CN101829835B - 一种焊缝自动跟踪方法及装置 - Google Patents
一种焊缝自动跟踪方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101829835B CN101829835B CN 201010159059 CN201010159059A CN101829835B CN 101829835 B CN101829835 B CN 101829835B CN 201010159059 CN201010159059 CN 201010159059 CN 201010159059 A CN201010159059 A CN 201010159059A CN 101829835 B CN101829835 B CN 101829835B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- detection agency
- computer
- probe
- sensor
- mechanical arm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 47
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 23
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013481 data capture Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000003500 flue dust Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000035900 sweating Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 210000003857 wrist joint Anatomy 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明公开了一种焊缝自动跟踪方法及装置，所述焊缝自动跟踪方法按照以下步骤执行：使用安装有力觉传感器的探测机构持续获取焊缝对探测机构的反作用力信息；通过力觉传感器及数据采集装置将得到的反作用力信息传送给计算机；计算机根据得到的反作用力信息计算出探测机构的运动方向并控制探测机构沿计算出的运动方向前进；探测机构运动轨迹即为焊缝的实际分布情况，计算机控制位于探测机构后方的焊枪沿所述运动轨迹前进并进行焊接；实现该方法的装置包括：安装有力觉传感器的探测机构、数据采集装置、计算机、多自由度机械臂。相比现有技术，本发明具有可以实时跟踪以及跟踪精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及自动焊接技术领域，具体的说，涉及一种焊缝自动跟踪方法及装置。
背景技术
焊接是一种将材料进行永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。焊接已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等各个部门。在金属制造业中，焊接现在已成为仅次于装配和机械加工的第三大产业。在工业发达国家，每年钢铁产量的45％左右要通过焊接才能转化为最终的产品。自现代焊接技术问世以来，焊接生产的机械化、自动化和机器人化一直在不断发展之中。据统计，日本从1975年到1990年，焊接工人大约每10年减少27-37％，焊接工作不断地由手工操作转为自动、半自动焊接乃至机器人焊接。随着现代焊接生产的自动化程度越来越高以及机器人焊接技术的发展，对焊缝自动跟踪技术的需求也越来越迫切，焊缝跟踪的优点主要表现在如下3方面：
1、提高焊接质量
由于待焊工件存在下料加工及装配的误差，焊接热过程引起的变形事先也难以预料，因此给定轨迹的目标控制(或程序控制)方式已无能为力，具有焊缝自动跟踪能力的自适应系统自然成为首选目标。
2、改善焊接工人工作条件
由于焊接过程产生强烈的热、烟尘和弧光，导致现场工作环境非常恶劣，对工人的体能消耗很大。采用自动焊接系统是将人从手工焊接的恶劣环境中解放出来的根本途径。
3、提高生产率
手工焊接的效率很低，工人实际焊接的时间不足其工作时间的30％。自动焊接系统的生产效率远远高于手工焊接，而采用焊缝自动跟踪系统的自动焊接系统又可大大提高焊接生产效率。这是因为与示教型和程序控制焊接系统相比，它省去了繁重的示教工作或事先的编程工作，也降低了对工件加工精度和装配精度的要求，从而降低了准备时间，提高了整个系统的生产效率。
目前的焊缝自动跟踪方法，基本都是基于图像处理的方法，焊接过程中，对焊接弧光进行图像采集、处理，得到焊缝的分布特征。然而，弧光的图像受众多因素的影响，如不同焊缝位置、不同的焊条、不同焊接材料等因素，导致弧光图像处理的精度较低，不确定性较大，而且图像处理技术的数据信息庞大，处理实时性有待提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够自适应跟踪焊缝的走势，从而实现对焊缝高精度、全自动化跟踪的焊缝自动跟踪方法及装置。
本发明通过下述技术方案实现：
使用安装有力觉传感器的探测机构持续获取焊缝对探测机构的反作用力信息；通过力觉传感器及数据采集装置将得到的反作用力信息传送给计算机；计算机根据得到的反作用力信息计算出探测机构的运动方向并控制探测机构沿计算出的运动方向前进；探测机构运动轨迹即为焊缝的实际分布情况，计算机控制位于探测机构后方的焊枪沿所述运动轨迹前进并进行焊接。
力觉传感器是一种新型的触觉传感器，通常用于检测和控制机器人关节处的力与力矩，它是通过检测弹性体变形来间接测量所受力及力矩，并将其转化为电信号；新近出现的六维力觉传感器更可实现包括三维力及三维力矩的全力信息的精确测量，因此常用于机器人的手腕关节处。
为了将力觉传感器检测到的力的信息转化为空间位置信息，我们通过如下步骤实现：
A、通过下述公式计算第n个采样点的空间位置坐标xn、yn、zn，n＝1，2，3……N，其中N表示整个跟踪过程的采样点数：
xn＝f(a1F1，a2F2，.....，aiFi)
yn＝f(b1F1，b2F2，.....，biFi)
zn＝f(c1F1，c2F2，.....，ciFi)
公式中，i＝1，2……I，其中I为力觉传感器能够检测力信息的维度数，例如，六维力觉传感器中I＝6，Fi表示第i维力分量，ai，bi，ci分别表示第i维力在x、y、z方向分量的权系数；
B、同理计算第n+1个采样点的空间位置坐标xn+1、yn+1、zn+1；
C、求取第n个采样点至第n+1个采样点之间的位移分量Δxn、Δyn、Δzn：
Δxn＝xn+1-xn
Δyn＝yn+1-yn+1
Δzn＝zn+1-zn
所得位移分量Δxn、Δyn、Δzn即构成探测机构在第n个采样点的运动方向，N-1个位移分量一起即构成探测机构的运动轨迹。
为实施上述方法，我们设计了一种基于力觉传感器的焊缝自动跟踪装置，包括：安装有力觉传感器的探测机构、数据采集装置、计算机、多自由度机械臂；所述安装有力觉传感器的探测机构通过力觉传感器固定在所述多自由度机械臂前端；所述多自由度机械臂与计算机连接并受计算机控制；所述探测机构中的力觉传感器通过数据采集装置与计算机连接并发送信息。
上述装置中的力觉传感器可以根据焊缝的实际情况选择，例如二维力觉传感器、三维力觉传感器、四维力觉传感器、六维力觉传感器等。
上述装置中的多自由度机械臂是为了使所述装有力觉传感器的探测机构能够沿焊缝作直线、曲线、圆弧等运动，因此完全可以根据实际需要选择三自由度机械臂、四自由度机械臂、五自由度机械臂乃至更多自由度的机械臂，只要能够实现上述目的即可。
附图说明
图1是使用本发明所述焊缝自动跟踪装置的自动焊接系统结构示意图，
其中，101是跟踪探针，102是探针夹具，103是六维力传感器，104是数据采集卡，105是计算机，106是运动控制卡，107是工作平台，108是三自由度机械手臂，109是焊接机，110是焊枪，111是焊接材料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
如附图1所示，本实施方案中所述焊缝自动跟踪装置包括：
安装有力觉传感器的探测机构、数据采集卡104、计算机105、工作平台107、三自由度机械臂108；其中所述安装有力觉传感器的探测机构由跟踪探针101、探针夹具102以及六维力觉传感器103构成；探针夹具102分别与跟踪探针101、六维力觉传感器103刚性连接；六维力觉传感器103固定在三自由度机械臂108前端；三自由度机械臂108与计算机105通过数据线连接并受计算机105控制；六维力觉传感器103通过数据采集卡104与计算机105连接；三自由度机械臂108安装在工作平台107上。
本实施方案中，跟踪探针101可根据焊缝宽度选用相应尺寸；探针夹具102可与各种尺寸的跟踪探针刚性连接。
为了能够更清楚的说明本实施方案是如何进行焊缝自动跟踪的，我们将本实施方案中的焊缝自动跟踪装置与现有的焊接设备结合为一套能够实现焊缝自动跟踪以及自动焊接的系统，在此基础上来描述本发明的实现过程。
如附图1所示，上述能够实现焊缝自动跟踪以及自动焊接的系统除了包括本实施方案的焊缝自动跟踪装置以外，还包括：运动控制卡106、焊接机109、焊枪110；其中焊接机109通过运动控制卡106与计算机105连接。
在对焊接材料111进行焊接时按下述步骤进行：(1)首先根据焊缝宽度选择合适的跟踪探针101安装在探针夹具102上；(2)将跟踪探针101插入焊缝并沿焊缝移动，碰到焊缝壁上，产生反作用力，六维力觉传感器103全面检测这个反作用力并将之转化为电信号输出至数据采集卡104；(3)计算机105对数据采集卡104采集到的六维力信号进行运算处理，判断出跟踪探针101的运动方向，驱动三自由度机械臂108，使跟踪探针101沿着焊缝实际分布方向运动，同时形成跟踪探针101的运动轨迹，这个运动轨迹就是焊缝的实际分布情况；(4)计算机105根据得到的运动轨迹发送控制信号给运动控制卡106，由运动控制卡106发送位移控制信号给焊接机；(5)焊接机109按照接收到的位移信号驱动焊枪执行相应动作，以计算机105形成的运动轨迹为焊接路线，完成焊接过程。
上述步骤(3)是由以下各步骤实现的：
A、通过下述公式计算第n个采样点的空间位置坐标xn、yn、zn，n＝1，2，3……N，其中N表示整个跟踪过程的采样点数：
xn＝f(a1Fx，a2Fy，a3Fz，a4Mx，a5My，a6Mz)
yn＝f(b1Fx，b2Fy，b3Fz，b4Mx，b5My，b6Mz)
zn＝f(c1Fx，c2Fy，c3Fz，c4Mx，c5My，c6Mz)
公式中，Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz分别为六维力觉传感器检测到的6维力分量(3维力和3维力矩)，ai，bi，ci分别表示第i维力在x、y、z方向分量的权系数，i＝1，2……6；
B、同理计算第n+1个采样点的空间位置坐标xn+1、yn+1、zn+1；
C、求取第n个采样点至第n+1个采样点之间的位移分量Δxn、Δyn、Δzn：
Δxn＝xn+1-xn
Δyn＝yn+1-yn+1
Δzn＝zn+1-zn
所得位移分量Δxn、Δyn、Δzn即构成探测机构在第n个采样点的运动方向，N-1个位移分量一起即构成探测机构的运动轨迹。
Claims (5)
1.一种焊缝自动跟踪方法，其特征在于：
使用安装有六维力觉传感器的探测机构持续获取焊缝对探测机构的反作用力信息；通过六维力觉传感器及数据采集装置将得到的反作用力信息传送给计算机；计算机根据得到的反作用力信息计算出探测机构的运动方向并控制探测机构沿计算出的运动方向前进；探测机构运动轨迹即为焊缝的实际分布情况，计算机控制位于探测机构后方的焊枪沿所述运动轨迹前进并进行焊接；
其中所述根据得到的反作用力信息计算出探测机构的运动方向按以下步骤实现：
A、通过下述公式计算第n个采样点的空间位置坐标xn、yn、zn，n＝1，2，3……N，其中N表示整个跟踪过程的采样点数：
xn＝f(a1Fx，a2Fy，a3Fz，a4Mx，a5My，a6Mz)
yn＝f(b1Fx，b2Fy，b3Fz，b4Mx，b5My，b6Mz)
zn＝f(c1Fx，c2Fy，c3Fz，c4Mx，c5My，c6Mz)
公式中，Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz分别为六维力觉传感器检测到的6维力分量，ai，bi，ci分别表示第i维力在x、y、z方向分量的权系数，i＝1，2……6；
B、同理计算第n+1个采样点的空间位置坐标xn+1、yn+1、zn+1；
C、求取第n个采样点至第n+1个采样点之间的位移分量Δxn、Δyn、Δzn：
Δxn＝xn+1-xn
Δyn＝yn+1-yn
Δzn＝zn+1-zn
所得位移分量Δxn、Δyn、Δzn即构成探测机构在第n个采样点的运动方向，N-1个位移分量一起即构成探测机构的运动轨迹。
2.一种实现如权利要求1所述焊缝自动跟踪方法的装置，其特征在于：包括：
安装有六维力觉传感器(103)的探测机构、数据采集装置(104)、计算机(105)、多自由度机械臂(108)；所述安装有六维力觉传感器(103)的探测机构通过六维力觉传感器(103)固定在所述多自由度机械臂(108)前端；所述多自由度机械臂(108)与计算机(105)连接并受计算机(105)控制；所述探测机构中的六维力觉传感器(103)通过数据采集装置(104) 与计算机(105)连接并发送信息。
3.如权利要求2所述的焊缝自动跟踪方法的装置，其特征在于：所述安装有力觉传感器(103)的探测机构由跟踪探针(101)、探针夹具(102)以及力觉传感器(103)构成；其中跟踪探针(101)与探针夹具(102)之间刚性连接，探针夹具(102)与力觉传感器(103)之间刚性连接。
4.如权利要求2或3所述的焊缝自动跟踪方法的装置，其特征在于：所述多自由度机械臂(108)是三自由度机械臂。
5.如权利要求3所述的焊缝自动跟踪方法的装置，其特征在于：所述跟踪探针(101)可根据焊缝宽度选用相应尺寸；所述探针夹具(102)可与各种尺寸的跟踪探针(101)刚性连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010159059 CN101829835B (zh) | 2010-04-27 | 2010-04-27 | 一种焊缝自动跟踪方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010159059 CN101829835B (zh) | 2010-04-27 | 2010-04-27 | 一种焊缝自动跟踪方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101829835A CN101829835A (zh) | 2010-09-15 |
| CN101829835B true CN101829835B (zh) | 2013-01-09 |
Family
ID=42714128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010159059 Expired - Fee Related CN101829835B (zh) | 2010-04-27 | 2010-04-27 | 一种焊缝自动跟踪方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101829835B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104607834A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-05-13 | 广西科技大学 | 一种控制机器人焊接枪焊接工件的方法 |
| CN105195859A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-12-30 | 韩爱华 | 把持式电极壳对接自动焊接机构 |
| CN106041380B (zh) * | 2016-06-16 | 2017-10-17 | 嘉兴职业技术学院 | 基于离线规划的焊缝跟踪系统及方法 |
| CN113634954B (zh) * | 2021-08-25 | 2022-07-05 | 武汉理工大学 | 多传感器融合的焊缝轨迹跟踪方法及系统 |
| CN115338529A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-11-15 | 北京九天行歌航天科技有限公司 | 一种基于作用力场的搅拌摩擦焊缝跟踪装置及方法 |
| CN117496509B (zh) * | 2023-12-25 | 2024-03-19 | 江西农业大学 | 一种融合多教师知识蒸馏的Yolov7柚子计数方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6171181A (ja) * | 1985-05-20 | 1986-04-12 | Mitsubishi Electric Corp | 波形放熱板と縁板の自動溶接方法 |
| JP3164648B2 (ja) * | 1992-05-26 | 2001-05-08 | 陽滋 山田 | 接触式倣いセンサ装置 |
| CN2232816Y (zh) * | 1995-02-28 | 1996-08-14 | 西安石油学院 | 埋弧焊圆筒纵环缝自动跟踪装置 |
| CN100503126C (zh) * | 2005-12-02 | 2009-06-24 | 桂林电子科技大学 | 焊缝位置和焊枪悬浮高度同步跟踪传感检测方法及其装置 |
-
2010
- 2010-04-27 CN CN 201010159059 patent/CN101829835B/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JP特开平7-47472A 1995.02.21 |
| 刘立君,吴林.遥控焊接遥示教力学模型.《机器人》.2006,第28卷(第2期),187-190. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101829835A (zh) | 2010-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101829835B (zh) | 一种焊缝自动跟踪方法及装置 | |
| CN112059363B (zh) | 一种基于视觉测量的无人爬壁焊接机器人及其焊接方法 | |
| CN101623867B (zh) | 一种使机器人高精度跟踪指定路径的设备和方法 | |
| CN106392267B (zh) | 一种六自由度焊接机器人线激光实时焊缝跟踪方法 | |
| CN102310258B (zh) | 机器人系统 | |
| CN201253852Y (zh) | 使机器人高精度跟踪指定路径的装置 | |
| CN104384765B (zh) | 基于三维模型与机器视觉的自动焊接方法 | |
| CN204414117U (zh) | 一种视觉定位焊接机器人 | |
| CN102430841A (zh) | 基于离线规划的弧焊机器人激光视觉焊缝跟踪控制方法 | |
| CN102485401B (zh) | 一种变压器用波纹管自动焊接设备及其焊接方法 | |
| CN203390462U (zh) | 铝合金汽车仪表盘支架焊接装置 | |
| CN110666410B (zh) | 一种基于双目视觉的船舶小组立自动装配装置及实现方法 | |
| CN101372079A (zh) | 应用于飞机辅助装配的工业机器人切削加工系统及方法 | |
| CN111014879A (zh) | 一种基于激光焊缝跟踪的机器人波纹板自动焊接方法 | |
| CN105935830B (zh) | 一种智能焊接系统及其焊接方法 | |
| CN103386576A (zh) | 铝合金汽车仪表盘支架焊接装置 | |
| JP6676648B2 (ja) | 保持装置、加工装置及び方法 | |
| CN104646799A (zh) | 一种基于激光跟踪仪的电弧跟踪测试系统及方法 | |
| CN212329961U (zh) | 一种基于视觉测量的无人爬壁焊接机器人 | |
| CN110788446B (zh) | 基于激光传感器的变姿态实时焊缝跟踪方法 | |
| Tung et al. | An image-guided mobile robotic welding system for SMAW repair processes | |
| CN204725027U (zh) | 一种带三维焊缝识别的集装箱顶加强板自动焊接设备 | |
| CN116117373A (zh) | 用于船舶中小组立构件的智能焊接方法及系统 | |
| Guan | Research on the application of robot welding technology in modern architecture | |
| CN109986255B (zh) | 混合视觉伺服并联机器人及作业方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130109 Termination date: 20180427 |