弧焊機器人焊接的直線在線焊縫跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種弧焊機器人焊接的直線在線焊縫跟蹤方法，機器人示教一段基準路線，將路徑按距離等分原則平分成N個路徑點，同時獲取測量傳感器的一個基準坐標值。實際運行時，測量傳感器實時掃描焊縫，將焊縫坐標發(fā)送給機器人，機器人將坐標值與基準值做比較，得到偏差值去修正相應的第n個路徑點，機器人沿修正好的路徑點逐點運行。本發(fā)明方案簡單、準確，有效的避免了由于工件誤差或者上料位置誤差等原因造成直線焊縫軌跡改變從而影響機器人焊接效果的問題。同時解決了同類操作中未考慮前置距離而導致跟蹤精度不高的問題。
【專利說明】
弧焊機器人焊接的直線在線焊縫跟蹤方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于自動化控制領域，特別是涉及到一種弧焊機器人焊接直線焊縫時的直線在線焊縫跟蹤方法。
【背景技術】
[0002]在弧焊機器人的自動化焊接控制過程中，有很多原因導致誤差產生，例如焊接工件在位姿與尺寸上不可預知的誤差，其中既有加工和裝配過程中的誤差所導致的焊縫位置尺寸變化，也有焊接過程中工件受熱等原因所造成的變形。
[0003]通常解決上述問題是通過嚴格控制生產過程中的加工精度，減少環(huán)境以及應用中的誤差，但是者需要增加企業(yè)的生產成本，以及時間成本，造成企業(yè)的額外負擔。
[0004]另一種解決方式是通過焊縫跟蹤技術進一步提升機器人焊接自動化以及智能化程度，根據(jù)現(xiàn)場焊縫的特點，由檢測傳感器導引機器人完成對焊縫的跟蹤，但是檢測傳感器的掃描點和機器人的焊點之間存在一段前置距離，算法中需要解決這段前置距離造成的偏差，現(xiàn)有技術中為了方便起見，直接將機器人焊槍對準工件焊縫的起點作為起焊點，忽略了前置距離的存在而導致檢測傳感器的掃描位置出現(xiàn)偏差，因此跟蹤精度不高。

【發(fā)明內容】

[0005]針對所述現(xiàn)狀，本專利提出一種用于弧焊機器人焊接的直線在線焊縫跟蹤方法，方便簡單，解決了自動化焊接控制過程中的誤差問題以及未考慮前置距離而導致跟蹤精度不高的問題。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:一種弧焊機器人焊接的直線在線焊縫跟蹤方法，應用于帶有測量傳感器的機器人的焊接過程，包括如下步驟:
[0007]步驟一:獲取測量傳感器的坐標系與機器人焊槍的坐標系的轉換關系；由于測量傳感器的測量點比機器人焊槍的焊點有一段前置距離，因此同時獲取測量傳感器與機器人焊槍所存在的前置距離；
[0008]步驟二:將焊縫按距離等分，得到需要掃描和焊接的路徑點，以焊縫起點開始，以焊縫終點結束；
[0009]步驟三:通過機器人示教焊槍準確焊接時，獲取測量傳感器的基準坐標值，存入緩存；
[0010]步驟四:測量傳感器從待焊工件的焊縫起點開始，將各路徑點作為測量點，依次移動掃描各測量點，并將掃描得到的測量點的坐標值發(fā)送給機器人，與緩存內對應的基準值做比較，得到這個測量點的絕對偏差值，存入緩存；
[0011 ] 步驟五:機器人與測量傳感器一起移動，經過步驟一所獲取的前置距離后，到達焊縫起點，根據(jù)緩存內的焊縫起點的絕對偏差值，修正焊縫起點坐標，根據(jù)步驟一的坐標系的轉換關系轉換為機器人焊槍的坐標，機器人焊槍移動至修正后的坐標，開始焊接，以各路徑點作為焊接點；
[0012]步驟六:開始焊接后，測量傳感器繼續(xù)移動掃描下一個測量點，并將掃描得到的測量點的坐標值發(fā)送給機器人，與緩存內對應的基準值做比較，得到偏差值，由于機器人在上一個焊接點已做修正，此時測得的是相對偏差值，需要加上機器人在上一個焊接點的絕對偏差值，得到這個測量點的絕對偏差值，存入緩存；
[0013]步驟七:機器人焊槍在焊接中與測量傳感器同步繼續(xù)移動，到達下一個焊接點，根據(jù)緩存中的該焊接點的絕對偏差值，修正該焊接點坐標，根據(jù)步驟一的坐標系的轉換關系轉換為機器人焊槍的坐標，機器人焊槍移動至修正后的該焊接點坐標；
[0014]步驟八:重復步驟六和步驟七，直至完成焊縫終點的焊接，停止工作。
[0015]進一步的，所述步驟一中坐標系轉換關系的獲取，主要指獲取傳感器坐標系與焊槍坐標系Y軸與Z軸的轉換關系，采用步驟為:
[0016](I)移動機器人，使測量傳感器的激光線垂直穿過一標準工件的焊縫起點，讀取此時的測量傳感器坐標和機器人焊槍坐標系坐標；
[0017](2) Y軸標定，移動機器人焊槍坐標系Y軸一段距離，若激光線偏離基準線，還需要移動機器人焊槍坐標系X軸，使其恢復到基準線上，然后記錄傳感器Y軸變化量，通過機器人焊槍坐標系Y軸的變化量和傳感器Y軸變化量，便可計算出兩個坐標軸的夾角；
[0018](3)Z軸標定，移動機器人焊槍坐標系Z軸一段距離，若激光線偏離基準線，還需要移動機器人焊槍坐標系X軸，使其恢復到基準線上，然后記錄傳感器Z軸變化量，通過機器人焊槍坐標系Z軸的變化量和傳感器Z軸變化量，便可計算出兩個坐標軸的夾角。
[0019]進一步的，所述步驟一中測量傳感器與機器人焊槍的前置距離的確定方法:在焊縫上找一基準點，讓測量傳感器的激光線打到基準點上，同時焊槍也在焊縫上，記錄機器人焊槍的位置;然后沿焊縫方向移動機器人，讓焊槍移動到基準點上，再次記錄機器人焊槍的位置，兩者的偏差，即為前置距離。
[0020]進一步的，所述步驟二中，等分距離小于所述步驟一中的所述前置距離。
[0021 ]進一步的，測量傳感器掃描至焊縫終點后，停止掃描，但繼續(xù)移動，此時機器人由于前置距離的存在，仍未焊接至焊縫終點，但剩余各焊接點的絕對偏差值已存在緩存中，繼續(xù)執(zhí)行步驟七直至焊縫終點。
[0022]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果為:
[0023](I)本發(fā)明方案簡單、準確，有效的避免了由于工件誤差或者上料位置誤差等原因造成直線焊縫軌跡改變從而影響機器人焊接效果的問題。
[0024](2)本發(fā)明的焊縫跟蹤算法，創(chuàng)造性的并未將機器人焊接的起點直接對應焊縫起點，而是將焊縫起點作為測量傳感器的起點，并輔以相關的算法，解決了未考慮前置距離而導致跟蹤精度不高的問題。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0027]下面將結合實施例來詳細說明本發(fā)明:
[0028]實施本發(fā)明的過程:
[0029]如圖1所示，表示示教焊縫位置與實際焊縫位置。
[0030]Pl為示教焊縫起點，P1 ’為實際焊縫起點。
[0031 ] P3為示教焊縫終點，P3 ’為實際焊縫終點。
[0032]PO為與焊縫起點間隔了測量傳感器和機器人之間前置距離的位置點，作為機器人的測量起點。
[0033]P2為與焊縫終點間隔了測量傳感器和機器人之間前置距離的位置點，作為機器人的測量終點。
[0034]POPl距離= P2P3距離，當焊槍對準PO時，測量傳感器的激光線應剛好穿過Pl點。
[0035]準備工作:獲取測量傳感器坐標(Ys，Zs)與機器人工具坐標(Yr，Zr)的轉換關系及測量傳感器測量點和焊槍焊接點的前置距離。
[0036]轉換關系的獲取，主要指獲取傳感器坐標系與焊槍坐標系Y軸與Z軸的轉換關系，沿焊縫方向為焊槍坐標系的X軸，垂直于焊縫的方向為焊槍坐標系的Y軸，焊槍坐標系的Z軸由右手法則確定，米用步驟為:
[0037](I)移動機器人，使測量傳感器的激光線垂直穿過Pl，讀取此時的測量傳感器坐標和機器人焊槍坐標系坐標；
[0038](2) Y軸標定，移動機器人焊槍坐標系Y軸一段距離，若激光線偏離基準線，還需要移動機器人焊槍坐標系X軸，使其恢復到基準線上，然后記錄傳感器Y軸變化量，通過機器人焊槍坐標系Y軸的變化量和傳感器Y軸變化量，便可計算出兩個坐標軸的夾角；
[0039](3)Z軸標定，移動機器人焊槍坐標系Z軸一段距離，若激光線偏離基準線，還需要移動機器人焊槍坐標系X軸，使其恢復到基準線上，然后記錄傳感器Z軸變化量，通過機器人焊槍坐標系Z軸的變化量和傳感器Z軸變化量，便可計算出兩個坐標軸的夾角。
[0040]所述步驟一中測量傳感器與機器人焊槍的前置距離的確定方法:讓測量傳感器的激光線打到P3點上，同時焊槍在P2點上，記錄機器人焊槍的位置;然后沿焊縫方向移動機器人，讓焊槍移動到P3點上，再次記錄機器人焊槍的位置，兩者的偏差，即為前置距離。
[0041 ] 將P0-P3按距離等分原則等分，PO-Pl等分成m-Ι段，共m個路徑點;P1-P3等分成n-1段，共η個路徑點。將每個路徑點的機器人位姿保存到程序緩存中。
[0042]為方便描述，現(xiàn)假設POPl = 20毫米，Ρ1Ρ3 = 200毫米，每2毫米分一段，則PO-Pl分10段，共11個路徑點;Ρ1-Ρ3分100段，共101個路徑點;焊縫只有在Y方向有偏差。
[0043]通過機器人示教焊槍準確焊接，焊槍對準PO時，將測量傳感器得到的Pl點的坐標(XO，YO，ZO)發(fā)送給機器人，保存在緩存中，作為測量傳感器的基準參考點；
[0044]將機器人移動至PO點，啟動PO-Pl的機器人運動程序，使焊槍沿POPl的路徑點逐點前進。當焊槍處于第I點，即PO點時，機器人向測量傳感器發(fā)送請求信號，測量傳感器獲取實際焊縫？1’的坐標0131，21)，發(fā)送給機器人，機器人接收、處理0110，￥1-￥0，21-20)，經過坐標變換后，得到ΡΓ-Ρ3’的第I個路徑點，即Pl ’的修正值Adl。
[0045]機器人每走完一個路徑點，便向測量傳感器請求一組坐標，當機器人運動到Pl點時，走完了前11個路徑點，獲取了 11個修正值，機器人在Pl位置暫停。
[0046]機器人由Pl點啟動，移動至Ρ1’，在這個過程中，測量傳感器不工作。[0047 ]機器人到達P I’，此時測量傳感器激光線運動到的是P I’ -P3 ’路徑點的第11個，這個點的修正值已經在機器人到達Pl時獲取了，所以在P1’，測量傳感器不工作。
[0048]機器人由P1’開始，啟動ΡΓ-Ρ3’的機器人運動程序，前11個點會按預先計算出的絕對誤差逐點修正。
[0049]當機器人移動到第2個路徑點，測量傳感器獲取實際焊縫第12個路徑點的坐標(父12，￥12，212)，機器人計算后獲取偏差01210，￥12-￥0，212-20)，需要注意的是，這個偏差只是圖不中的d，真正的偏差應該是Δ(112 = (1+Δ(12。
[0050]以此類推，機器人每走完一個路徑點，就得到一個新的修正后的路徑點，直到機器人移動到第91個路徑點，觸發(fā)測量傳感器獲取實際焊縫第101個路徑點，即終點Ρ3 ’的坐標(ΧΙΟΙ,ΥΙΟΙ,ZlOl), AdlOl =d+Ad910
[0051]測量傳感器不再工作。機器人繼續(xù)執(zhí)行描點程序，直至到達終點P3’。
[0052]以上描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和實施方案等信息，但是本發(fā)明不受上述實施過程的限制，在不脫離發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還可以有各種變化和改進。因此，除非這種變化和改進脫離了本發(fā)明的范圍，它們應該被看作包含在本發(fā)明中。
【主權項】
1.一種弧焊機器人焊接的直線在線焊縫跟蹤方法，應用于帶有測量傳感器的機器人的焊接過程，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:獲取測量傳感器的坐標系與機器人焊槍的坐標系的轉換關系；由于測量傳感器的測量點比機器人焊槍的焊點有一段前置距離，因此同時獲取測量傳感器與機器人焊槍所存在的前置距離； 步驟二:將焊縫按距離等分，得到需要掃描和焊接的路徑點，以焊縫起點開始，以焊縫終點結束； 步驟三:通過機器人示教焊槍準確焊接時，獲取測量傳感器的基準坐標值，存入緩存； 步驟四:測量傳感器從待焊工件的焊縫起點開始，將各路徑點作為測量點，依次移動掃描各測量點，并將掃描得到的測量點的坐標值發(fā)送給機器人，與緩存內對應的基準值做比較，得到這個測量點的絕對偏差值，存入緩存； 步驟五:機器人與測量傳感器一起移動，經過步驟一所獲取的前置距離后，到達焊縫起點，根據(jù)緩存內的焊縫起點的絕對偏差值，修正焊縫起點坐標，根據(jù)步驟一的坐標系的轉換關系轉換為機器人焊槍的坐標，機器人焊槍移動至修正后的坐標，開始焊接，以各路徑點作為焊接點； 步驟六:開始焊接后，測量傳感器繼續(xù)移動掃描下一個測量點，并將掃描得到的測量點的坐標值發(fā)送給機器人，與緩存內對應的基準值做比較，得到偏差值，由于機器人在上一個焊接點已做修正，此時測得的是相對偏差值，需要加上機器人在上一個焊接點的絕對偏差值，得到這個測量點的絕對偏差值，存入緩存； 步驟七:機器人焊槍在焊接中與測量傳感器同步繼續(xù)移動，到達下一個焊接點，根據(jù)緩存中的該焊接點的絕對偏差值，修正該焊接點坐標，根據(jù)步驟一的坐標系的轉換關系轉換為機器人焊槍的坐標，機器人焊槍移動至修正后的該焊接點坐標； 步驟八:重復步驟六和步驟七，直至完成焊縫終點的焊接，停止工作。2.根據(jù)權利要求1所述的一種弧焊機器人焊接的直線在線焊縫跟蹤方法，其特征在于:所述步驟一中坐標系轉換關系的獲取，主要指獲取測量傳感器坐標系與機器人焊槍坐標系Y軸與Z軸的轉換關系，采用步驟為: (1)移動機器人，使測量傳感器的激光線垂直穿過一標準工件的焊縫起點，讀取此時的測量傳感器坐標和機器人焊槍坐標系坐標； (2)Y軸標定，移動機器人焊槍坐標系Y軸一段距離，若激光線偏離基準線，還需要移動機器人焊槍坐標系X軸，使其恢復到基準線上，然后記錄傳感器Y軸變化量，通過機器人焊槍坐標系Y軸的變化量和傳感器Y軸變化量，便可計算出兩個坐標軸的夾角； (3)Ζ軸標定，移動機器人焊槍坐標系Z軸一段距離，若激光線偏離基準線，還需要移動機器人焊槍坐標系X軸，使其恢復到基準線上，然后記錄傳感器Z軸變化量，通過機器人焊槍坐標系Z軸的變化量和傳感器Z軸變化量，便可計算出兩個坐標軸的夾角。3.根據(jù)權利要求1所述的一種弧焊機器人焊接的直線在線焊縫跟蹤方法，其特征在于:所述步驟一中測量傳感器與機器人焊槍的前置距離的確定方法:在焊縫上找一基準點，讓測量傳感器的激光線打到基準點上，同時焊槍也在焊縫上，記錄機器人焊槍的位置;然后沿焊縫方向移動機器人，讓焊槍移動到基準點上，再次記錄機器人焊槍的位置，兩者的偏差，即為前置距離。4.根據(jù)權利要求1所述的一種弧焊機器人焊接的直線在線焊縫跟蹤方法，其特征在于:所述步驟二中，等分距離小于所述步驟一中的所述前置距離。5.根據(jù)權利要求1所述的一種弧焊機器人焊接的直線在線焊縫跟蹤方法，其特征在于:測量傳感器掃描至焊縫終點后，停止掃描，但繼續(xù)移動，此時機器人由于前置距離的存在，仍未焊接至焊縫終點，但剩余各焊接點的絕對偏差值已存在緩存中，繼續(xù)執(zhí)行步驟七直至焊縫終點。
【文檔編號】B23K9/127GK105855668SQ201610362050
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】孫云權, 齊立哲, 甘中學
【申請人】廊坊智通機器人系統(tǒng)有限公司