CN110560976B - 一种钢卷焊接方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢卷焊接方法与系统,钢卷、安装在机器人末端的焊枪以及激光传感器,利用激光传感器测得四个点坐标,并通过四个点坐标由第一空间直角坐标系建立第二空间直角坐标系,在第二空间直角坐标系内找到钢卷在内孔中的起始位置,并对四个点进行焊接对起始位置处进行段焊;完成后,等待转台带动钢卷旋转过来,对钢卷另一侧重复上述过程,完成另一侧的点焊及段焊。这样钢卷焊接不依靠人工完成,不影响焊接工人健康,由机器人自动化焊接,焊接效率高,焊接质量能够得到有效保证。

Description

一种钢卷焊接方法与系统
技术领域
本发明涉及钢卷焊接领域,特别地,涉及一种钢卷焊接方法与系统。
背景技术
为对冷轧钢卷起到固定作用,冷轧钢卷在运输前需要对其进行焊接处理,具体为在钢卷内侧钢带起头处进行一小段的段焊以及在钢卷内孔点焊四次。以保证成品钢卷不散架,起到固定作用。现有技术依靠人工进行焊接处理。但是现阶段的焊接依靠人工完成时,焊接效率低、焊接时作业环境差影响工人健康以及焊接质量无法得到保证。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种焊接效率高、焊接质量高的自动化钢卷焊接方法与系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一方面,
一种钢卷焊接方法,包括:钢卷、焊枪以及激光传感器,所述焊枪以及所述激光传感器安装在机器人末端,所述钢卷焊接方法包括以下步骤:
标定:标定所述焊枪以及所述激光传感器的工具中心点,建立第一空间直角坐标系,所述第一空间直角坐标系x轴与所述激光传感器发射的激光平行;
得到点焊坐标:接收所述钢卷运送到转台上的信号;
移动所述激光传感器至测量位置,所述测量位置位于所述钢卷外,并能保证所述激光传感器测得与钢卷的距离;
沿z轴方向移动所述激光传感器,得到第一焊接点和第二焊接点坐标;
将所述激光传感器移动至第一焊接点和第二焊接点的中点,沿y轴方向移动所述激光传感器,得到第三焊接点和第四焊接点的坐标;
根据第三焊接点和第四焊接点的坐标计算得到所述钢卷一侧内孔的圆心坐标以及坐标偏转角,所述坐标偏转角用于偏转将所述第一空间直角坐标系得到第二空间直角坐标系,所述第二空间直角坐标系的x轴垂直于所述钢卷一侧的内孔所在平面;
计算得到所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标;
得到段焊坐标:根据所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标得到所述钢卷在内孔中的起始位置坐标;
焊接:移动所述焊枪到所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标进行点焊以及移动所述焊枪到所述第二空间直角坐标系内所述钢卷在内孔中的起始位置坐标进行段焊,完成所述钢卷一侧内孔的焊接,控制所述焊枪以及激光传感器返回标定步骤时所在位置;
接收到转台旋转180°的信号,重复上述标定、得到点焊坐标、得到段焊坐标以及焊接的步骤。
进一步地,所述沿z轴方向移动所述激光传感器,得到第一焊接点和第二焊接点坐标包括:
沿z轴方向移动所述激光传感器,当检测到所述激光传感器读数第一次发生突变时,记录第一次发生突变时的坐标,即第一焊接点坐标;
继续沿z轴方向移动所述激光传感器,当检测到所述激光传感器读数再次发生突变时,记录发生再次发生突变时的坐标,即第二焊接点坐标。
进一步地,所述将所述激光传感器移动至第一焊接点和第二焊接点的中点,沿y轴方向移动所述激光传感器,得到第三焊接点和第四焊接点的坐标包括:
将所述激光传感器移动至第一焊接点和第二焊接点的中点,沿y轴正方向移动所述激光传感器,当检测到所述激光传感器读数第一次发生突变时,记录第一次发生突变时的坐标,即第三焊接点坐标;
沿y轴负方向移动所述激光传感器,当所述当检测到所述激光传感器读数第一次发生突变时,记录第一次发生突变时的坐标,即第四焊接点坐标。
进一步地,所述根据第三焊接点和第四焊接点的坐标计算得到所述钢卷一侧内孔的圆心坐标以及坐标偏转角的计算公式为:
圆心坐标计算公式:xo=(x3+x4)/2,yo=(y3+y4)/2,zo=(z3+z4)/2;
坐标偏转角计算公式:
其中,xo、yo和zo为圆心o的x轴、y轴和z轴坐标,x3、y3和z3为所述第三焊接点x轴、y轴和z轴坐标,x4、y4和z4为所述第四焊接点x轴、y轴和z轴坐标。
进一步地,所述坐标偏转角用于偏转所述第一空间直角坐标系得到第二空间直角坐标系包括:原点保持不变,将所述第一空间直角坐标系以z轴为旋转轴顺时针旋转θ°。
进一步地,所述计算得到所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标的计算公式为:
z'=z;
其中,(x',y',z')代表所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标,(x,y,z)代表所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第一空间直角坐标系内的坐标。
进一步地,所述根据所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标得到所述钢卷在内孔中的起始位置坐标包括:
在所述第二空间直角坐标系下,移动所述激光传感器以圆形轨迹移动,所述圆形轨迹以所述圆心在所述第二空间直角坐标系内的坐标为圆心,起点为所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标,以所述圆心到对应的起点的距离为半径;
当检测到所述激光传感器读数发生突变时,记录发送突变时的坐标,即所述钢卷在内孔中的起始位置坐标。
另一方面,
一种钢卷焊接系统,包括机器人、控制柜以及钢卷;
所述钢卷设于转台上,所述转台能够带动所述钢卷水平旋转180度;
所述控制柜与上位机连接,控制整个系统的工作;
所述机器人设于行走轨道上,所述机器人末端设有焊枪和激光传感器,所述焊枪用于焊接钢卷,所述激光传感器用于实时测量到钢卷的距离。
进一步地,所述行走轨道包括工作位置和非工作位置,所述工作位置为所述机器人工作时的位置,所述非工作位置为所述机器人不工作时的位置。
进一步地,还包括相机,用于实时拍摄所述机器人在所述钢卷上的工作过程,所述相机与所述控制柜电连接。
有益效果:
本发明技术方案提供的一种钢卷焊接方法,利用激光传感器测得四个点坐标,并通过四个点坐标由第一空间直角坐标系建立第二空间直角坐标系,在第二空间直角坐标系内找到钢卷在内孔中的起始位置,并对四个点进行焊接对起始位置处进行段焊;完成后,等待转台带动钢卷旋转过来,对钢卷另一侧重复上述过程,完成另一侧的点焊及段焊。这样钢卷焊接不依靠人工完成,不影响焊接工人健康,由机器人自动化焊接,焊接效率高,焊接质量能够得到有效保证。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种钢卷焊接方法的流程图;
图2是本发明实施例提供的另一种钢卷焊接方法的流程图
图3是本发明实施例提供的一种在钢卷上建立的第一空间直角坐标系的示意图;
图4是本发明实施例提供的一种求第一空间直角坐标系中的点在第二空间直角坐标系中坐标的示意图;
图5是本发明实施例提供的一种钢卷焊接系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明实施例提供了一种钢卷焊接方法,包括:钢卷、焊枪以及激光传感器,焊枪以及激光传感器安装在机器人末端,钢卷焊接方法包括以下步骤,如图1所示:
标定:标定焊枪以及激光传感器的工具中心点,建立第一空间直角坐标系,第一空间直角坐标系x轴与激光传感器发射的激光平行;
得到点焊坐标:接收钢卷运送到转台上的信号;
移动激光传感器至测量位置,测量位置位于钢卷外,并能保证激光传感器测得与钢卷的距离;
沿z轴方向移动激光传感器,得到第一焊接点和第二焊接点坐标;
将激光传感器移动至第一焊接点和第二焊接点的中点,沿y轴方向移动激光传感器,得到第三焊接点和第四焊接点的坐标;
根据第三焊接点和第四焊接点的坐标计算得到钢卷一侧内孔的圆心坐标以及坐标偏转角,坐标偏转角用于偏转将第一空间直角坐标系得到第二空间直角坐标系,第二空间直角坐标系的x轴垂直于钢卷一侧的内孔所在平面;
计算得到圆心、第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第二空间直角坐标系内的坐标;
得到段焊坐标:根据圆心、第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第二空间直角坐标系内的坐标得到钢卷在内孔中的起始位置坐标;
焊接:移动焊枪到第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第二空间直角坐标系内的坐标进行点焊以及移动焊枪到第二空间直角坐标系内钢卷在内孔中的起始位置坐标进行段焊,完成钢卷一侧内孔的焊接,控制焊枪以及激光传感器返回标定步骤时所在位置;
接收到转台旋转180°的信号,重复上述标定、得到点焊坐标、得到段焊坐标以及焊接的步骤。
本发明实施例提供的一种钢卷焊接方法,利用激光传感器测得四个点坐标,并通过四个点坐标由第一空间直角坐标系建立第二空间直角坐标系,在第二空间直角坐标系内找到钢卷在内孔中的起始位置,并对四个点进行焊接对起始位置处进行段焊;完成后,等待转台带动钢卷旋转过来,对钢卷另一侧重复上述过程,完成另一侧的点焊及段焊。这样钢卷焊接不依靠人工完成,不影响焊接工人健康,由机器人自动化焊接,焊接效率高,焊接质量能够得到有效保证。
作为对上述实施例的进一步改进说明,本发明实施例还提供了另一种钢卷焊接方法,包括:钢卷、焊枪以及激光传感器,焊枪以及激光传感器安装在机器人末端,作为本发明实施例的一种优选的实现方式,机器人使用工业六轴机器人,工业六轴机器人具备可靠性强、自由度广以及操作精密的特点。
如图2所示,钢卷焊接方法包括以下步骤:
标定:标定焊枪以及激光传感器的工具中心点,需要说明的是,工具中心点是指用一个点来代替机器人末端固定的工具,这样工具的移动轨迹可以用这个点的移动轨迹来代表。
建立第一空间直角坐标系,如图3所示,第一空间直角坐标系x轴与激光传感器发射的激光平行,第一空间直角坐标系z轴垂直于水平面,此处需要说明的是:第一空间直角坐标系的坐标轴的命名具体是x还是y或z,可按照自己的要求设定,同理每个轴的正负方向也可按照自己的想法设定,此处只是举例说明。
得到点焊坐标:接收钢卷运送到转台上的信号;
移动激光传感器至测量位置,测量位置位于钢卷外,并能保证激光传感器测得与钢卷的距离;示例性的,将激光传感器移动到钢卷的左下角。
沿z轴方向移动激光传感器,得到第一焊接点和第二焊接点坐标;
具体的,沿z轴方向移动激光传感器,当检测到激光传感器读数第一次发生突变时,记录第一次发生突变时的坐标,即第一焊接点坐标;
继续沿z轴方向移动激光传感器,当检测到激光传感器读数再次发生突变时,记录发生再次发生突变时的坐标,即第二焊接点坐标。为保证得到的焊接点准确,一般移动激光传感器到钢卷的下方或者上方,保证读数第一次突变时是激光传感器由外圈的钢卷进入钢圈内孔。当然也能先将激光传感器移动至钢圈内孔,然后沿z轴上下各移动一次至激光传感器第一次有度数为止,分别得到第一焊接点坐标和第二焊接点坐标。
将激光传感器移动至第一焊接点和第二焊接点的中点,沿y轴方向移动激光传感器,得到第三焊接点和第四焊接点的坐标;
具体的,将激光传感器移动至第一焊接点和第二焊接点的中点,沿y轴正方向移动激光传感器,当检测到激光传感器读数第一次发生突变时,记录第一次发生突变时的坐标,即第三焊接点坐标;
沿y轴负方向移动激光传感器,当当检测到激光传感器读数第一次发生突变时,记录第一次发生突变时的坐标,即第四焊接点坐标。
需要说明的是,得到第一焊接点坐标和第二焊接点坐标是,激光传感器读数突变为有度数变为无度数,或者无法测量;而得到第三焊接坐标和第四焊接点坐标时,激光传感器读数突变为无度数变为有度数。在本实施例中,两者并不相同。
根据第三焊接点和第四焊接点的坐标计算得到钢卷一侧内孔的圆心坐标以及坐标偏转角,计算公式为:
圆心坐标计算公式:xo=(x3+x4)/2,yo=(y3+y4)/2,zo=(z3+z4)/2;
坐标偏转角计算公式:
其中,xo、yo和zo为圆心o的x轴、y轴和z轴坐标,x3、y3和z3为第三焊接点x轴、y轴和z轴坐标,x4、y4和z4为第四焊接点x轴、y轴和z轴坐标。
坐标偏转角用于偏转将第一空间直角坐标系得到第二空间直角坐标系,第二空间直角坐标系的x轴垂直于钢卷一侧的内孔所在平面;在此之前需要说明的是输送到转台上的钢卷面对机器人这一侧有时候并不一定与激光传感器发出的激光垂直,有可能以z轴为轴偏移一定角度。这时候不方便得到钢卷内孔的起始位置,以及不好进行点焊。所以需要重新以钢卷一侧所在的平面建立第二空间直角坐标系,使第二空间直角坐标系的yoz平面与钢卷一侧所在平面平行。
当求得坐标偏转角时,此时只需要:原点保持不变,将第一空间直角坐标系以z轴为旋转轴顺时针旋转θ°。
计算得到圆心、第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第二空间直角坐标系内的坐标;如图4所示,由于第二空间直角坐标系是由第一空间直角坐标系绕z轴顺时针旋转得到的,所以圆心、第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第二空间直角坐标系内的z坐标不变,为方便理解,图4只以xoy平面作为例子,计算公式为:
z'=z;
其中,(x',y',z')代表圆心、第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第二空间直角坐标系内的坐标,(x,y,z)代表圆心、第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第一空间直角坐标系内的坐标。
得到段焊坐标:根据圆心、第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第二空间直角坐标系内的坐标得到钢卷在内孔中的起始位置坐标;
根据圆心、第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第二空间直角坐标系内的坐标得到钢卷在内孔中的起始位置坐标包括:
在第二空间直角坐标系下,移动激光传感器以圆形轨迹移动,圆形轨迹以圆心在第二空间直角坐标系内的坐标为圆心,起点为第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第二空间直角坐标系内的坐标,以圆心到对应的起点的距离为半径;
当检测到激光传感器读数发生突变时,记录发送突变时的坐标,即钢卷在内孔中的起始位置坐标。
由于钢卷从里向外半径越来越大,因此按照上述方法画圆时,最靠近起始位置的点半径最小,以最小半径画圆时,激光传感器在起始位置读数一定会发生突变。这样就能确定起始位置的坐标。
焊接:移动焊枪到第一焊接点、第二焊接点、第三焊接点以及第四焊接点在第二空间直角坐标系内的坐标进行点焊以及移动焊枪到第二空间直角坐标系内钢卷在内孔中的起始位置坐标进行段焊,完成钢卷一侧内孔的焊接,控制焊枪以及激光传感器返回标定步骤时所在位置;
接收到转台旋转180°的信号,重复上述标定、得到点焊坐标、得到段焊坐标以及焊接的步骤。
本发明实施例提供的另一种钢卷焊接方法,通过利用钢卷的特性以及激光传感器测得四个焊接点的坐标,然后通过四个焊接点得到基于钢圈的第二空间直角坐标系,方便机器人焊接,并在第二空间直角坐标系中找到钢卷在内孔中的起始位置,进行段焊。全程自动化焊接,无需人进行操作,提高了焊接质量和焊接效率,并无需焊接工人,不会危害工人的健康。
一个实施例中,如图5所示,本发明还提供了一种钢卷焊接系统,包括机器人100、控制柜200以及钢卷300;
钢卷设于转台上,转台能够带动钢卷水平旋转180度;
控制柜与上位机201连接,控制整个系统的工作;
机器人设于行走轨道101上,机器人末端设有焊枪102和激光传感器103,焊枪用于焊接钢卷,激光传感器用于实时测量到钢卷的距离。
作为本发明实施例一种优选的实现方式,行走轨道包括工作位置和非工作位置,工作位置为机器人工作时的位置,非工作位置为机器人不工作时的位置。
作为本发明实施例一种优选的实现方式,还包括相机400,用于实时拍摄机器人在钢卷上的工作过程,相机与控制柜电连接。相机采用工业相机,具体安装位置可以安装在机器人上,也可以安装在车间的某一位置,不做具体要求,只要相机能够拍摄到机器人在钢卷上的工作工程即可,相机与控制柜电连接,实时传递画面,方便监控。
本发明实施例提供的一种钢卷焊接系统,利用激光传感器与集成于上位机所开发的算法,实现自动检测冷轧钢卷内孔所需焊接位置。
本系统利用焊接机器人系统、行走轨道、激光传感器、相机、上位机和控制柜等可对工件位置、圆心位置、钢带起头位置进行检测,并通过自动调整机器人位置,进行焊接操作,可根据板材厚度不同,设定不同检测、焊接参数,代替了传统的人工焊接方式,极大地提高了焊接质量和效率,且稳定可靠。
本发明实施例还提供了一种冷轧钢卷智能焊接系统,本系统主要包含几大模块:焊接机器人系统、行走轨道、激光检测系统、视觉传感系统、上位机检测系统。本系统可对工件位置、圆心位置、钢带起头位置进行检测,并通过自动调整机器人位置,进行焊接操作,可根据板材厚度不同,设定不同检测、焊接参数,焊接质量效率高、稳定可靠。
激光检测系统:对工件位置、圆心位置、钢带起头位置进行检测,
行走轨道:利用PLC控制机器人工作与非工作状态时得位置。
视觉传感系统:使机器人焊接状态实时的可视化。
上位机检测系统:用来集成由视觉传感系统传来的机器人焊接实时状态,同时与PLC和机器人相互通讯,调控整个焊接工作。包括根据板材厚度不同,设定不同检测、焊接参数。
机器人焊枪TCP和激光传感器TCP的标定、工具坐标系建立。
利用激光传感器与集成于上位机所开发的算法,实现自动检测冷轧钢卷内孔所需焊接位置。
1)钢卷运送到步进梁转台上面后,将发送信号给机器人,机器人沿滑轨向转台方向移动(激光传感器的射线最好与转台中心在一条直线上),移动至激光测距系统距离钢卷130mm以内时,激光传感器发送距离数据给机器人,机器人减速并停止,记录当前位置;
2)机器人带动激光传感器向上方移动,当激光传感器读数第一次发生突变时,则该点就是钢卷内孔下侧位置点(也为电焊位置1),记录该点1的位置坐标;继续带动激光传感器向上方移动,当激光传感器读数第二次发生突变时,则该点就是钢卷内孔上的上侧位置点(也为电焊位置2),记录该点2的位置坐标;
3)机器人带动激光传感器在圆心高度上左右移动,采用同样的方法找到内孔左侧位置点(电焊位置3)和右侧位置点(电焊位置4);通过点3和点4的坐标,得到内孔圆心的Y轴坐标数据;
4)基坐标系绕z轴旋转一定角度建立工件坐标系,工件坐标系与基坐标系的旋转角度可由点3和点4的坐标求的;
5)在工件坐标系中得到点1-4的新坐标,通过示教器手动操作得到四个点合适的轴配置和姿态,让机器人带动激光传感器通过四个点走圆形轨迹,确保激光传感器与内壁的距离在量程以内,并且激光传感器得射线始终与内孔直径方向一致。激光传感器读数发生突变时,即得到钢卷内孔薄板接头的位置,然后进行段焊。
6)将焊枪移出钢卷内孔,点焊钢卷内孔侧面位置点1-4.
7)完成钢卷一侧内孔的焊接,机器人回到初始位置。
8)旋转台旋转180°,重复(1)-6))。
本发明实施例提供的一种冷轧钢卷焊接系统,利用焊接机器人系统、行走轨道、激光检测系统、视觉传感系统、上位机检测系统等可对工件位置、圆心位置、钢带起头位置进行检测,并通过自动调整机器人位置,进行焊接操作,可根据板材厚度不同,设定不同检测、焊接参数,焊接质量效率高、稳定可靠。
可以理解的是,上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考,在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是,在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解,本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种钢卷焊接方法,其特征在于,包括:钢卷、焊枪以及激光传感器,所述焊枪以及所述激光传感器安装在机器人末端,所述钢卷焊接方法包括以下步骤:
标定:标定所述焊枪以及所述激光传感器的工具中心点,建立第一空间直角坐标系,所述第一空间直角坐标系x轴与所述激光传感器发射的激光平行;
得到点焊坐标:接收所述钢卷运送到转台上的信号;
移动所述激光传感器至测量位置,所述测量位置位于所述钢卷外,并能保证所述激光传感器测得与钢卷的距离;
沿z轴方向移动所述激光传感器,得到第一焊接点和第二焊接点坐标;
将所述激光传感器移动至第一焊接点和第二焊接点的中点,沿y轴方向移动所述激光传感器,得到第三焊接点和第四焊接点的坐标;
根据第三焊接点和第四焊接点的坐标计算得到所述钢卷一侧内孔的圆心坐标以及坐标偏转角,所述坐标偏转角用于偏转将所述第一空间直角坐标系得到第二空间直角坐标系,所述第二空间直角坐标系的x轴垂直于所述钢卷一侧的内孔所在平面;
计算得到所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标;
得到段焊坐标:根据所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标得到所述钢卷在内孔中的起始位置坐标;
焊接:移动所述焊枪到所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标进行点焊以及移动所述焊枪到所述第二空间直角坐标系内所述钢卷在内孔中的起始位置坐标进行段焊,完成所述钢卷一侧内孔的焊接,控制所述焊枪以及激光传感器返回标定步骤时所在位置;
接收到转台旋转180°的信号,重复上述标定、得到点焊坐标、得到段焊坐标以及焊接的步骤。
2.根据权利要求1所述的一种方法,其特征在于:所述沿z轴方向移动所述激光传感器,得到第一焊接点和第二焊接点坐标包括:
沿z轴方向移动所述激光传感器,当检测到所述激光传感器读数第一次发生突变时,记录第一次发生突变时的坐标,即第一焊接点坐标;
继续沿z轴方向移动所述激光传感器,当检测到所述激光传感器读数再次发生突变时,记录发生再次发生突变时的坐标,即第二焊接点坐标。
3.根据权利要求1所述的一种方法,其特征在于:所述将所述激光传感器移动至第一焊接点和第二焊接点的中点,沿y轴方向移动所述激光传感器,得到第三焊接点和第四焊接点的坐标包括:
将所述激光传感器移动至第一焊接点和第二焊接点的中点,沿y轴正方向移动所述激光传感器,当检测到所述激光传感器读数第一次发生突变时,记录第一次发生突变时的坐标,即第三焊接点坐标;
沿y轴负方向移动所述激光传感器,当所述当检测到所述激光传感器读数第一次发生突变时,记录第一次发生突变时的坐标,即第四焊接点坐标。
4.根据权利要求1所述的一种方法,其特征在于:所述根据第三焊接点和第四焊接点的坐标计算得到所述钢卷一侧内孔的圆心坐标以及坐标偏转角的计算公式为:
圆心坐标计算公式:xo=(x3+x4)/2,yo=(y3+y4)/2,zo=(z3+z4)/2;
坐标偏转角计算公式:
其中,xo、yo和zo为圆心o的x轴、y轴和z轴坐标,x3、y3和z3为所述第三焊接点x轴、y轴和z轴坐标,x4、y4和z4为所述第四焊接点x轴、y轴和z轴坐标。
5.根据权利要求4所述的一种方法,其特征在于:所述坐标偏转角用于偏转所述第一空间直角坐标系得到第二空间直角坐标系包括:原点保持不变,将所述第一空间直角坐标系以z轴为旋转轴顺时针旋转θ°。
6.根据权利要求5所述的一种方法,其特征在于:所述计算得到所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标的计算公式为:
z'=z;
其中,(x',y',z')代表所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标,(x,y,z)代表所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第一空间直角坐标系内的坐标。
7.根据权利要求1所述的一种方法,其特征在于:所述根据所述圆心、所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标得到所述钢卷在内孔中的起始位置坐标包括:
在所述第二空间直角坐标系下,移动所述激光传感器以圆形轨迹移动,所述圆形轨迹以所述圆心在所述第二空间直角坐标系内的坐标为圆心,起点为所述第一焊接点、所述第二焊接点、所述第三焊接点以及所述第四焊接点在所述第二空间直角坐标系内的坐标,以所述圆心到对应的起点的距离为半径;
当检测到所述激光传感器读数发生突变时,记录发送突变时的坐标,即所述钢卷在内孔中的起始位置坐标。
8.一种用于执行权利要求1-7任一项所述方法的钢卷焊接系统,其特征在于,包括机器人、控制柜以及钢卷;
所述钢卷设于转台上,所述转台能够带动所述钢卷水平旋转180度;
所述控制柜与上位机连接,控制整个系统的工作;
所述机器人设于行走轨道上,所述机器人末端设有焊枪和激光传感器,所述焊枪用于焊接钢卷,所述激光传感器用于实时测量到钢卷的距离。
9.根据权利要求8所述的一种系统,其特征在于:所述行走轨道包括工作位置和非工作位置,所述工作位置为所述机器人工作时的位置,所述非工作位置为所述机器人不工作时的位置。
10.根据权利要求8所述的一种系统,其特征在于:还包括相机,用于实时拍摄所述机器人在所述钢卷上的工作过程,所述相机与所述控制柜电连接。
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