CN108645367A - 一种基于三轴坐标系的平行度校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于三轴坐标系的平行度校准方法，用于校准焊接机头的端面和工件的焊接面在空间内的平行度，所述焊接机头固定于操作架上，所述焊接机头的端面上活动连接有电极，所述方法包括：以所述操作架为基准建立三轴坐标系；将工件放置于焊接机头的z轴方向上；控制焊接机头沿z轴向工件移动，直至电极与工件相接触；确认焊接机头在z轴上的位置z1；控制焊接机头沿x轴移动固定距离x1；控制焊接机头再次沿z轴向工件移动，直至电极与工件相接触；确认焊接机头在z轴上的位置z2；计算焊接机头在z轴方向上的位移与固定距离x1的比值tanθ，获得焊接机头的端面与工件的焊接面在x‑z平面上的角度θ；控制焊接机头或工件在x‑z平面上旋转角度θ。

Description

一种基于三轴坐标系的平行度校准方法

技术领域

本发明提供了一种基于三轴坐标系的平行度校准方法。

背景技术

现有的全自动焊接系统中，为了达到焊接的要求，通常都需要精准定位，需要焊接机头的端面和工件的焊接面相平行。但是现有技术中，通常是采用激光测距来测量焊接机头的端面和工件的焊接面之间的距离，从而实现平行度的校准定位。但是激光测距是将距离改变成电信号(电压或电流)传送给控制器，而电信号在传送过程中很容易造成干扰，尤其在距离较小时，电信号一般非常微弱，很容易被干扰，从而造成测量误差。并且，激光测距对焊接的工件的要求比较高，工件不能生锈，否则会影响测量精度。另外，激光测距的成本较高，再加上外围的辅助电路、抗干扰电路以及电信号接收设备等，成本相当之高。

因此，必须设计一种成本相对较低且能满足测量精度的平行度校准方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本相对较低且能满足测量精度的平行度校准方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种基于三轴坐标系的平行度校准方法，用于校准焊接机头的端面和工件的焊接面在空间内的平行度，所述焊接机头固定于操作架上，所述焊接机头的端面上活动连接有电极，其特征在于，所述方法包括：以所述操作架为基准建立三轴坐标系，并将焊接机头的延伸方向设置为z轴；将工件放置于焊接机头的z轴方向上，并确保焊接机头沿z轴向工件移动后电极会与工件相接触；控制焊接机头沿z轴向工件移动，直至电极与工件相接触；确认焊接机头在z轴上的位置z1；控制焊接机头沿x轴移动固定距离x1，并确保移动后的焊接机头沿z轴向工件移动后电极会与工件相接触；控制焊接机头再次沿z轴向工件移动，直至电极与工件相接触；确认焊接机头在z轴上的位置z2；计算焊接机头在z轴方向上的位移与固定距离x1的比值tanθ，获得焊接机头的端面与工件的焊接面在x-z 平面上的角度θ；控制焊接机头或工件在x-z平面上旋转角度θ以使焊接机头的端面与工件的焊接面在x-z平面上相平行。

作为本发明的进一步改进，所述“将工件放置于焊接机头的z轴方向上”步骤之前包括：在工件上接入高电平或低电平，在焊接机头的电极上接入低电平或高电平。

作为本发明的进一步改进，所述“确认焊接机头在z轴上的位置z1”包括：记录此时焊接机头在z轴上的位置z1；保持焊接机头不动，将电极向远离工件的方向移动d1距离。

作为本发明的进一步改进，所述“计算焊接机头在z轴上移动的距离与在 x轴上移动的距离的比值tanθ”包括：若z1＞0、z2≥0，则若 z1＜0、z2≤0，则若z1≥0，z2＜0，则若 z1≤0，z2＞0，则

作为本发明的进一步改进，当tanθ＞0时，则θ＞0，则将所述焊接机头靠近工件的一端向远离z1的方向在x-z平面上旋转θ角度；当tanθ＜0时，则θ＜0，则将所述焊接机头靠近工件的一端向远离z2的方向在x-z平面上旋转|θ角度；当tanθ＝0时，则θ＝0，则焊接机头在x-z平面上与工件已经保持平行。

作为本发明的进一步改进，所述焊接机头上设置有用于移动电极的步进电机，所述操作架上设置有用于移动焊接机头的伺服电机。

作为本发明的进一步改进，所述“确认焊接机头在z轴上的位置z1”包括：伺服电机停止工作；记录此时焊接机头在z轴上的位置z1；步进电机控制电极向远离工件的方向移动d1距离。

作为本发明的进一步改进，所述“确认焊接机头在z轴上的位置z1”步骤和“将焊接机头沿x轴移动固定距离x1”步骤之间还包括：将焊接机头向远离工件的方向沿z轴移动d2距离。

作为本发明的进一步改进，所述“确认焊接机头在z轴上的位置z2”步骤包括：记录此时焊接机头在z轴上的位置z2；将高电平断开。

本发明的有益效果是：通过上述建立三轴坐标系来检测的方法，可通过简单的计算即可计算出焊接机头的端面与工件的焊接面在平面上的角度，计算较为方便，且能保证精度。

附图说明

图1为本发明焊接机头和工件一视角的示意图；

图2为图1A圈部分的放大示意图；

图3为本发明焊接机头和工件另一视角的示意图；

图4为图3B圈部分的方法示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各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。

本发明提供了一种基于三轴坐标系的平行度校准方法，用于校准焊接机头1的端面11和工件2的焊接面21在空间内的平行度。所述焊接机头1固定在操作架3上。所述焊接机头1的端面11上活动连接有电极12，以用于焊接。在本实施方式中，所述电极12活动连接在焊接机头1上，从而电极 12可在焊接机头1上进行微调。所述焊接机头1也可在操作架3上移动。

所述平行度校准方法包括：

S1：以所述操作架3为基准建立三轴坐标系，并将焊接机头1的延伸方向设置为z轴；

S2：将工件2放置于焊接机头1的z轴方向上，并确保焊接机头1沿z 轴向工件2移动后电极12会与工件2相接触；

S3：控制焊接机头1沿z轴向工件2移动，直至电极12与工件2相接触；

S4：确认焊接机头1在z轴上的位置z1；

S5：控制焊接机头1沿x轴移动固定距离x1，并确保移动后的焊接机头 1沿z轴向工件2移动后电极12会与工件2相接触；

S6：控制焊接机头1再次沿z轴向工件2移动，直至电极12与工件2 相接触；

S7：确认焊接机头1在z轴上的位置z2；

S8：计算焊接机头1在z轴方向上的位移与固定距离x1的比值tanθ，获得焊接机头1的端面11与工件2的焊接面21在x-z平面上的角度θ；

S9：控制焊接机头1或工件2在x-z平面上旋转角度θ以使焊接机头1 的端面11与工件2的焊接面21在x-z平面上相平行。

从而，通过简单的计算，计算焊接机头1在z轴方向上的位移与固定距离x1的比值tanθ，则即可知道焊接机头1的端面11与工件2的焊接面21 之间的角度θ。从而，旋转焊接机头1或工件2θ角度以使得焊接机头1的端面11和工件2的焊接面21在x-z平面上相平行。

并且，可继续用同样的方式对焊接机头1和工件2进行y-z平面上的校准，使得焊接机头1的端面11和工件2的焊接面21在y-z平面上也相平行，从而使得焊接机头1的端面11和工件2的焊接面21相平行。当然，若焊接机头1和工件2在y-z平面上已经平行，则不需要再进行校准。

需要说明的是，本实施方式中，所述三轴坐标系中的x轴、y轴均与z 轴相垂直，但是不指代具体的方向。

在第一种实施例中，所述S2步骤中“将工件2放置于焊接机头1的z 轴方向上”之前还包括：在工件2上接入高电平或低电平，在焊接机头1的电极12上接入低电平或高电平，在本实施方式中，所述工件2上接入高电平 +15V，所述焊接机头1的电极12上接入低电平0V，从而当电极12与工件2 相接触后，电路短路。当然，所述工件2上接入的高电平电压可为其他数值，在本实施方式中，只要该高电平在3.3V至24V之间即可达到本发明的目的。所述S7步骤“确认焊接机头1在z轴上的位置z2”之前还包括：将高电平断开。以防止电极12与工件2持续短路，影响后续步骤。

进一步的，所述S4步骤中“确认焊接机头1在z轴上的位置z1”包括：

S41：记录此时焊接机头1在z轴上的位置z1；

S42：保持焊接机头1不动，将电极12向远离工件2的方向移动d1距离。

在本实施方式中，电极12与工件2相接触后则电路短路，记录此时焊接机头1在z轴上的位置z1，并将电极12向远离工件2的方向移动d1距离，即将电极12向焊接机头1缩入，以防止电极12与工件2持续接触导致电路短路，影响电路和系统的稳定性。

在本实施方式中，所述焊接机头1上设置有用于移动电极12的步进电机，所述操作架3上设置有用于移动焊接机头1的伺服电机。从而，当电极12 与工件2相接触后，电路短路，伺服电机断电，步进电机控制电极12向远离工件2的方向移动d1。在本实施方式中，所述d1为2mm。当然，在本实施方式中，所述步进电机也可替换为伺服电机，但是步进电机的成本更低，且能达到同样的目的，因此采用步进电机。

在第一种实施例中，由于为了防止持续短路，电极12在第一次与工件2 相接触后向远离工件2的方向移动了d1距离，并且在S6步骤中，电极12 与工件2第二次接触，电极12并未向远离工件2的方向移动而是直接将高电平断开，因此在S8中“计算焊接机头1在z轴方向上的位移与固定距离x1 的比值tanθ”需要考虑对电极12移动d1距离的补偿。

具体的，若z1＞0、z2≥0，则

若z1＜0、z2≤0，则

若z1≥0，z2＜0，则

若z1≤0，z2＞0，则

需要说明的是，z1、z2均为坐标，因此可为正值、负值或0；d1、x1 均为距离，因而均为正值；角度θ也可为正值、负值或0，但是|θ|只能为正值或0。

当tanθ＞0时，则θ＞0，则焊接机头1在x轴上移动之前距离工件2 较远，焊接机头1在x轴上移动之后距离工件2较近，则将所述焊接机头1 靠近工件2的一端向远离z1的方向在x-z平面上旋转|θ|角度；

当tanθ＜0时，则θ＜0，则焊接机头1在x轴上移动之前距离工件2 较近，焊接机头1在x轴上移动之后距离工件2较远，则将所述焊接机头1 靠近工件2的一端向远离z2的方向在x-z平面上旋转角度；

当tanθ＝0时，则θ＝0，则焊接机头1在x-z平面上与工件2已经保持平行。

从而，根据tanθ的大小，即可获得焊接机头1的端面11和工件2的焊接面21之间的角度θ，从而，对应的，旋转焊接机头1和工件2θ角度以使焊接机头1的端面11和工件2的焊接面21相平行。

所述S4步骤“确认焊接机头1在z轴上的位置z1”和S5步骤“将焊接机头1沿x轴移动固定距离x1”之间还包括“将焊接机头1向远离工件2的方向沿z轴移动d2距离”。由于焊接机头1的端面11和工件2的焊接面21 在x-z平面上倾斜，因而焊接机头1在沿x轴移动的过程中可能会与工件2 相触碰，因此，先将焊接机头1向远离工件2的方向沿z轴移动d2距离，即相当于后退d2距离。由于计算时以坐标来计算，因此d2距离实际上不会对计算造成影响，因此计算时不需要加入该d2距离。在本实施方式中，d2距离为10mm。另外，所述固定距离x1至少大于20cm，以减小误差。

在第二种实施例中，所述S2步骤中“将工件2放置于焊接机头1的z 轴方向上”之前还包括：将焊接机头1接入电流源，并检测焊接机头1内的电流。则，当焊接机头1与工件2没有接触时，焊接机头1内的电流平稳；当焊接机头1与工件2相接触后，则焊接机头1内的电流出现大波动，从而可判断焊接机头1与工件2相接触，即可确认焊接机头1在z轴上的位置z1；同理的，也可确认焊接机头1在z轴上的位置z2。其他的计算方式等均与第一种实施例中相同，因此在此不再赘述。

需要说明的是，上述方法中，是对焊接机头1的端面11和工件2的焊接面21在x-z平面上的平行度的测试，若要测试在y-z平面上的平行度的测试，则采用同样的办法，从而焊接机头1的端面11和工件2的焊接面21在三维坐标系中平行。

综上，通过上述方法，可精确计算出焊接机头1的端面11和工件2的焊接面21之间的角度，从而旋转焊接机头1和工件2，使得焊接机头1和工件 2相平行，成本较低，也更加快捷稳定。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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 (9)

1.一种基于三轴坐标系的平行度校准方法，用于校准焊接机头的端面和工件的焊接面在空间内的平行度，所述焊接机头固定于操作架上，所述焊接机头的端面上活动连接有电极，其特征在于，所述方法包括：

以所述操作架为基准建立三轴坐标系，并将焊接机头的延伸方向设置为z轴；

将工件放置于焊接机头的z轴方向上，并确保焊接机头沿z轴向工件移动后电极会与工件相接触；

控制焊接机头沿z轴向工件移动，直至电极与工件相接触；

确认焊接机头在z轴上的位置z1；

控制焊接机头沿x轴移动固定距离x1，并确保移动后的焊接机头沿z轴向工件移动后电极会与工件相接触；

控制焊接机头再次沿z轴向工件移动，直至电极与工件相接触；

确认焊接机头在z轴上的位置z2；

计算焊接机头在z轴方向上的位移与固定距离x1的比值tanθ，获得焊接机头的端面与工件的焊接面在x-z平面上的角度θ；

控制焊接机头或工件在x-z平面上旋转角度θ以使焊接机头的端面与工件的焊接面在x-z平面上相平行。

2.根据权利要求1所述的平行度校准方法，其特征在于，所述“将工件放置于焊接机头的z轴方向上”步骤之前包括：

在工件上接入高电平或低电平，在焊接机头的电极上接入低电平或高电平。

3.根据权利要求2所述的平行度校准方法，其特征在于，所述“确认焊接机头在z轴上的位置z1”包括：

记录此时焊接机头在z轴上的位置z1；

保持焊接机头不动，将电极向远离工件的方向移动d1距离。

4.根据权利要求3所述的平行度校准方法，其特征在于，所述“计算焊接机头在z轴上移动的距离与在x轴上移动的距离的比值tanθ”包括：

若z1＞0、z2≥0，则

若z1＜0、z2≤0，则

若z1≥0，z2＜0，则

若z1≤0，z2＞0，则

5.根据权利要求4所述的平行度校准方法，其特征在于，

当tanθ＞0时，则θ＞0，则将所述焊接机头靠近工件的一端向远离z1的方向在x-z平面上旋转|θ|角度；

当tanθ＜0时，则θ＜0，则将所述焊接机头靠近工件的一端向远离z2的方向在x-z平面上旋转|θ|角度；

当tanθ＝0时，则θ＝0，则焊接机头在x-z平面上与工件已经保持平行。

6.根据权利要求2所述的平行度校准方法，其特征在于，所述焊接机头上设置有用于移动电极的步进电机，所述操作架上设置有用于移动焊接机头的伺服电机。

7.根据权利要求6所述的平行度校准方法，其特征在于，所述“确认焊接机头在z轴上的位置z1”包括：

伺服电机停止工作；

记录此时焊接机头在z轴上的位置z1；

步进电机控制电极向远离工件的方向移动d1距离。

8.根据权利要求1所述的平行度校准方法，其特征在于，所述“确认焊接机头在z轴上的位置z1”步骤和“将焊接机头沿x轴移动固定距离x1”步骤之间还包括：

将焊接机头向远离工件的方向沿z轴移动d2距离。

9.根据权利要求2所述的平行度校准方法，其特征在于，所述“确认焊接机头在z轴上的位置z2”步骤包括：

记录此时焊接机头在z轴上的位置z2；

将高电平断开。