CN105643062B - 基于旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法，其具体实现步骤如下：S1、随着焊接的进行，旋转电弧传感器在焊道上持续进行采样，并提取采样点；S2、根据所述采样点计算并处理焊道特征曲线，以完成对曲面形状的识别；S3、根据所述特征曲线计算焊道特征截面曲线，确定焊枪的姿态信息；S4、按照所述的曲面形状信息和焊枪的位姿信息自动生成机器人运行程序，实时对焊接操作进行调节。本发明通过根据焊接时基本的采样点信息，建立特定的计算模型，以计算出焊接时焊枪的高度和角度，并自动生成机器人运行程序，实时对焊接操作进行调节，保证焊接质量和工作效率的同时为复杂曲面的识别及焊枪的位姿的精确控制提供了重要参考依据。

Description

基于旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法
技术领域
本发明涉及焊接自动控制技术，尤其涉及一种基于旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法。
背景技术
众所周知，复杂曲面的焊接在焊接自动控制技术领域是一个很重要的研究领域，在汽车，火车，轮船等的焊接制造中存在大量的复杂曲面。目前，实现对复杂曲面的形状识别及焊枪位姿控制，主要采用视觉传感器的机器人。现有技术中，视觉传感器在复杂曲面形状识别过程中由于复杂的外部环境的影响，如：自然光照、焊接弧光、烟尘、飞溅等，摄像机很难获得明显的表面形貌。而且，基于视觉传感器的机器人系统利用的Canny算法、Laplace算法等，难以很快对复杂的曲面图像进行处理，使得其对于焊枪的位姿调节在时间上出现不可避免的滞后。加之视觉传感器的机器人系统总成本较高，由于复杂通信协议的影响，与行业内主流焊接设备系统在数据的通信中不能进行方便可靠的连接，在实际的生产应用过程中有一定的局限性。
在实际的工业生产中，对于表面形状有一定规律的复杂工件的焊接也有时会采用机器人示教或离线编程的方法，但焊接过程中存在大量的不确定因素，如焊接工件坡口的加工精度、焊接过程中的热、电弧力、磁偏吹等导致的焊件变形等都会影响机器人示教或离线编程的准确性。况且，人工示教占用机器人工作时间，人工编程也需要花费大量的时间进行复杂的计算，编程和调试，都使得工作效率大大降低。另外，机器人示教或离线编程由于不能要求焊接机器人具有一定的灵活性，使得其易于受到外部环境及大量不确定因素的影响，使得焊接机器人对复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制常常出现偏差，一般会使得质量下降甚至失败，不能保证工业生产的正常顺利进行。
针对以上问题，亟需要一种准确、快速的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法，该方法可以根据焊接条件的变化，要求焊接机器人能够实时的识别出复杂曲面的表面形貌，并对焊枪的高度和姿态进行调整，保证焊接质量的可靠性，并且准确、快速。
为实现上述发明目的，本发明提供的一种基于旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法，包括如下步骤：
S1、随着焊接的进行，旋转电弧传感器在焊道上持续进行采样，并提取采样点；
S2、根据所述采样点计算并处理焊道特征曲线，以完成对曲面形状的识别；
S3、根据所述特征曲线计算焊道特征截面曲线，确定焊枪的姿态信息；
S4、按照所述的曲面形状信息和焊枪的姿态信息自动生成机器人运行程序，实时对焊接操作进行调节。
在本发明的具体内容中，所述步骤S1还包括提取采样点的方式，其具体方式为：提取旋转电弧在每个周期中从初始点经过时间t1,t2,…,tm,…,tn(0<t1,t2,…tm,…,tn<T,T为旋转电弧旋转周期)时采集到的点，并把在各个周期中提取的从初始点经过相同时间的采集点列为一个组，即把所有提取的采集点按从初始点经过相同时间的规律分为n(n为正整数)个组。
在本发明的具体内容中，所述步骤S2中“计算并处理焊道特征曲线”具体步骤为：
创建空间直角坐标系，并以正面、侧面为参考基准面；
对提取的采样点进行筛选；
运用牛顿插值法生成焊道特征曲线；
对特征曲线进行修正、检验，实现平滑过渡；
完成对曲面形状的识别。
在本发明的具体内容中，所述焊道特征曲线为多条焊道特征曲线。
在本发明的具体内容中，所述步骤S3具体包括：
创建焊道的特征截面；
计算出特征曲线在特征截面的点；
对计算出的点进行处理；
利用拉格朗日插值法生成焊道特征截面曲线；
确定焊枪的姿态信息。
在本发明的具体内容中，所述步骤S4中“实时对焊接操作进行调节”具体步骤为：
根据曲面形状信息，对焊枪进行焊接高度方向上的调节；
根据焊接姿态信息，对焊枪进行焊接角度的调节。
与现有技术相比，本发明通过旋转电弧传感器在焊道上采集的一系列采样点，建立特定的计算模型，计算并处理焊道特征曲线及焊道特征截面曲线，以完成对曲面形状的识别和焊枪的姿态信息的确定，并自动生成机器人运行程序，实时对焊接操作进行调节，保证焊接质量的可靠性，并且准确、快速。
附图说明
图1是本发明实施方式中旋转电弧轨迹图。
图2是本发明实施方式中焊道特征曲线参考坐标系图。
图3是本发明实施方式中焊道特征截面图。
图4是本发明实施方式中基于旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的一种基于旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法，包括以下步骤：
S1、随着焊接的进行，旋转电弧传感器在焊道上持续进行采样，并提取采样点；
S2、根据所述采样点计算并处理焊道特征曲线，以完成对曲面形状的识别；
S3、根据所述特征曲线计算焊道特征截面曲线，确定焊枪的姿态信息；
S4、按照所述的曲面形状信息和焊枪的姿态信息自动生成机器人运行程序，实时对焊接操作进行调节。
在旋转电弧曲面形状识别及焊枪位姿控制系统中，采样点的处理是曲面形状识别及焊枪位姿控制的基础。因此如何处理采样点尤为关键。
前述的旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法，在所述S2中，利用牛顿插值法处理采样点生成焊道特征曲线。
前述的旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法，在所述S3中，利用坐标变换公式对焊道特征曲线和焊道特征截面曲线参考坐标系进行坐标变换。
前述的旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法，在所述S4中，利用拉格朗日插值法对多条焊道特征曲线在焊道特征截面上的点进行处理，生成焊道截面特征曲线。
图1是本发明实施方式中旋转电弧轨迹图；图中P1、P2,…，Pm,…,Pn为旋转电弧在每个周期从初始点经过时间tx(0<tx<T,T为旋转电弧旋转周期)时采集的点(此图仅选取一组采样点为例进行说明),其中tx是随机的，即随机某一条焊道特征曲线上的点。对旋转电弧采集的点进行筛选过滤，建立空间直角坐标系如图2所示，分别以坐标系正面、侧面，即xz平面，yz平面为参考基准面，分别提取并处理采样点在xz、yz平面的映射点，即对P1、P2,…,Pk进行牛顿差值，其多项式为：
Nk(Px)＝Nk-1(Px)+f[P1,P2,…,Pk](Px-P1)(Px-P2)…(Px-Pk-1)
其中
其中
利用牛顿差值法对采样点进行处理，生成多条焊道特征曲线，计算出曲面形状信息，自动生成机器人运行程序。机器人在自动焊接过程中，焊枪与复杂曲面切线始终是等距离h，当焊枪高度大于特定值h时，根据自动生成的运行程序，机器人控制系统对驱动系统做出命令，对焊枪向着使高度减小的方向调节；当焊枪高度小于特定值h时，同样根据自动生成的运行程序，机器人驱动系统在控制系统的命令下，对焊枪向着使高度增大的方向进行调节；当焊枪高度为h时，机器人控制系统不对驱动系统发出命令，驱动系统不对此时的焊枪高度进行调节。
根据焊道特征曲线对识别出的曲面表面信息，做出焊枪高度上的实时自动调节，使焊接时生成的焊道更加精确细腻，焊接质量更高。
图3是本发明实施方式中焊道特征截面图。图中R1,R2,…,Rm,…,Rn为根据图1旋转电弧轨迹图，由牛顿插值法生成的多条焊道特征曲线在焊道特征截面上的点，根据图2焊道特征曲线参考坐标系图，以xz,yz坐标系互为参照面，对特征截面在坐标系的点进行筛选，利用坐标之间的变换，对筛选后的点R1,R2,…,Rk利用Lagrange差值法，生成焊道特征截面曲线，其多项式如下：
其中
其中
对Lagrange差值法，生成的焊道特征截面曲线进行求导，确定复杂曲面焊道截面切线轨迹，识别并计算出焊道特征截面信息，机器人自动生成运行程序，实时对焊枪的角度进行精确的调节，保证了焊接质量和效率。
本发明的上述实例，在堆焊和多层多道焊中焊缝成型良好，调节误差保证在规定的可允许的范围内，同时对生成的焊道曲线进行分析，对旋转电弧进行适当调节，为旋转电弧传感器的进一步优化奠定了基础。
上述实例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替代或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于旋转电弧的复杂曲面形状识别及焊枪位姿控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、随着焊接的进行，旋转电弧传感器在焊道上持续进行采样，提取旋转电弧在每个周期中从初始点经过时间t1,t2 ,…,tm ,…,tn时采集到的点，0<t1,t2,…tm,…,tn<T,T为旋转电弧旋转周期，并把在各个周期中提取的从初始点经过相同时间的采集点列为一个组，即把所有提取的采集点按从初始点经过相同时间的规律分为正整数n个组；
S2、根据所述采样点计算并处理焊道表面特征曲线，以完成对曲面形状的实时识别，具体步骤为：
创建空间直角坐标系，并以正面、侧面为参考基准面；
对提取的采样点进行筛选；
运用牛顿插值法生成焊道表面特征曲线；
对表面特征曲线进行修正、检验，实现平滑过渡；
完成对曲面形状的实时识别；
S3、根据所述表面特征曲线计算焊道特征截面曲线，确定焊枪的姿态信息；
S4、处理并融合曲面形状信息和焊枪的姿态信息，实时对焊接操作进行调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中“焊道表面特征曲线”具体为：焊道表面特征曲线为各个周期中旋转电弧传感器在工件表面提取的从初始点经过相同时间的采集点即一个组的点拟合而形成的曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中焊道表面特征曲线为多条焊道表面特征曲线。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
创建焊道的特征截面；
计算出表面特征曲线在特征截面的点；
对计算出的点进行处理；
利用拉格朗日插值法生成焊道特征截面曲线；
确定焊枪的姿态信息。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108747023A (zh) * 2018-06-01 2018-11-06 刘闻司 利用手动填料进行激光焊接修补的半自动装置
CN109014801A (zh) * 2018-10-16 2018-12-18 湖南戈人自动化科技有限公司 一种快速壳体制造方法
CN111037054B (zh) * 2019-12-31 2020-10-09 武汉理工大学 一种电弧熔丝曲面增材位姿建模方法及控制方法
CN111151852B (zh) * 2020-01-03 2021-06-01 湘潭大学 一种采用变径调节的旋转等离子弧传感自由曲面识别方法
CN111331271B (zh) * 2020-05-18 2021-12-31 湘潭大学 一种波纹板焊接机器人焊接速度优化的方法
CN114406402A (zh) * 2021-09-27 2022-04-29 南京江联焊接技术有限公司 一种用于模具电弧增材再制造的机器人焊枪位姿检测与调整系统
CN114012295A (zh) * 2021-10-29 2022-02-08 上海中船临港船舶装备有限公司 一种船舶曲面结构机器人焊接系统及其焊接方法
CN115229303B (zh) * 2022-07-22 2023-08-15 上海柏楚电子科技股份有限公司 基于电弧跟踪修正焊枪姿态的方法、装置、电子设备以及存储介质
CN115213600A (zh) * 2022-08-31 2022-10-21 深圳前海瑞集科技有限公司 焊接工作站设备内的曲面焊缝识别方法和装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06312263A (ja) * 1993-04-28 1994-11-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd アークセンサー
JPH0780644A (ja) * 1993-09-08 1995-03-28 Nkk Corp 重ね継手の回転アーク溶接方法
JPH08215848A (ja) * 1995-02-10 1996-08-27 Yaskawa Electric Corp 自動溶接倣い装置における倣い制御方法
CN101158589A (zh) * 2007-11-15 2008-04-09 南昌大学 旋转电弧传感器焊枪空间姿态识别方法
CN102615389A (zh) * 2012-03-31 2012-08-01 上海交通大学 基于dsp的弧焊机器人摆动电弧跟踪系统和方法
CN102672306A (zh) * 2012-01-31 2012-09-19 昆山工研院工业机器人研究所有限公司 基于曲面多层多道焊的机器人自动焊接的方法及系统
CN102848052A (zh) * 2012-09-26 2013-01-02 湘潭大学 磁控旋转电弧传感实时焊缝跟踪系统及方法
CN105328303A (zh) * 2015-11-18 2016-02-17 湘潭大学 一种电弧传感焊枪位姿识别方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06312263A (ja) * 1993-04-28 1994-11-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd アークセンサー
JPH0780644A (ja) * 1993-09-08 1995-03-28 Nkk Corp 重ね継手の回転アーク溶接方法
JPH08215848A (ja) * 1995-02-10 1996-08-27 Yaskawa Electric Corp 自動溶接倣い装置における倣い制御方法
CN101158589A (zh) * 2007-11-15 2008-04-09 南昌大学 旋转电弧传感器焊枪空间姿态识别方法
CN102672306A (zh) * 2012-01-31 2012-09-19 昆山工研院工业机器人研究所有限公司 基于曲面多层多道焊的机器人自动焊接的方法及系统
CN102615389A (zh) * 2012-03-31 2012-08-01 上海交通大学 基于dsp的弧焊机器人摆动电弧跟踪系统和方法
CN102848052A (zh) * 2012-09-26 2013-01-02 湘潭大学 磁控旋转电弧传感实时焊缝跟踪系统及方法
CN105328303A (zh) * 2015-11-18 2016-02-17 湘潭大学 一种电弧传感焊枪位姿识别方法

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