旋壓成型工藝獲得待加工的共形雷達罩金屬罩體，然后通過多自由度激光機器人的軌跡控制結(jié)合雙自由度移動平臺實現(xiàn)所有FSS單元結(jié)構(gòu)的加工，采用CCD圖像傳感器實現(xiàn)激光非接觸式對焦，實現(xiàn)將激光焦點對準FSS單元起始加工位置，以一個FSS單元為加工單位，完成一個FSS單元加工之后自動調(diào)整到下一個FSS單元的加工起始位置，依次完成每一個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，加工過程對雷達罩罩體不會產(chǎn)生應(yīng)力作用，通用性強，而且可以在一個加工周期內(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)雷達罩濾波特性進行FSS單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計，濾波特性參數(shù)包括諧振中心頻率、帶寬、極化和角度性，同時考慮加工難易程度進行綜合考慮分析，并規(guī)定FSS單元結(jié)構(gòu)在雷達罩表面的排列方式。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。

在本實施例中，在步驟S3中，將待加工雷達罩的罩體固定于雙自由度移動平臺上，通過雙自由度移動平臺調(diào)整待加工的雷達罩罩體的加工位置，使其與多自由度激光機器人配合實現(xiàn)加工定位。

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

在本實施例中，在步驟S4-S6中，通過CCD成像系統(tǒng)輔助多自由度激光機器人實現(xiàn)激光非接觸式對焦。

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

在本實施例中，在步驟S7中，所有FSS單元結(jié)構(gòu)的加工在一個加工周期內(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器人的FSS雷達罩加工方法的加工裝置，包括多自由度激光機器人本體及其配套控制系統(tǒng)、雙自由度移動平臺和CCD成像系統(tǒng)；

所述多自由度激光加工機器人本體及其配套控制系統(tǒng)，用于讀取待加工的FSS雷達罩三維模型的加工數(shù)據(jù)，進而控制激光焦點位置的運動軌跡實現(xiàn)FSS單元結(jié)構(gòu)的加工；

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

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

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

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

在本實施例中，所述待加工雷達罩的罩體固定于所述雙自由度移動平臺上。

在本實施例中，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器人的FSS雷達罩加工方法及加工裝置，加工過程對雷達罩罩體不會產(chǎn)生應(yīng)力作用，通用性強，工作效率高。

上列較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。