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          解決曲線工件自動焊接機器人加工過程中產生誤差的有效方法及步驟

          發布時間:2019-05-23人氣:4

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          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。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,減少環境以及應用中的誤差,但是者需要增加企業的生產成本,以及時間成本,造成企業的額外負擔。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,根據現場焊縫的特點,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偏差,因此跟蹤精度不高;尤其是工件焊縫為曲線的情況下,跟蹤精度的不高使得機器人焊槍無法以預期的位姿對焊縫進行連續穩定的焊接,導致焊接無法達到預期的效果。


          一種弧焊機器人焊接的曲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:

          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:將曲線焊縫按距離等分,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,獲取測量傳感器在曲線焊縫各路徑點的基準坐標值,將這一組基準坐標值存入緩存;


          步驟四:設定測量傳感器和機器人焊槍的實際起點位置,測量傳感器的實際起點位置為待焊工件的曲線焊縫起點,機器人焊槍的實際起點位置為曲線焊縫起點按照曲率反向延長、距曲線焊縫起點的直線距離等于所述前置距離的位置點;


          步驟五: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送給機器人,與緩存內對應的該路徑點的基準值做比較,得到這個測量點的絕對偏差值,存入緩存;


          步驟六:機器人與測量傳感器一起移動,到達焊縫起點,根據緩存內的焊縫起點的絕對偏差值,修正焊縫起點坐標,根據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;


          步驟七:開始焊接后,測量傳感器繼續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;


          步驟八:機器人焊槍在焊接中與測量傳感器同步繼續移動,到達下一個焊接點,根據緩存中的該焊接點的絕對偏差值,修正該焊接點坐標,根據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;


          步驟九:重復步驟七和步驟八,直至完成焊縫終點的焊接,停止工作。


          上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:

          (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)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。


             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。


            步驟二中,等分距離是指個路徑點之間的弧長相等或直線距離相等。各路徑點之間的直線距離小于所述步驟一中的所述前置距離。


              測量傳感器掃描至焊縫終點后,停止掃描,但繼續移動,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,繼續執行步驟七直至焊縫終點。

           

          該方案簡單、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曲線焊縫軌跡改變從而影響機器人焊接效果的問題。采用焊縫跟蹤算法,創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,解決了同類操作中由于未考慮前置距離而導致跟蹤精度不高的問題,特別解決變曲率曲線因前置距離無固定基準值的問題,提高跟蹤精度,使機器人焊槍以預期的位姿對曲線焊縫進行連續穩定的焊接。


          采用弧焊機器人焊接的曲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,提高跟蹤精度,解決變曲率曲線因前置距離無固定基準值的問題,使機器人焊槍以預期的位姿對曲線焊縫進行連續穩定的焊接。


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