CN1086162C - 机器人的初始焊接位置检测方法 - Google Patents

Abstract

一种机器人的初始焊接位置检测方法，仅仅通过两次接触就能够准确地检测出同焊接母材的不规则性和固定时的位置偏移无关焊接初始点。包括如下步骤：确认第一方向矢量和第二方向矢量；分别确定焊炬的垂直和水平跟踪方向；使焊炬分别沿垂直和水平跟踪方向移动，当产生熔化时，使焊矩分别移动到已确定了参数的位置上；使焊矩沿焊接行进方向的相反方向移动而跟踪母材的端部，在母材的端部产生熔化时，使焊炬移动到初始焊位置。

Description

机器人的初始焊接位置检测方法

本发明涉及一种焊接机器人，特别涉及一种可检测同焊接母材的不规则性和固定时的位置偏移无关的焊接初始点的方法。

在自动化生产线上进行焊接时，由于被焊接部件的不规则性和固定时的位置偏移，即使在机器人按规定通过预定的焊道，也很难正确地检测出焊接的开始点。其原因在于，当从工厂自动化生产线的侧面观察时，虽然焊接机器人通过定位用的夹具和支架而保持固定位置，但对于使被焊接部件移动的传送带和移动用夹具来说，很难没有误差地将被焊接部件定位于准确的作业空间内。并且，即使是相同的被焊接部件，在规格上也多少存在细微差别。

为了解决上述的问题，人们开发了通过接触式传感器跟踪方式对初始焊接位置进行检测的方法，上述的接触式传感器跟踪方式是指，在进行实际焊接之前的未产生电弧的状态下，确认焊丝或喷嘴与被焊接部件之间是否实现通电，从而正确地掌握被焊接部件位置的方法。即，平时是分开着的，一点一点地移动焊炬而产生熔化时，将该处作为数据而检测作业焊接部件的焊接初始点。

以前，作为利用上述基本原理而开发出的产品，包括有像FANAC、DAIDEN、ABB、IGMC之类的产品，这些产品的外部安装有用于接触式传感器的驱动器电源，并且，为了即使在母材发生倾斜或被覆盖的情况下也能进行准确的定位，接触检测示意点4～5次。

然而，如上所述的采用现有的接触式传感器跟踪方式的初始焊接位置检测方法存在着下述问题，即，虽然通过接触几处示意点可实现准确性，但几次的接触动作所耗费的时间较长，所以焊接量较大时无法缩短时间。

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种机器人的初始焊接位置检测方法，该方法仅通过两次接触就能够准确地检测出同焊接母材的不规则性和固定时的位置偏移无关的焊接初始点。

为实现上述目的，本发明的机器人的初始焊接位置检测方法包括如下步骤：将从大致指出的焊接开始点至焊接终点处的假想点的方向矢量确认为第一方向矢量，并把朝向母材的接合部且以将接合面之间大致二等分的角度放置的焊炬的方向矢量确认为第二方向矢量；把同所述第二方向矢量以所述第一方向矢量为基准分别沿正(+)和负(-)方向转动时的方向相一致的方向，分别确定为焊炬的垂直和水平跟踪方向；使焊炬分别沿被确定的所述垂直和水平跟踪方向移动，直至产生熔化为止，当产生熔化时，使焊矩分别移动到已确定了参数的位置上；然后，使焊矩沿焊接行进方向的相反方向移动而跟踪母材的端部，在母材的端部产生熔化时，使焊矩沿焊接行进方向移动一段已确定了所述参数的距离，从而使焊炬移动到初始焊位置。

附图的简要说明：

图1是电弧焊系统的示意图；

图2是对应L型母材而说明本发明的初始焊接位置检测方法的轴测图；

图3是对应L型母材而说明本发明的初始焊接位置检测方法的侧视图；

图4是对应图2所示的L型母材而说明焊炬的方向矢量和焊接行进方向矢量的示意图；

图5是从图4得到的第三方向矢量的示意图；

图6是对应于母材向任意方向偏移且基板处于倾斜状态的T型母材而说明本发明的初始焊接位置检测方法的示意图。

下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。

图1是电弧焊系统的示意图，该电弧焊系统包括保护气体10、控制台20、焊丝30、送丝装置40、焊炬50、焊接机器人60、以及焊接夹具70。

当把被焊接母材安装在具有上述结构的焊接夹具70上的时候，焊接机器人60首先检测母材的初始焊接部，然后在检测出的该位置，在被提供至焊炬50的焊丝30与被焊接部件80之间形成强电流/电压而产生电弧。此时，被提供至焊炬50的焊丝边熔化边进行焊接。

上述焊接动作中的焊接机器人60的初始焊接位置检测方法，是在产生电弧之前，用焊接机器人60的腕来确认焊丝或喷嘴同母材是否实现电接触而掌握焊接位置。即，平时在电气上是分开的，使焊炬一点一点地移动，一边确认焊接点一边检测焊接位置。

下面，详细说明本发明涉及的焊接机器人60的初始焊接位置检测方法。

首先，在焊接夹具70上安装图2和图3所示的L形被焊接部件80，当使用者指出大致的焊接开始点A时，焊炬50便位于该大致示意点A。接着，当使用者在焊接终点部处指出大致终点的假想点B时，焊接机器人60便掌握从当前的大致焊接开始点A位置至假想点B的焊接行进方向，把该方向确认为第一方向矢量，并且，把朝向母材的接合部且以将接合面之间大致二等分的角度放置的焊炬的方向矢量确认为第二方向矢量。

然后，焊接机器人60使焊炬50跟踪下述方向(第一次跟踪)，该方向是指所述第二方向矢量以第一方向矢量为基准向负(-)方向转动时的方向。即，焊炬50沿与下方的接合面(水平面)相垂直的方向移动，直至产生熔化为止，当产生熔化时(第一接触)，该焊炬50移动到已确定了参数的位置。

其后，焊炬50跟踪下述的方向(第二次跟踪)，该方向是第二方向矢量以第一方向矢量为基准向正(+)方向转动时的方向。即，焊炬50沿与上方的接合面(垂直面)相垂直的方向移动，直至产生熔化为止，当产生熔化时(第二接触)，该焊炬50移动到已确定了参数的位置。接着，在产生熔化之后，如果所述焊炬50移动到已确定了参数的位置上的过程结束，则使焊炬50朝焊接行进方向的相反方向移动一段已确定了参数的距离，而跟踪母材的端部(第三次跟踪)，在该母材的端部产生熔化时(第三接触)，焊炬50沿焊接行进方向移动一段预定的距离。即，使被移动的位置点位于初始焊接位置。

在这里，当寻找焊接初始点时所必需的焊接开始点与终点之间的方向矢量实际上偏30°左右的时候，是以在跟踪开始点时不出现问题为前提的。其原因是，虽然实际上在对焊接开始点进行微调过程中，焊接开始点与终点之间的方向矢量是很重要的，但是最终所寻找到的初期焊接开始点相对于接合基准线只有小于5mm的偏差。

图4是表示在图2所示的L型母材中焊炬50的方向矢量和焊接行进方向矢量的示意图，图5是从图4中得到的第三方向矢量的示意图，第三矢量(a×X)是根据从大致示意点朝向假想点的方向矢量X和焊炬的方向矢量a而得出的。

图6是说明在母材向任意方向偏斜且基板抬起θ角的状态下焊接部位相对于基板有一定程度的倾斜的时候，利用本发明对初始焊接位置进行检测的方法的示意图。首先，当把上述类型的母材放置在焊接夹具上的时候，使用者指出大致的焊接开始点，使焊炬50移动到母材之间的夹角的中心点的位置，在被移动的该位置编制如下的接触式传感器跟踪程序，并执行指令。

TST{#End-point}、{母材类型＝4}、{横向角度变换}、{行进方向的角度变换}、{在接合部的偏移}

其中，“End-point”指使用者任意设定的假想点，在2维检测时母材类型为“1”，在3维检测时母材类型为“2”，在焊炬方向确定的时候为“3”，在采用由使用者定义的方式的时候为“4”。这些母材类型1、2、3是指，母材被固定在底部上而使母材的法线矢量与焊接机器人60的焊接坐标一致的部分场合。并且，图4是对任意方向进行检测的情况，相当于采用所述母材类型4的情况。即，该母材类型4最好采用下述方式，该方式为：不需要{横向角度变换}和{行进方向的角度变换}的值，应正确地指出初始点后进行处理，且误差不超过最小值20％。此外，由于初始示意点与终点之间的连线成为表示母材位置时的很重要的矢量，因此应在一定的精度范围内(约20％)正确地指出所述初始示意点和终点。

当按照上述方式，编制接触式传感器跟踪程序并执行指令时，焊接机器人掌握从焊接开始点(A′)的位置至终点(B′)的焊接行进方向，将其确认为第一方向矢量，并且，将朝向母材的接合部且以将接合面之间大致二等分的角度放置的焊炬的方向矢量确认为第二方向矢量。接着，使焊炬50跟踪下述的方向(第一跟踪)，该方向是指第二方向矢量以该第一方向矢量为基准沿负(-)方向转动时的方向。即，焊炬50沿与下方的接合面(垂直面)相垂直的方向移动，直至产生熔化为止，当产生熔化时(第一接触)，该焊炬50移动到已确定了参数的位置。

之后，焊炬50跟踪下述的方向(第二跟踪)，该方向是指第二方向矢量以第一方向矢量为基准沿正(+)方向转动时的方向。即，焊炬50沿与上方的接合面(垂直面)相垂直的方向移动，直至产生熔化为止，当产生熔化时(第二接触)，该焊炬50移动到已确定了参数的位置，然后使焊炬50向焊接行进方向的相反方向移动一段已确定了参数的距离，而跟踪母材的终点部(第三跟踪)，当该母材的终点部产生熔化时(第三接触)，使焊炬沿焊接行进方向移动一段已确定了参数的距离，使焊炬位于初始焊接位置上。

在本发明中，即使在采用L型、T型、V型中任意一种接合母材，且母材任意倾斜或被弄翻的情况下，仍可认为基板附着于底部，所以，仅仅通过两次接触就可以检测出初始焊接位置。

实际上，这种焊接方法可适用于挖掘机、梁、船舶、以及重工业的焊接生产线等许多领域。

如上所述的本发明，由于即使在母材倾斜或被弄翻的情况下，也能够仅仅通过两次接触就准确地检测出初始焊接位置并实行焊接，因此，能够容易地做成自动化生产线，可解决在焊接量较大时所要求的缩短时间的问题。

Claims (1)

1.一种机器人的初始焊接位置检测方法，其特征在于，按下述步骤依次进行：将从大致指出的焊接开始点至焊接终点处的假想点的方向矢量确认为第一方向矢量，并把朝向母材的接合部且以将接合面之间大致二等分的角度放置的焊炬的方向矢量确认为第二方向矢量的步骤；把同所述第二方向矢量以所述第一方向矢量为基准分别沿正(+)和负(-)方向转动时的方向相一致的方向，分别确定为焊炬的垂直和水平跟踪方向的步骤；使焊炬分别沿被确定的所述垂直和水平跟踪方向移动，直至产生熔化为止，当产生熔化时，使焊矩分别移动到已确定了参数的位置上的步骤；当焊矩移动到已确定了参数的位置时，使焊矩沿焊接行进方向的相反方向移动而跟踪母材的端部，当在母材的端部产生熔化时，使焊矩沿焊接行进方向移动一段已确定了所述参数的距离的步骤。

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