CN108817614A - 一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法 - Google Patents

一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108817614A
CN108817614A CN201810592883.8A CN201810592883A CN108817614A CN 108817614 A CN108817614 A CN 108817614A CN 201810592883 A CN201810592883 A CN 201810592883A CN 108817614 A CN108817614 A CN 108817614A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coordinate system
welding
weld seam
weld
coordinates system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810592883.8A
Other languages
English (en)
Inventor
王念峰
石小东
郑永忠
周升勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FOSHAN SON-TECH PRECISION MACHINERY Co Ltd
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
FOSHAN SON-TECH PRECISION MACHINERY Co Ltd
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FOSHAN SON-TECH PRECISION MACHINERY Co Ltd, South China University of Technology SCUT filed Critical FOSHAN SON-TECH PRECISION MACHINERY Co Ltd
Priority to CN201810592883.8A priority Critical patent/CN108817614A/zh
Publication of CN108817614A publication Critical patent/CN108817614A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
    • B23K9/1272—Geometry oriented, e.g. beam optical trading
    • B23K9/1274—Using non-contact, optical means, e.g. laser means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法，包括步骤：步骤1、针对不同的焊缝类型，在焊缝轨迹上建立焊缝坐标系；步骤2、建立机器人焊枪工具坐标系与焊缝坐标系的关系，采用位置伺服控制方式调整焊枪姿态；步骤3、采用图像伺服控制方式，根据图像中检测的焊缝点的横坐标Px(t)与图像中心的横坐标Cx的差值大小调整焊枪坐标系的Z轴旋转量，实现焊枪姿态的调整。本发明提出的方法同时考虑了焊接工艺角及传感器视场对中的情况，能够保证跟踪过程的连续稳定及焊接质量的稳定性。

Description

一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法
技术领域
本发明涉及机器人控制领域，具体指一种基于结构光视觉传感器的弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法。
背景技术
焊接是机器人的主要应用之一，目前的焊接机器人以示教再现和离线编程为主，缺乏对环境的适应能力，当工件尺寸误差和定位误差较大，以及焊接轨迹较复杂时，机器人在执行初始程序时将无法保证焊接的质量。为了使弧焊机器人生产自动化、柔性化，采用视觉传感器是解决上述问题的一种较好的方式。
结构光视觉传感是一种非接触式的传感方式，具有较高的速度和精度，能够满足焊接应用要求。结构光视觉传感器主要由相机，镜头，激光器，滤镜等结构组成，一般安装在机器人的焊枪上，工作时，激光线照射到焊缝位置处，相机采集图像，通过一系列图像处理实现焊缝的识别，然后通过传感器与机器人的手眼关系，获取焊缝点在机器人坐标下的位置，获得的位置即可用于机器人的跟踪控制。
对于非直线焊缝轨迹，焊缝跟踪时一般采用基于位置的伺服控制方式以保证跟踪轨迹的准确性。对于非直线焊缝轨迹，在焊缝跟踪时，除了考虑跟踪的准确性以外，还需要关注两个方面，一方面是焊接的姿态，焊接姿态对焊接质量影响巨大；另一方面是跟踪的连续性，即传感器能够连续检测到焊缝点。
发明内容
本发明提出一种基于结构光视觉传感器的弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法，可以应对较复杂的焊缝轨迹，提高焊缝跟踪过程中焊接姿态的连续性和稳定性，提高焊接的质量。
本发明采用的技术方案如下：
一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法，包括步骤：
步骤1、针对不同的焊缝类型，在焊缝轨迹上建立焊缝坐标系；
步骤2、建立机器人焊枪工具坐标系与焊缝坐标系的关系，采用位置伺服控制方式调整焊枪姿态；
步骤3、采用图像伺服控制方式，根据图像中检测的焊缝点的横坐标Px(t)与图像中心的横坐标Cx的差值大小调整焊枪坐标系的Z轴旋转量，实现焊枪姿态的调整。
进一步地，所述的步骤1具体包括：
步骤11、将传感器检测的焊缝点的切线方向作为焊缝坐标系初始的Y方向，焊缝坐标系的Z方向通过焊接需要的工作角进行确定，则焊缝坐标系X方向可以通过向量叉乘得到：
X＝Z×Y；
步骤12、由于Z方向需要考虑焊接时的工艺角，故Z方向与初始的Y方向不一定垂直，此时利用求出的X方向再重新计算Y方向：
Y＝X×Z
步骤13、此时X，Y，Z方向相互垂直，于是可得到焊缝点序列的连续焊缝坐标系Hi＝(Xi,Yi,Zi)，i为焊缝点序列。
进一步地，所述的步骤2具体包括：
步骤21、假设机器人基坐标系为W，工具坐标系为Ei，焊缝坐标系为Hi，则工具坐标系与基坐标系的变换关系表示为W·T1i＝Ei，所述焊缝坐标系与基坐标系的变换关系表示为W·T2i＝Hi；
步骤22、采用位置伺服调整工具坐标系的姿态，使焊枪末端到达某个焊缝检测点位置时，焊枪的姿态与当前焊缝点的坐标系保持一致，即Ei＝Hi，故得到焊枪工具坐标系与焊缝坐标系的变换关系：
其中，R即为焊枪工具坐标系到焊缝坐标系的变换矩阵。
进一步地，所述的步骤3具体包括：采用图像伺服控制方式，根据图像中检测的焊缝点的横坐标Px(t)与图像中心的横坐标Cx的差值大小调整焊枪坐标系的Z轴旋转量，通过设置响应阈值es，建立比例控制关系：
其中，u(t)为工具坐标系Z轴的旋转量。
相比现有技术，本发明提出的弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法同时考虑了焊接工艺角及传感器视场对中的情况，只需通过调整Z轴的旋转量即可保证焊缝点位于图像的中间区域，保证焊枪的姿态满足期望的焊接工艺角要求，保证跟踪过程的连续稳定及焊接质量的稳定性。
附图说明
图1为角接T型焊缝的焊缝坐标系建立示意图。
图2为焊枪Z轴工作角确定示意图。
图3为焊枪Z轴前进角确定示意图。
图4为焊枪工具坐标系与焊缝坐标系的关系示意图。
图5为位置伺服控制方式示意图。
图6为图像伺服控制方式示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。
本发明提出一种基于结构光视觉传感器的弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法，主要针针对非直线焊缝跟踪时，姿态的自动调整控制，保证机器人在焊缝跟踪时焊枪姿态连续稳定，保证焊接质量，同时加入图像视场对中控制，保证结构光视觉传感器检测的连续性和稳定性。
为了使本发明更加清楚，本实施方式以角接T型焊缝为例进行详细的说明。
图1为角接T型焊缝的焊缝坐标系建立示意图。对于结构光视觉传感器检测到的每个焊缝点位置均建立一个焊缝坐标系。
一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法，包括步骤：
步骤1、针对不同的焊缝类型，在焊缝轨迹上建立焊缝坐标系为：O-XwYwZw；
步骤2、建立机器人焊枪工具坐标系O-XtYtZt与焊缝坐标系O-XwYwZw的关系，采用位置伺服控制方式调整焊枪姿态；
步骤3、采用图像伺服控制方式，根据图像中检测的焊缝点的横坐标Px(t)与图像中心的横坐标Cx的差值大小调整焊枪坐标系的Z轴旋转量，实现焊枪姿态的调整。
具体而言，本实施例中，所述的步骤1具体包括：
步骤11、将传感器检测的焊缝点的切线方向作为焊缝坐标系初始的Y方向，对于角接T型焊缝，考虑焊接工艺角，如图2所示，焊缝坐标系Z轴垂直焊缝方向，并与工件的立板成θ角，立板和横板的单位法向量分别为n1，n2，则Z轴的方向向量可以表示为：
Z1＝(1+tanθ)n2
沿焊缝方向Z轴需要满足焊接工艺角如图3所示，Z轴与垂直焊缝方向成δ角，故最终的Z轴方向向量可以表示为：
(|Z1|·tanδ)Y+Z1＝Z，
则焊缝坐标系X方向可以通过向量叉乘得到：
X＝Z×Y；
步骤12、由于Z方向需要考虑焊接时的工艺角，故Z方向与初始的Y方向不一定垂直，此时利用求出的X方向再重新计算Y方向：
Y＝X×Z
步骤13、此时X，Y，Z方向相互垂直，于是可得到焊缝点序列的连续焊缝坐标系Hi＝(Xi,Yi,Zi)，i为焊缝点序列。
图4为焊枪工具坐标系与焊缝坐标系的关系示意图。
具体而言，所述的步骤2具体包括：
步骤21、假设机器人基坐标系为W，工具坐标系为Ei，焊缝坐标系为Hi，则工具坐标系与基坐标系的变换关系表示为W·T1i＝Ei，所述焊缝坐标系与基坐标系的变换关系表示为W·T2i＝Hi；
步骤22、如图5为位置伺服控制方式示意图，采用位置伺服调整工具坐标系的姿态，使焊枪末端到达某个焊缝检测点位置时，焊枪的姿态与当前焊缝点的坐标系保持一致，即Ei＝Hi，故得到焊枪工具坐标系与焊缝坐标系的变换关系：
其中，R即为焊枪工具坐标系到焊缝坐标系的变换矩阵。
具体而言，如图6为图像伺服控制方式示意图，所述的步骤3采用图像伺服控制方式，根据图像中检测的焊缝点的横坐标Px(t)与图像中心的横坐标Cx的差值大小调整焊枪坐标系的Z轴旋转量(Z轴的姿态)，通过设置响应阈值es，建立比例控制关系：
其中，u(t)为工具坐标系Z轴的旋转量。只需通过调整Z轴的旋转量即可保证焊缝点位于图像的中间区域，能够被视觉传感器连续检测到，实现视场对中控制。
以上所述仅为本发明较佳的实施方案，并非用以局限本发明的范围。因此，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，均同理包含在本发明范围内。

Claims (4)

1.一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1、针对不同的焊缝类型，在焊缝轨迹上建立焊缝坐标系；
步骤2、建立机器人焊枪工具坐标系与焊缝坐标系的关系，采用位置伺服控制方式调整焊枪姿态；
步骤3、采用图像伺服控制方式，根据图像中检测的焊缝点的横坐标Px(t)与图像中心的横坐标Cx的差值大小调整焊枪坐标系的Z轴旋转量，实现焊枪姿态的调整。
2.根据权利要求1所述的弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括：
步骤11、将传感器检测的焊缝点的切线方向作为焊缝坐标系初始的Y方向，焊缝坐标系的Z方向通过焊接需要的工作角进行确定，则焊缝坐标系X方向可以通过向量叉乘得到：
X＝Z×Y；
步骤12、由于Z方向需要考虑焊接时的工艺角，故Z方向与初始的Y方向不一定垂直，此时利用求出的X方向再重新计算Y方向：
Y＝X×Z
步骤13、此时X，Y，Z方向相互垂直，于是可得到焊缝点序列的连续焊缝坐标系Hi＝(Xi,Yi,Zi)，i为焊缝点序列。
3.根据权利要求1所述的弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法，其特征在于，所述的步骤2具体包括：
步骤21、假设机器人基坐标系为W，工具坐标系为Ei，焊缝坐标系为Hi，则工具坐标系与基坐标系的变换关系表示为W·T1i＝Ei，所述焊缝坐标系与基坐标系的变换关系表示为W·T2i＝Hi；
步骤22、采用位置伺服调整工具坐标系的姿态，使焊枪末端到达某个焊缝检测点位置时，焊枪的姿态与当前焊缝点的坐标系保持一致，即Ei＝Hi，故得到焊枪工具坐标系与焊缝坐标系的变换关系：
其中，R即为焊枪工具坐标系到焊缝坐标系的变换矩阵。
4.根据权利要求1所述的弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法，其特征在于，所述的步骤3具体包括：采用图像伺服控制方式，根据图像中检测的焊缝点的横坐标Px(t)与图像中心的横坐标Cx的差值大小调整焊枪坐标系的Z轴旋转量，通过设置响应阈值es，建立比例控制关系：
其中，u(t)为工具坐标系Z轴的旋转量。
CN201810592883.8A 2018-06-11 2018-06-11 一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法 Pending CN108817614A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810592883.8A CN108817614A (zh) 2018-06-11 2018-06-11 一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810592883.8A CN108817614A (zh) 2018-06-11 2018-06-11 一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108817614A true CN108817614A (zh) 2018-11-16

Family

ID=64144921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810592883.8A Pending CN108817614A (zh) 2018-06-11 2018-06-11 一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108817614A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111299929A (zh) * 2020-03-18 2020-06-19 福建省特种设备检验研究院 一种自动测量与校正焊接机器人焊枪姿态的方法
CN112317981A (zh) * 2020-10-23 2021-02-05 成都卡诺普自动化控制技术有限公司 一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法
CN114012214A (zh) * 2021-11-17 2022-02-08 佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院 一种焊缝跟踪运动控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050070348A (ko) * 2003-12-30 2005-07-07 두산중공업 주식회사 레이저 비전센서를 이용한 자동 용접 시스템
CN104384765A (zh) * 2014-10-14 2015-03-04 江苏湃锐自动化科技有限公司 基于三维模型与机器视觉的自动焊接方法及焊接装置
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
CN106113049A (zh) * 2016-08-30 2016-11-16 江苏北人机器人系统股份有限公司 一种位姿自适应机器人的焊接系统及位姿调整方法
CN106737774A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 天津商业大学 一种无标定机械臂视觉伺服控制装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050070348A (ko) * 2003-12-30 2005-07-07 두산중공업 주식회사 레이저 비전센서를 이용한 자동 용접 시스템
CN104384765A (zh) * 2014-10-14 2015-03-04 江苏湃锐自动化科技有限公司 基于三维模型与机器视觉的自动焊接方法及焊接装置
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
CN106113049A (zh) * 2016-08-30 2016-11-16 江苏北人机器人系统股份有限公司 一种位姿自适应机器人的焊接系统及位姿调整方法
CN106737774A (zh) * 2017-02-23 2017-05-31 天津商业大学 一种无标定机械臂视觉伺服控制装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
闫文才: ""视觉引导的焊接机器人焊缝跟踪控制技术的研究与开发"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111299929A (zh) * 2020-03-18 2020-06-19 福建省特种设备检验研究院 一种自动测量与校正焊接机器人焊枪姿态的方法
CN111299929B (zh) * 2020-03-18 2021-11-30 福建省特种设备检验研究院 一种自动测量与校正焊接机器人焊枪姿态的方法
CN112317981A (zh) * 2020-10-23 2021-02-05 成都卡诺普自动化控制技术有限公司 一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法
CN114012214A (zh) * 2021-11-17 2022-02-08 佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院 一种焊缝跟踪运动控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104384765B (zh) 基于三维模型与机器视觉的自动焊接方法
CN108857152B (zh) 基于复合激光结构光的全空间位姿检测视觉传感器装置
CN202278307U (zh) 一种可调式双线结构光焊缝跟踪视觉传感系统
CN100335221C (zh) 电弧焊接装置
CN108817614A (zh) 一种弧焊机器人焊缝跟踪姿态调整方法
CN104175330B (zh) 一种基于瞄准机制的六关节工业机器人实时伺服跟踪装置
CN111390915A (zh) 一种基于ai的自动焊缝路径识别方法
CN1600488A (zh) 焊缝自主跟踪方法
CN103273171A (zh) 波纹薄板角焊缝自动焊接中的视觉跟踪监测系统与方法
CN111496344B (zh) 一种基于激光传感器的v型坡口信息处理方法
CN112958959A (zh) 一种基于三维视觉的自动化焊接和检测方法
Zhou et al. Autonomous acquisition of seam coordinates for arc welding robot based on visual servoing
CN113334018A (zh) 视觉引导机器人自动焊接管道相贯线装置及方法
CN108032011A (zh) 基于激光结构光焊缝初始点导引装置及方法
CN110434512A (zh) 一种基于龙门和机器人的船体长焊缝实时跟踪焊接系统
CN112809167B (zh) 一种用于大曲率管件全位置焊接的机器人焊缝跟踪方法
CN109128540B (zh) 一种t型接头激光焊接焦点轨迹确定方法
CN109865919A (zh) 一种直角焊接机器人线激光实时焊缝追踪系统
CN109822194A (zh) 一种焊缝跟踪装置及焊接方法
CN106002014B (zh) 一种适用于直角焊缝激光跟踪的焊接系统及其焊接方法
CN113385869B (zh) 基于机器视觉的大型方格子构件机器人焊接装备及焊缝定位方法
CN110695494B (zh) 波纹板外部轴跟踪系统及其方法
CN206140014U (zh) 一种适用于直角焊缝激光跟踪的焊接系统
CN111069740B (zh) 机器人焊接过程柔性控制方法及系统
JPH1094874A (ja) 管継手の自動溶接方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181116