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解决曲线工件自动焊接机器人加工过程中产生误差的有效方法及步骤

发布时间:2019-05-23人气:13

曲线焊接.jpg

在弧焊机器人的自动化焊接控制过程中,有很多原因导致误差产生,例如焊接工件在位姿与尺寸上不可预知的误差,其中既有加工和装配过程中的误差所导致的焊缝位置尺寸变化,也有焊接过程中工件受热等原因所造成的变形。通常解决上述问题是通过严格控制生产过程中的加工精度,减少环境以及应用中的误差,但是者需要增加企业的生产成本,以及时间成本,造成企业的额外负担。另一种解决方式是通过焊缝跟踪技术进一步提升机器人焊接自动化以及智能化程度,根据现场焊缝的特点,由检测传感器导引机器人完成对焊缝的跟踪,但是检测传感器的扫描点和机器人的焊点之间存在一段前置距离,算法中需要解决这段前置距离造成的偏差,现有技术中为了方便起见,直接将机器人焊枪对准工件焊缝的起点作为起焊点,忽略了前置距离的存在而导致检测传感器的扫描位置出现偏差,因此跟踪精度不高;尤其是工件焊缝为曲线的情况下,跟踪精度的不高使得机器人焊枪无法以预期的位姿对焊缝进行连续稳定的焊接,导致焊接无法达到预期的效果。


一种弧焊机器人焊接的曲线在线焊缝跟踪方法,应用于带有测量传感器的机器人的焊接过程,包括如下步骤:

步骤一:获取测量传感器的坐标系与机器人焊枪的坐标系的转换关系;由于测量传感器的测量点比机器人焊枪的焊点有一段前置距离,因此同时获取测量传感器与机器人焊枪所存在的前置距离;


步骤二:将曲线焊缝按距离等分,得到需要扫描和焊接的路径点,以焊缝起点开始,以焊缝终点结束;


步骤三:通过机器人示教焊枪准确焊接时,获取测量传感器在曲线焊缝各路径点的基准坐标值,将这一组基准坐标值存入缓存;


步骤四:设定测量传感器和机器人焊枪的实际起点位置,测量传感器的实际起点位置为待焊工件的曲线焊缝起点,机器人焊枪的实际起点位置为曲线焊缝起点按照曲率反向延长、距曲线焊缝起点的直线距离等于所述前置距离的位置点;


步骤五:测量传感器从待焊工件的焊缝起点开始,将各路径点作为测量点,依次移动扫描各测量点,并将扫描得到的测量点的坐标值发送给机器人,与缓存内对应的该路径点的基准值做比较,得到这个测量点的绝对偏差值,存入缓存;


步骤六:机器人与测量传感器一起移动,到达焊缝起点,根据缓存内的焊缝起点的绝对偏差值,修正焊缝起点坐标,根据步骤一的坐标系的转换关系转换为机器人焊枪的坐标,机器人焊枪移动至修正后的坐标,开始焊接,以各路径点作为焊接点;


步骤七:开始焊接后,测量传感器继续移动扫描下一个测量点,并将扫描得到的测量点的坐标值发送给机器人,与缓存内对应的基准值做比较,得到偏差值,由于机器人在上一个焊接点已做修正,此时测得的是相对偏差值,需要加上机器人在上一个焊接点的绝对偏差值,得到这个测量点的绝对偏差值,存入缓存;


步骤八:机器人焊枪在焊接中与测量传感器同步继续移动,到达下一个焊接点,根据缓存中的该焊接点的绝对偏差值,修正该焊接点坐标,根据步骤一的坐标系的转换关系转换为机器人焊枪的坐标,机器人焊枪移动至修正后的该焊接点坐标;


步骤九:重复步骤七和步骤八,直至完成焊缝终点的焊接,停止工作。


上述步骤一中坐标系转换关系的获取,主要指获取传感器坐标系与焊枪坐标系Y轴与Z轴的转换关系,采用步骤为:

(1)移动机器人,使测量传感器的激光线垂直穿过一标准工件的焊缝起点,读取此时的测量传感器坐标和机器人焊枪坐标系坐标;

(2)Y轴标定,移动机器人焊枪坐标系Y轴一段距离,若激光线偏离基准线,还需要移动机器人焊枪坐标系X轴,使其恢复到基准线上,然后记录传感器Y轴变化量,通过机器人焊枪坐标系Y轴的变化量和传感器Y轴变化量,便可计算出两个坐标轴的夹角;

(3)Z轴标定,移动机器人焊枪坐标系Z轴一段距离,若激光线偏离基准线,还需要移动机器人焊枪坐标系X轴,使其恢复到基准线上,然后记录传感器Z轴变化量,通过机器人焊枪坐标系Z轴的变化量和传感器Z轴变化量,便可计算出两个坐标轴的夹角。


   步骤一中测量传感器与机器人焊枪的前置距离的确定方法:在焊缝上找一基准点,让测量传感器的激光线打到基准点上,同时焊枪也在焊缝上,记录机器人焊枪的位置;然后沿焊缝方向移动机器人,让焊枪移动到基准点上,再次记录机器人焊枪的位置,两者的偏差,即为前置距离。


  步骤二中,等分距离是指个路径点之间的弧长相等或直线距离相等。各路径点之间的直线距离小于所述步骤一中的所述前置距离。


    测量传感器扫描至焊缝终点后,停止扫描,但继续移动,此时机器人由于前置距离的存在,仍未焊接至焊缝终点,但剩余各焊接点的绝对偏差值已存在缓存中,继续执行步骤七直至焊缝终点。

 

该方案简单、准确,有效的避免了由于工件误差或者上料位置误差等原因造成曲线焊缝轨迹改变从而影响机器人焊接效果的问题。采用焊缝跟踪算法,创造性的并未将机器人焊接的起点直接对应焊缝起点,而是将焊缝起点作为测量传感器的起点,并辅以相关的算法,解决了同类操作中由于未考虑前置距离而导致跟踪精度不高的问题,特别解决变曲率曲线因前置距离无固定基准值的问题,提高跟踪精度,使机器人焊枪以预期的位姿对曲线焊缝进行连续稳定的焊接。


采用弧焊机器人焊接的曲线在线焊缝跟踪方法,方便简单,解决了自动化焊接控制过程中的误差问题,提高跟踪精度,解决变曲率曲线因前置距离无固定基准值的问题,使机器人焊枪以预期的位姿对曲线焊缝进行连续稳定的焊接。


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