CN111069740B - 机器人焊接过程柔性控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了机器人焊接过程柔性控制方法及系统，所述控制方法包括以下步骤：步骤一、在上位机中设定控制指令，并将所述控制指令烧写至PLC控制系统中；步骤二、PLC控制系统进行系统初始化，并打开机器人数据流接口RSI，按照控制指令控制机器人控制系统开始焊接；步骤三、计算出机器人修正距离，并实时反馈给机器人控制系统；步骤四、机器人控制系统通过机器人修正距离实时调整焊接高度；步骤五、启动焊缝中心跟踪，依靠电弧摄像来手动实时调节焊缝中心；步骤六、焊接过程结束。本发明既可以进行自动的电弧跟踪，又可以手动干涉焊接过程，进行焊缝跟踪，对于复杂结构件，该方法可以支持复杂焊路的焊接，相对于现有技术更加精准快捷。

Description

机器人焊接过程柔性控制方法及系统
技术领域
本发明涉及机器人焊接过程柔性控制方法及系统，属于机械装备制造领域。
背景技术
复杂结构件的机器人过程柔性焊接技术是航空航天、轨道交通等高端装备制造领域的亟需关键技术。目前，国内机器人焊接工作站或多机器人协作焊接生产线大多都是建立在焊前焊接路径规划(示教编程)为前提的基本应用技术，焊接过程中因工件变形而出现的焊接路径偏差只能通过配备的激光跟踪系统或电弧跟踪系统来进行跟踪和修正，但这仅局限于可达性较好的简单工件的焊接，对于航空航天等关键领域的复杂结构件，因焊接路径过于复杂，激光或电弧跟踪系统基本失效，亟需开发具备人工实时干预功能的高柔高可靠机器人焊接技术。
截止目前，国内外机器人工作站或生产线大多都是建立在焊前焊接路径规划(示教编程)为前提的基本应用，针对基于电弧摄像的机器人行走路径实时人工干预技术的研究相对较少；而对于多外部轴协调控制的机器人高柔性控制技术，国外如IGM、克鲁斯等公司走在了世界前列，我国虽然也进行了相关技术的研发工作，但和国外相比还有不小差距。随着我国工业化进程的持续推进，个性化制造和智能制造的兴起，关键复杂结构件的焊接对机器人过程柔性焊接技术的需求会愈加明显，因此，潜心对机器人应用基础技术进行研究，通过对机器人进行二次开发，攻克机器人焊接过程柔性控制技术壁垒意义重大。
发明内容
本发明提出了机器人焊接过程柔性控制方法及系统，其目的就是解决现有的机器人焊接工作站只能通过配备的激光跟踪系统或电弧跟踪系统来进行跟踪和修正，仅能局限于可达性较好的简单工件的焊接的问题。
机器人焊接过程柔性控制系统，所述控制系统包括上位机、PLC控制系统、机器人控制系统和焊接系统，其中，
上位机，用于编写和实时调整控制命令，将所述控制命令烧写至PLC中，并通过比较实际电弧高度和设定电弧高度，计算出机器人修正距离，并实时反馈给机器人控制系统；
PLC控制系统，用于根据烧写至PLC中的控制命令，控制焊接过程运行，并在焊接过程中，实时输出设定电弧高度至上位机；
机器人控制系统，用于根据PLC控制系统的控制命令和上位机的机器人修正距离实时调整焊接高度；
焊接系统，用于受机器人控制系统带动进行焊接，并向上位机实时输出实际电弧高度。
进一步的，所述焊接系统，还用于电弧摄像，为焊缝中心跟踪提供基础。
进一步的，所述实时调整控制命令，用于实时调整电流、电压、送丝速度和送气流量。
进一步的，PLC控制系统与机器人控制系统之间为双向PROFINET通讯，机器人控制系统和焊接系统之间为双向ETHERCAT通讯。
进一步的，所述控制系统还包括数据采集系统，所述数据采集系统用于记录各项数据。
机器人焊接过程柔性控制方法，应用于上述的机器人焊接过程柔性控制系统，所述控制方法包括以下步骤：
步骤一、在上位机中设定控制指令，并将所述控制指令烧写至PLC控制系统中；
步骤二、PLC控制系统进行系统初始化，并打开机器人数据流接口RSI，按照控制指令控制机器人控制系统开始焊接；
步骤三、启动电弧跟踪，焊接系统实时反馈实际电弧高度，PLC控制系统实时同步输出设定电弧高度，通过比较实际电弧高度和设定电弧高度，计算出机器人修正距离，并实时反馈给机器人控制系统；
步骤四、机器人控制系统通过机器人修正距离实时调整焊接高度；
步骤五、与步骤三同步启动焊缝中心跟踪，依靠电弧摄像来手动实时调节焊缝中心，实现水平对中；
步骤六、焊接结束后，停止电弧跟踪和焊缝中心跟踪，判断机器人是否复位，若是，则关闭机器人数据流接口RSI，焊接过程结束；否则，通过机器人数据流接口RSI复位机器人，随后关闭机器人数据流接口RSI，焊接过程结束。
本发明的主要优点是：本发明的机器人焊接过程柔性控制方法，既可以进行自动的电弧跟踪，又可以手动干涉焊接过程，进行焊缝跟踪，对于复杂结构件，该方法可以支持复杂焊接路径的多段变参数焊接，相对于现有技术更加精准快捷。焊接工艺成型和焊接质量更加优化。
附图说明
图1为机器人焊接过程柔性控制系统示意图；
图2为程序流程控制图；
图3为机器人、焊机与PLC网络组态图；
图4为PLC模块组态图；
图5为RSI流程控制图；
图6为电弧摄像焊缝熔池图片；
图7为实时参数调整界面；
图8为分段参数设置界面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图2所示，本发明提出了机器人焊接过程柔性控制方法的一实施例，所述控制方法包括以下步骤：
步骤一、在上位机中设定控制指令，并将所述控制指令烧写至PLC控制系统中；
步骤二、PLC控制系统进行系统初始化，并打开机器人数据流接口RSI，按照控制指令控制机器人控制系统开始焊接；
步骤三、启动电弧跟踪，焊接系统实时反馈实际电弧高度，PLC控制系统实时同步输出设定电弧高度，通过比较实际电弧高度和设定电弧高度，计算出机器人修正距离，并实时反馈给机器人控制系统；
步骤四、机器人控制系统通过机器人修正距离实时调整焊接高度；
步骤五、与步骤三同步启动焊缝中心跟踪，依靠电弧摄像来手动实时调节焊缝中心，实现水平对中；
步骤六、焊接结束后，停止电弧跟踪和焊缝中心跟踪，判断机器人是否复位，若是，则关闭机器人数据流接口RSI，焊接过程结束；否则，通过机器人数据流接口RSI复位机器人，随后关闭机器人数据流接口RSI，焊接过程结束。
参照图1所示，具体的，本发明的机器人控制系统为6轴机器人和L型变位机组成，焊接系统采用TIG焊机。
机器人焊接过程柔性控制系统，应用于上述的机器人焊接过程柔性控制方法，所述控制系统包括上位机、PLC控制系统、机器人控制系统和焊接系统，其中，
上位机，用于编写和实时调整控制命令，将所述控制命令烧写至PLC中，并通过比较实际电弧高度和设定电弧高度，计算出机器人修正距离，并实时反馈给机器人控制系统；
PLC控制系统，用于根据烧写至PLC中的控制命令，控制焊接过程运行，并在焊接过程中，实时输出设定电弧高度至上位机；
机器人控制系统，用于根据PLC控制系统的控制命令和上位机的机器人修正距离实时调整焊接高度；
焊接系统，用于受机器人控制系统带动进行焊接，并向上位机实时输出实际电弧高度。
在本部分优选实施例中，所述焊接系统，还用于电弧摄像，为焊缝中心跟踪提供基础。
在本部分优选实施例中，所述实时调整控制命令，包括实时调整电流、电压、送丝速度、送气流量等焊接参数。
在本部分优选实施例中，PLC控制系统与机器人控制系统之间为双向PROFINET通讯，机器人控制系统和焊接系统之间为双向ETHERCAT通讯。
在本部分优选实施例中，所述控制系统还包括数据采集系统，所述数据采集系统用于进行数据传递和记录。
具体实施例：
参照图3-图4所示，本控制技术数据通讯基于工业以太网络，设备网络组态由工业交换机将PLC、机器人、焊机连接到一起组成工业网络，通讯速率可达100M/S，对于实时控制有着很高的响应速度。PLC为控制系统核心设备，通过CPU和外围IO组态电路如图4所示。
参照图5所示，PLC与机器人的信号流交互通过RSIVISUAL软件编制，图5为RSI程序图，机器人基坐标的X、Y、Z值通过与PLC的信号流实时改变。
参照图6所示，焊接过程中可以通过电弧摄像来观察焊缝中心，通过RSI信号流实时改变焊缝中心从而实现焊缝的对中。焊缝高度方向调整通过电弧的反馈值与设定值差值的整定值来实现。
参照图7-图8所示，焊接电流、电压、焊缝X、Y方向可通过人机界面实时干预调整，图7为实时参数调整界面，焊接程序共分为7段，可以在焊接过程实时调用改变焊接段参数，图8为分段参数设置界面。
机器人执行过程程序代码如下：
机器人KRL程序代码
Figure BDA0002333844170000041
Figure BDA0002333844170000051
该发明有效的提高了机器人焊接过程的柔性，并对最终的焊接工艺有着重要的影响和改进，该发明的效果及主要技术参数如下：
1.焊接过程中实时修改焊接速度和焊机参数；
2.焊接过程中手动干预机器人运行轨迹；
3.焊缝对中精度±0.1mm；
4.焊缝跟踪精度±0.1V；
5.复杂几何形状钛合金薄板(壁厚1mm和1.5mm)TIG对接焊工艺要求：
焊缝X射线检验一级片，熔宽和熔深均匀一致，要求(1)壁厚0.8mm-1.0mm焊缝正面宽度不大于6mm，背面余高不大于0.2mm；(2)壁厚1.0mm-1.5mm焊缝正面宽度不大于8mm，背面余高不大于0.4mm；
本发明提出的控制方法及系统，中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司已经应用，设备具有电弧高度跟踪功能、焊缝实时对中功能、焊接参数实时调整功能、焊前调整和焊接防撞等功能，厂家对该设备相关技术参数已经验收，该设备的高度柔性化控制技术得到了厂家的高度认可，目前使用良好。

Claims (6)

1.机器人焊接过程柔性控制系统，其特征在于，所述控制系统包括上位机、PLC控制系统、机器人控制系统和焊接系统，其中，
上位机，用于编写和实时调整控制命令，将所述控制命令烧写至PLC中，并通过比较实际电弧高度和设定电弧高度，计算出机器人修正距离，并实时反馈给机器人控制系统；
PLC控制系统，用于根据烧写至PLC中的控制命令，控制焊接过程运行，并在焊接过程中，实时输出设定电弧高度至上位机；
机器人控制系统，用于根据PLC控制系统的控制命令和上位机的机器人修正距离实时调整焊接高度；
焊接系统，用于受机器人控制系统带动进行焊接，并向上位机实时输出实际电弧高度。
2.根据权利要求1所述的机器人焊接过程柔性控制系统，其特征在于，所述焊接系统，还用于电弧摄像，为焊缝中心跟踪提供基础。
3.根据权利要求1所述的机器人焊接过程柔性控制系统，其特征在于，所述实时调整控制命令，用于实时调整电流、电压、送丝速度和送气流量。
4.根据权利要求1所述的机器人焊接过程柔性控制系统，其特征在于，PLC控制系统与机器人控制系统之间为双向PROFINET通讯，机器人控制系统和焊接系统之间为双向ETHERCAT通讯。
5.根据权利要求1所述的机器人焊接过程柔性控制系统，其特征在于，所述机器人焊接过程柔性控制系统还包括数据采集系统，所述数据采集系统用于记录各项数据。
6.机器人焊接过程柔性控制方法，利用权利要求1-4任一项所述的机器人焊接过程柔性控制系统，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
步骤一、在上位机中设定控制指令，并将所述控制指令烧写至PLC控制系统中；
步骤二、PLC控制系统进行系统初始化，并打开机器人数据流接口RSI，按照控制指令控制机器人控制系统开始焊接；
步骤三、启动电弧跟踪，焊接系统实时反馈实际电弧高度，PLC控制系统实时同步输出设定电弧高度，通过比较实际电弧高度和设定电弧高度，计算出机器人修正距离，并实时反馈给机器人控制系统；
步骤四、机器人控制系统通过机器人修正距离实时调整焊接高度；
步骤五、启动焊缝中心跟踪，依靠电弧摄像来手动实时调节焊缝中心，实现水平对中；
步骤六、焊接结束后，停止电弧跟踪和焊缝中心跟踪，判断机器人是否复位，若是，则关闭机器人数据流接口RSI，焊接过程结束；否则，通过机器人数据流接口RSI复位机器人，随后关闭机器人数据流接口RSI，焊接过程结束。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114166252B (zh) * 2022-02-10 2022-05-10 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种工业机器人集成系统综合定位精度测试方法
GB2622622A (en) * 2022-09-23 2024-03-27 Rolls Royce Plc Robot control

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102554406B (zh) * 2011-12-27 2016-06-01 上海空间推进研究所 一种氩弧焊电弧高度控制装置
JP5452639B2 (ja) * 2012-01-23 2014-03-26 コータキ精機株式会社 母材加工装置におけるトーチ高さ保持装置
JP6755709B2 (ja) * 2016-05-18 2020-09-16 株式会社東芝 溶接装置及び溶接方法
CN205660280U (zh) * 2016-06-13 2016-10-26 刘文斌 一种自动调整焊枪高度及左右位置的焊缝跟踪系统
CN108515257A (zh) * 2018-06-11 2018-09-11 济南细川环保设备有限公司 一种氩弧焊机器人
CN109732178B (zh) * 2019-01-21 2024-02-09 南昌大学 一种焊接机器人系统数据采集和运动控制部分的设计方法
CN109604767B (zh) * 2019-01-30 2021-01-26 浙江师范大学 用于厚板窄间隙gma机器人的智能焊接控制系统及方法

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