CN104029206A - 封头自动开孔的切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种封头自动开孔的切割方法，其包括如下步骤：S1、提供一点激光传感器，并将其安装在一机器人的末端；S2、提供一与机器人通信连接的上位机，向上位机内输入开孔的切割参数并生成切割任务传递给机器人；S3、自动修正待切割工件相对机器人的工件坐标系，以确定机器人与工件切割时的位姿关系；S4、获取工件上开孔位置的实际寻位点与理论寻位点的偏差；S5、获取工件上开孔位置的原始轨迹点；S6、补偿开孔轨迹偏差并修正原始轨迹点，从而生成实际轨迹点；S7、机器人根据步骤S6获得的实际轨迹点对工件进行开孔切割。

Description

封头自动开孔的切割方法

技术领域

本发明涉及容器制造技术领域，尤其涉及一种封头自动开孔的切割方法。

背景技术

封头开孔是容器制造过程中的重要环节，是焊接作业的重要前序工作，目前主要采用人工放样→人工划线→人工切割的工艺完成，具有以下的不足：在封头规格出现变化时、在孔径、孔位、插入角度等出现变化时，需要重新放样划线，费时费力；而人工放样和划线也无法保证相贯线的准确轨迹和位置；同时人工切割方式同样无法保证相贯线的准确轨迹和位置。这些问题给后续焊接带来非常不利的影响，并影响容器的外观和产品质量。

因此，有必要提供一种封头自动开孔的切割方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现完全自动化且切割效率和切割质量较高的封头自动开孔的切割方法。

为实现上述发明目的，本发明提供的一种封头自动开孔的切割方法，其包括如下步骤：

S1、提供一点激光传感器，并将其安装在一机器人的末端；

S2、提供一与机器人通信连接的上位机，向上位机内输入开孔的切割参数并生成切割任务传递给机器人；

S3、自动修正待切割工件相对机器人的工件坐标系，主要是在机器人系统的切割工作台上建立基础的工件坐标系，然后先在上位机上设置并生成在该工件坐标系下的工件的理论寻位参考点，再采用点激光传感器获取该等理论寻位参考点处的实际坐标，以形成为实际寻位参考点，并根据实际寻位参考点与理论寻位参考点的偏差计算修正工件坐标系，进一步确定机器人与工件切割时的位姿关系；

S4、获取工件上开孔位置的实际寻位点与理论寻位点的偏差，主要是根据预先设定的开孔位置处的理论寻位点，用点激光传感器获取该等理论寻位点处的实际坐标，以形成为实际寻位点的坐标，并将该等实际寻位点的坐标反馈给上位机以获取实际寻位点与理论寻位点的偏差；

S5、获取工件上开孔位置的原始轨迹点；

S6、补偿开孔轨迹偏差并修正原始轨迹点，补偿方法为利用步骤S4中每两个实际寻位点的起点和终点相对理论寻位点的偏差来补偿对应该起点和终点间的圆弧上的原始轨迹点，并对原始轨迹点进行修正而获得实际轨迹点后传给机器人；

S7、机器人根据步骤S6获得的实际轨迹点对工件进行开孔切割。

作为本发明的进一步改进，所述机器人为六轴机器人，步骤S3中，工件上的理论寻位参考点为根据预先设定的寻位点个数，机器人的B、C、Z坐标，按照工件圆周作寻位参考点个数等分得到的A坐标，以及以工件圆心为原点并根据底圆直径得到各寻位参考点的理论X、Y坐标来生成。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述点激光传感器在获取实际寻位点过程中打出的激光束落在工件的直边部分，由此可确定出工件的底圆圆心坐标，并将该圆心坐标作为新的工件坐标系传给机器人，由此确定机器人与工件切割时的位姿关系。

作为本发明的进一步改进，步骤S5中的原始轨迹点包括切入、切出的两段圆弧的三个轨迹点和根据开孔直径确定的开孔封闭圆的若干离散点。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中还包括在生成切割任务后，上位机根据生成的切割任务显示工件的3D模型图形和切割轨迹图形，以检查并修改切割参数。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中的切割参数为先自上位机的数据库文件中导入，然后再根据需求在上位机的人机界面端进行修改，最后将修改后的参数提交到任务列表来生成切割任务。

作为本发明的进一步改进，所述数据库文件导入的切割参数格式为xml。

作为本发明的进一步改进，所述切割任务包括单个或多个任务，在切割任务为多个任务时，所述切割方法还包括步骤S8、重复S3至S7，以对多个任务连续进行；在最后一个任务完成时，上位机通知机器人返回至初始位置。

作为本发明的进一步改进，所述机器人与上位机采用以太网连接来完成上位机和机器人之间的数据交互。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述的点激光传感器的测量方向与机器人割枪方向相平行。

与现有技术相比，本发明采用上位机与机器人相配合，结合点激光传感器进行快速工件定位、快速寻位修正，得以实现封头开孔作业的完全自动化，并且在“小批量、多品种”的各种切割环境下依然可以进行高效率、高质量的生产。

附图说明

图1是本发明封头自动开孔的切割方法流程图；

图2是本发明切割方法中步骤S3实际进行时的简单示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

先说明一点，本发明中下述的工件即为封头。

请参照图1、图2所示，在本发明一具体实施方式中，封头自动开孔的切割方法包括如下步骤：

S1、提供一点激光传感器2，并将其安装在一机器人的末端；

S2、提供一与机器人通信连接的上位机，向上位机内输入开孔的切割参数并生成切割任务传递给机器人；本实施方式中所述机器人与上位机采用以太网连接来完成上位机和机器人之间的数据交互；

S3、自动修正待切割工件相对机器人的工件坐标系，主要是在机器人系统的切割工作台上建立基础的工件坐标系，然后先在上位机上设置并生成在该工件坐标系下的工件的理论寻位参考点，再采用点激光传感器获取该等理论寻位参考点处的实际坐标，以形成为实际寻位参考点，并根据实际寻位参考点与理论寻位参考点的偏差计算修正工件坐标系，进一步确定机器人与工件切割时的位姿关系；

S4、获取工件上开孔位置的实际寻位点与理论寻位点的偏差，主要是根据预先设定的开孔位置处的理论寻位点，采用点激光传感器2获取该等理论寻位点处的实际坐标，以形成为实际寻位点的坐标，并将该等实际寻位点的坐标反馈给上位机以获取实际寻位点与理论寻位点的偏差；

S5、获取工件上开孔位置的原始轨迹点；

S6、补偿开孔轨迹偏差并修正原始轨迹点，补偿方法为利用每两个实际寻位点的起点和终点相对理论寻位点的偏差来补偿对应该起点和终点间的圆弧上的轨迹点，并对原始轨迹点进行修正而获得实际轨迹点后传给机器人；

S7、机器人根据步骤S6获得的实际轨迹点对工件进行开孔切割。

其中，上述切割方法中，在本实施方式中，步骤S1中所述的点激光传感器2设置在机器人的割枪1上，且其测量方向与机器人割枪1方向相平行。

步骤S2中所述的上位机中安装有开孔应用软件，并主要通过该开孔应用软件对相关数据进行处理；并且，所述的切割参数包括封头参数和开孔参数；封头参数包括封头类型、底圆直径、壁厚、总高、直边长度、封头半径和圆角半径等；开孔参数包括开孔位置、开孔直径、钝边高度、钝边间隙和割枪1高度调整等。所述切割参数为先自上位机的数据库文件中导入，然后再根据需求在上位机的人机界面端进行修改，最后将修改后的参数提交到任务列表来生成切割任务。所述切割任务包括钝边或坡口，并且可一次性生成多个任务。所述数据库文件导入的切割参数格式为xml。另外，步骤S2中还包括在生成切割任务后，上位机根据生成的切割任务先显示工件的3D模型图形和切割轨迹图形，以检查并修改切割参数。

所述机器人为六轴机器人，在步骤S3中，工件上的理论寻位参考点为根据预先设定的对工件进行的理论寻位参考点个数，机器人的B、C、Z坐标，按照工件圆周作理论寻位参考点个数等分得到的A坐标，以及以工件圆心为原点并根据底圆直径得到各理论寻位参考点的理论X、Y坐标来生成，共包括X、Y、Z、A、B、C坐标；另外，本实施方式中点激光传感器2获取各理论寻位参考点的坐标数据的过程，主要是在点激光传感器的工具坐标系下，使得机器人的末端沿封头边缘移动，保证安装在机器人上的点激光传感器2打出的激光束落在封头的直边部分，扫描时测量获得待切割工件上各理论寻位参考点处的实际坐标，以形成为实际寻位点的坐标，进而将该坐标数据反馈给上位机，上位机利用最小二乘法拟合出工件的底圆圆心坐标，并将其作为新的工件坐标系传给机器人，由此确定机器人与工件切割时的位姿关系。切割过程中若工件位置不发生改变，则无需校正。

上述步骤S4中，开孔位置处预先设定的理论寻位点个数一般根据开孔的大小来确定，并在参数导入及修改时确定或生成并保存在上位机中，其中直径<200mm的开孔，寻位点个数为3，即每120度寻一次；直径>=200mm和<400mm的开孔，寻位点个数为6；直径>=400mm和<800mm的开孔，寻位点个数为8。上位机根据理论寻位点的个数生成开孔的理论寻位点处的坐标，机器人依次运行完这些理论寻位点，并反馈点激光传感器的测量出的各理论寻位点处的实际坐标，即实际寻位点的坐标，从而得到开孔的实际寻位点与理论寻位点的偏差。

上述步骤S5中，原始轨迹点包括切入、切出的两段圆弧的三个轨迹点和根据开孔直径确定的开孔封闭圆的若干离散点。开孔封闭圆的离散点个数也根据开孔的大小来确定，也是在参数导入及修改时确定或生成并保存在上位机中，本实施例中，直径>0mm和<100mm的开孔，离散点个数为90；直径>=100mm和<200mm的开孔，离散点个数为120；直径>=200mm和<400mm的开孔，离散点个数为180；直径>=400mm和<600mm的开孔，离散点个数为240；直径>=600mm和<800mm的孔，离散点个数为360；总之，上位机是根据导入或输入的开孔参数生成原始轨迹点并进行保存。

上述步骤S6中，补偿及修正方式以步骤S4中的理论寻位点个数为3的情况为例进行阐述，假如寻位点分别为P1，P2，P3，该三点的理论值分别为P01、P02、P03；实际测量值分别为P11、P12、P13，P1点的偏差（P11-P01）为Δ1，P2点的偏差（P12-P02）为Δ2，P3点的偏差（P13-P03）为Δ3。寻位间隔n=轨迹点个数/寻位个数，起点与终点之间有(n-2)个点, 即总共有n个点，开孔轨迹上P1至P2间的圆弧上第m个点的补偿值计算为[（m-1）*Δ2+(n+1-m)*Δ1]/n；类似地，开孔轨迹上P2至P3间的圆弧上第m点的补偿值为[（m-1）*Δ3+(n+1-m)*Δ2]/n。

在上述步骤S6中上位机把修正后的实际轨迹点的坐标传给机器人后，步骤S7中机器人在割枪工具坐标系下移动，走完所有的实际轨迹点，进而完成孔的切割任务。

最后，本发明中所述切割任务可包括单个或多个任务，在切割任务为多个任务时，所述切割方法还包括步骤S8、重复S4至S7，以对多个任务连续进行；在最后一个任务完成时，上位机通知机器人返回至初始位置。

综上所述，本发明切割方法主要通过开孔软件的人机交互界面获取切割参数并建立切割任务，然后传输给机器人，机器人通过安装在机器人末端的点激光传感器2获得位置偏差并反馈给上位机，上位机接收到数据后采用开孔软件修正轨迹，并将修正后的轨迹传输给机器人完成切割；由此采用上位机与机器人相配合，结合点激光传感器2进行快速工件定位、快速寻位修正，得以实现封头开孔作业的完全自动化，并且在“小批量、多品种”的各种切割环境下依然可以进行高效率、高质量的生产。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种封头自动开孔的切割方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、提供一点激光传感器，并将其安装在一机器人的末端；

S2、提供一与机器人通信连接的上位机，向上位机内输入开孔的切割参数并生成切割任务传递给机器人；

S3、自动修正待切割工件相对机器人的工件坐标系，主要是在机器人系统的切割工作台上建立基础的工件坐标系，然后先在上位机上设置并生成在该工件坐标系下的工件的理论寻位参考点，再采用点激光传感器获取该等理论寻位参考点处的实际坐标，以形成为实际寻位参考点，并根据实际寻位参考点与理论寻位参考点的偏差计算修正工件坐标系，进一步确定机器人与工件切割时的位姿关系；

S4、获取工件上开孔位置的实际寻位点与理论寻位点的偏差，主要是根据预先设定的开孔位置处的理论寻位点，用点激光传感器获取该等理论寻位点处的实际坐标，以形成为实际寻位点的坐标，并将该等实际寻位点的坐标反馈给上位机以获取实际寻位点与理论寻位点的偏差；

S5、获取工件上开孔位置的原始轨迹点；

S6、补偿开孔轨迹偏差并修正原始轨迹点，补偿方法为利用步骤S4中每两个实际寻位点的起点和终点相对理论寻位点的偏差来补偿对应该起点和终点间的圆弧上的原始轨迹点，并对原始轨迹点进行修正而获得实际轨迹点后传给机器人；

S7、机器人根据步骤S6获得的实际轨迹点对工件进行开孔切割。

2.根据权利要求1所述的封头自动开孔的切割方法，其特征在于：所述机器人为六轴机器人，步骤S3中，工件上的理论寻位参考点为根据预先设定的寻位点个数，机器人的B、C、Z坐标，按照工件圆周作寻位参考点个数等分得到的A坐标，以及以工件圆心为原点并根据底圆直径得到各寻位参考点的理论X、Y坐标来生成。

3.根据权利要求1所述的封头自动开孔的切割方法，其特征在于：步骤S3中，所述点激光传感器在获取实际寻位点过程中打出的激光束落在工件的直边部分，由此可确定出工件的底圆圆心坐标，并将该圆心坐标作为新的工件坐标系传给机器人，由此确定机器人与工件切割时的位姿关系。

4.根据权利要求1所述的封头自动开孔的切割方法，其特征在于：步骤S5中的原始轨迹点包括切入、切出的两段圆弧的三个轨迹点和根据开孔直径确定的开孔封闭圆的若干离散点。

5.根据权利要求1所述的封头自动开孔的切割方法，其特征在于：步骤S2中还包括在生成切割任务后，上位机根据生成的切割任务显示工件的3D模型图形和切割轨迹图形，以检查并修改切割参数。

6.根据权利要求1或5所述的封头自动开孔的切割方法，其特征在于：步骤S2中的切割参数为先自上位机的数据库文件中导入，然后再根据需求在上位机的人机界面端进行修改，最后将修改后的参数提交到任务列表来生成切割任务。

7.根据权利要求1所述的封头自动开孔的切割方法，其特征在于：所述数据库文件导入的切割参数格式为xml。

8.根据权利要求1所述的封头自动开孔的切割方法，其特征在于：所述切割任务包括单个或多个任务，在切割任务为多个任务时，所述切割方法还包括步骤S8、重复S3至S7，以对多个任务连续进行；在最后一个任务完成时，上位机通知机器人返回至初始位置。

9.根据权利要求1所述的封头自动开孔的切割方法，其特征在于：所述机器人与上位机采用以太网连接来完成上位机和机器人之间的数据交互。

10.根据权利要求1所述的封头自动开孔的切割方法，其特征在于：步骤S1中所述的点激光传感器的测量方向与机器人割枪方向相平行。