CN104061888A

CN104061888A - 机器人三维激光加工头tcp坐标修正方法及装置

Info

Publication number: CN104061888A
Application number: CN201410275776.4A
Authority: CN
Inventors: 唐茗; 林汉清; 刘旭飞; 赵剑; 陈根余; 陈燚; 高云峰
Original assignee: Shenzhen Hans Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Hans Laser Technology Co Ltd; Han s Laser Technology Co Ltd
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2014-09-24

Abstract

本发明涉及机器人三维加工技术领域，提供一种机器人三维激光加工头TCP坐标修正方法及装置。该方法包括步骤：激光加工头在工具坐标系平行于XOY平面的任一平面内，沿垂直于任一坐标轴的方向以反向姿态划线两次；测量两次划线之间的距离，计算该距离/2的值作为TCP在该坐标轴方向的标定误差；以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。该装置包括：划线模块；标定误差测定模块以及坐标修正模块。通过上述方法及装置，可以得到激光加工头TCP标定误差，以该标定误差修正TCP坐标值，即可提高TCP的准确程度，从而保证三维激光加工的精度。

Description

机器人三维激光加工头TCP坐标修正方法及装置

技术领域

本发明涉及机器人三维加工技术领域，尤其涉及机器人三维激光加工头TCP坐标修正方法及装置。

背景技术

机器人三维激光加工设备用于对三维工件进行激光加工，如激光切割、激光焊接等，其切割或焊接轨迹通过手动示教编程或三维离线编程得以形成。手动示教编程即利用示教器，对事先针对切割或焊接轨迹划好线的样件，逐点记录机器人位姿，由此生成由直线、圆弧组成的切割或焊接程序，存储在机器人控制器中。手动示教操作简便，适用于形状简单，记录位姿点较少，所需加工精度不高的情况。而对于切割或焊接轨迹复杂，机器人位姿多变，加工精度要求较高的情况，则采用离线编程的方式。

机器人三维离线编程的要素包括工具坐标点TCP(Tool Coordinate Point)和工件坐标系，其中工件坐标系亦是依据TCP参考制作，因此，TCP的准确程度直接决定三维离线编程的准确程度，最终会决定三维工件的激光加工精度。在实际操作中，机器人三维激光加工设备的TCP一般是通过目测参考点手动对点的方式制作的，因此必然存在误差，且误差程度难于准确控制，从而导致三维离线编程所产生的轨迹也存在误差。在机器人三维激光加工过程中，加工头姿态需要根据工件情况随时进行调整，当TCP误差较大时，实际切割或焊接轨迹会严重偏离理想状态，甚至出现首尾不能对接的情况，无法满足切割精度的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种方法及装置，可以提高机器人三维激光加工头TCP的准确程度，从而保证激光加工精度。

为解决该问题，本发明提供一种机器人三维激光加工头TCP坐标修正方法，包括以下步骤：

S101，激光加工头在工具坐标系平行于XOY平面的任一平面内，沿垂直于任一坐标轴的方向以反向姿态划线两次；

S102，测量两次划线之间的距离，计算该距离/2的值作为TCP在该坐标轴方向的标定误差；

S103，以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。

进一步地，步骤S101包括：

S201，离线编程制作两条垂直于工具坐标系X方向的直线加工轨迹，两直线位置相同，激光加工头姿态分别朝向X+、X-方向，按照该轨迹划线；

S202，离线编程制作两条垂直于工具坐标系Y方向的直线加工轨迹，两直线位置相同，激光加工头姿态分别朝向Y+、Y-方向，按照该轨迹划线。

进一步地，步骤S103包括：

将TCP在X、Y方向的坐标值分别减去相应方向的标定误差。

进一步地，该方法还包括：

S104，重复S101-S103至少一次。

本发明同时提供一种机器人三维激光加工头TCP坐标修正装置，该装置包括：

划线模块，用于控制激光加工头在工具坐标系平行于XOY平面的任一平面内，沿垂直于任一坐标轴的方向以反向姿态划线两次；

标定误差测定模块，用于测量两次划线之间的距离，计算该距离/2的值作为TCP在该坐标轴方向的标定误差；

以及坐标修正模块，用于以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。

进一步地，所述划线模块包括：

X方向划线模块，用于离线编程制作两条垂直于工具坐标系X方向的直线加工轨迹，两直线位置相同，激光加工头姿态分别朝向X+、X-方向，并按照该轨迹划线；

Y方向划线模块，用于离线编程制作两条垂直于工具坐标系Y方向的直线加工轨迹，两直线位置相同，激光加工头姿态分别朝向Y+、Y-方向，并按照该轨迹划线。

进一步地，该装置还包括：

迭代修正模块，用于对TCP坐标进行迭代修正。

与现有技术相比，本发明控制激光加工头在工具坐标系平行于XOY平面的任一坐标平面内，沿垂直于任一坐标轴的方向以反向姿态划线两次，并通过计算两次划线间距/2的值即可得到激光加工头TCP标定误差，以该标定误差修正TCP坐标值，即可提高TCP的准确程度，从而保证三维激光加工的精度。

附图说明

图1为TCP标定误差对激光加工精度影响示意图；

图2为TCP坐标修正过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。

机器人默认工具点设置在其第六轴机械末端安装法兰的中点，但实际上,激光加工轨迹经过加工头末端中心，即切割嘴或焊接嘴的末端中心。因此在三维离线编程中，参与激光加工轨迹计算的工具点TCP，也应位于切割嘴或焊接嘴的末端中心。因此实际使用的TCP是一组实际工具点相对于默认工具点的相对坐标值。该相对坐标值一般需要通过手动目测的方式制作获得，其与实际理想值之间不可避免地存在误差，该误差即TCP标定误差。

激光加工头的工具坐标系是固连在加工头上的，其以加工头的有效方向作为Z轴，激光加工过程中，加工头随动平行于工具坐标系Z方向。因此，Z方向的误差通常可以被随动功能覆盖，可不予考虑，而仅需考虑X、Y方向的误差。

图1给出了该标定误差对激光加工精度影响的示意图，图中实线与虚线分别表示实际加工轨迹及理想轨迹，加工头1的尖角部位朝向不同表示加工头1不同的姿态。如图1(a)所示，为加工过程中加工头姿态不发生调整时，实际加工轨迹相对理想轨迹偏移的情况，该偏移量即为TCP标定误差；而如图1(b)所示，为加工过程中加工头姿态顺次调整180°，即加工头最终姿态与初始姿态呈反向时，实际加工轨迹相对理想轨迹偏移的情况，此时实际加工轨迹首尾不能相接，其变形量为TCP标定误差值的两倍。

基于以上分析，本发明给出一种TCP坐标修正方法，包括以下步骤：

S103，以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。

步骤S101具体包括：

其中，离线编程所依据的TCP坐标值为(x，y，z，Rx，Ry，Rz)，即通过手动目测的方式制作获得的坐标值。

相应地，步骤S102包括：

S301，测量垂直于X方向两划线间的距离δX，计算δX/2的值即为激光加工头TCP在X方向上相对于其理想值的偏差即X方向标定误差δx，如图2(a)所示；

S302，测量垂直于Y方向两划线间的距离δY，计算δY/2的值即为激光加工头TCP在Y方向上相对于其理想值的偏差即Y方向标定误差δy，如图2(b)所示。

TCPX、Y轴坐标值修正方向与该轴划线的偏移方向相向，因此以上述计算结果对TCP坐标进行修正后，得到更接近理想值的TCP坐标值应为：(x-δx，y-δy，z，Rx，Ry，Rz)。

经过以上步骤对TCP坐标进行修正后，虽然缩小了其与理想值之间的误差，但是由于单次修正尚存在一定误差，为了得到更精确的TCP坐标值，可利用上述方法对修正后的TCP坐标值进行迭代修正。实验证明，经过两次修正，即可将误差控制在视觉无法察觉的范围内，从而提高机器人三维激光加工的精度。当然，为了进一步提高加工精度，还可以增加迭代修正的次数。因此本发明的修正方法还包括：

步骤S104，重复步骤S101-S103至少一次。

本发明的TCP坐标修正装置包括：

划线模块具体包括：

及Y方向划线模块，用于离线编程制作两条垂直于工具坐标系Y方向的直线加工轨迹，两直线位置相同，激光加工头姿态分别朝向Y+、Y-方向，并按照该轨迹划线。

为了进一步减小误差，该修正装置还包括：用于对TCP坐标进行迭代修正的迭代修正模块。

Claims

1.机器人三维激光加工头TCP坐标修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S103，以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。

2.根据权利要求1所述的坐标修正方法，其特征在于，步骤S101包括：

3.根据权利要求2所述的坐标修正方法，其特征在于，步骤S103包括：

将TCP在X、Y方向的坐标值分别减去相应方向的标定误差。

4.根据权利要求1或2或3所述的坐标修正方法，其特征在于，该方法还包括：

S104，重复S101-S103至少一次。

5.机器人三维激光加工头TCP坐标修正装置，其特征在于，该装置包括：

6.根据权利要求5所述的坐标修正装置，其特征在于，所述划线模块包括：

7.根据权利要求5或6所述的坐标修正装置，其特征在于，该装置还包括：

迭代修正模块，用于对TCP坐标进行迭代修正。