CN111318782B - 一种标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，将焊接机器人、焊枪、激光传感器安装调试到准备焊接的状态，金属平板放在焊接工作台上；用人工示教的方法将机器人焊枪运动到金属平板中央一个可以起弧的位置，将该点记录或覆盖为P1点；用人工示教的方法将机器人焊枪运动到安全点；将标定方法写成执行步骤，机器人自动执行并输出矢量T，本发明的标定机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，通过机器人自动执行，无需人为干预。
Description
技术领域
本发明涉及机器人激光焊接领域，尤其涉及机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的标定方法。
背景技术
激光焊缝跟踪传感器广泛用于船用管焊机器人焊接领域，用于在焊接过程中实时纠正焊接轨迹的偏移。为了将激光焊缝跟踪传感器的参数准确应用到机器人的轨迹纠偏中，必须在安装激光焊缝跟踪传感器后首先进行手眼标定。现在通用的标定方法很多，必须人工干预，另外标定过程中都需要特定的标定工具。
发明内容
为了解决现有技术中人工干预的问题，本发明提供一种标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法。
本发明的技术方案如下：
一种标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，包括如下步骤：
步骤1：将焊接机器人、焊枪、激光传感器安装调试到准备焊接的状态，激光传感器连接在焊枪外侧，焊枪、激光传感器与机器人建立通信，金属平板平放在焊接工作台上；
步骤2：用人工示教的方法将机器人焊枪运动到金属平板中央一个可以起弧的位置，将该点记录或覆盖为P1点；
步骤3：用人工示教的方法将机器人焊枪运动到安全点；
步骤4：将标定方法写成执行步骤，机器人自动执行并输出矢量T，执行步骤为：
首先，读取焊接点P1(x1,y1,z1)，机器人焊枪从安全点出发，移动到P1位置，开始焊接并原地送丝1-4s，结束焊接，在金属平板上形成圆球状的焊点；
其次，在机器人坐标系下，机器人焊枪向x轴正方向运动，速度为3-8mm/s，激光焊缝跟踪传感器连续扫描，机器人焊枪向x轴正方向运动过程中，机器人控制系统每收到一个传感器的数据，都和上一组数据的z值比较，若当前z值更大，则记录当前的数据以及当前机器人的坐标值，清除上一组数据，直至前一个z值更大，则不记录当前数据，保留上一组数据，传感器停止扫描，将轮廓线最高点的坐标记为(x,z)，机器人的坐标记为(x0,y0,z0)；
最后，根据轮廓线上最高点的坐标和机器人的坐标求解P2，P2＝(x0,y0+x,z0+z)，根据激光传感器到焊枪的空间矢量T＝P1-P2，输出T。
进一步的，所述步骤2人工示教记录P1点时，要调节焊枪的姿态，让焊枪垂直于金属平板，焊枪外侧沿着机器人的x轴负方向，也就是焊枪中心与传感器原点的连线平行于机器人坐标系的x轴，并且传感器在机器人坐标系下的x坐标小于焊枪的x坐标。
进一步的所述步骤1的金属平板与焊枪所用的焊丝材料相同或相似，金属平板的形状为长宽都大于100mm的矩形，或直径大于100mm的圆，或包含100mm*100mm矩形的任意形状。
进一步的，所述步骤4中原地送丝的时间优选2s。
进一步的，所述步骤4中焊枪x轴正方向运动速度优选为5mm/s。
本发明的有益效果：
本发明的标定机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，采用金属平板，材料只要与焊枪所用的焊丝相同或相似即可，人工示教后，机器人自动执行标定步骤，通过编写代码来实现，整个标定过程自动进行，无需人为干预。
附图说明
图1为本发明机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的系统装配示意图。
图2为本发明标定时焊枪、焊点、激光焊缝跟踪传感器的移动方向示意图。
图中，1机器人本体，2激光焊缝跟踪传感器，3焊枪，4金属平板，5焊点，6x轴正方向。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述。
本发明所用的标定工具为一块普通的金属平板4，材料与焊枪所用的焊丝相同或相似，可在该金属平板4上焊接即可。金属平板4的形状为长宽都大于100mm的矩形，或直径大于100mm的圆，或包含100mm*100mm矩形的其他形状。
激光焊缝跟踪传感器2安装在焊枪3的外端，与焊枪3保持一个相对固定的距离。焊枪3与激光焊缝跟踪传感器2的手眼标定，就是获取焊枪3与激光焊缝跟踪传感器2的相对位置关系，也就是求解激光传感器到焊枪的空间矢量T。这样激光焊缝跟踪传感器2输出的目标点的坐标P，通过矢量加法P+T，得到的就是目标点相对于焊枪的坐标。
本发明利用原地焊接点5为类似球形的形状，最高的地方就是焊点5的中心，即焊枪所在的位置，从而获取焊枪2在焊点5中心正上方的坐标P1。激光焊缝跟踪传感器2通过扫描物体表面，可以输出轮廓线上最高点位置，因此也就可以找到焊点5的中心，从而获取传感器在焊点5中心正上方的坐标P2。利用公式P2-P1＝T，从而求解出T，实现标定。
本发明在对焊枪3与激光焊缝传感器2手眼标定前，焊枪3、激光焊缝跟踪传感器2都已完成安装，传感器2和机器人1的控制系统可以正常通信。焊接机器人1能够正常焊接。
本发明用的激光焊缝跟踪传感器2以量程为50mm为例，与焊枪3的相对距离以10～100mm为例。对于其他量程和相对距离的情况，原理也适用。
实施例1：本发明的一种标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，包括以下步骤：
(1)将焊接机器人1设备准备好，激光传感器2安装调试好，与机器人1建立通信。将金属平板4平放在焊接工作台上，将焊接设备调到准备焊接的状态。
(2)用人工示教的方法将机器人焊枪3运动到金属平板4中央一个可以起弧的位置，将该点记录或覆盖为P1点。调节焊枪3的姿态，要让焊枪3垂直于金属平板4，焊枪3外侧沿着机器人1的x轴负方向。也就是焊枪3中心与传感器2原点的连线平行于机器人坐标系的x轴，并且传感器在机器人坐标系下的x坐标小于焊枪的x坐标。
(3)用人工示教的方法将机器人焊枪3运动到安全点。
(4)读取焊接点P1(x1,y1,z1)，机器人焊枪3从安全点出发，移动到P1位置，开始焊接并原地送丝1-4秒，结束焊接，在金属平板上形成圆球状的焊点5。
(5)激光焊缝跟踪传感器2开始连续扫描，模式设置为输出轮廓线上最高点的坐标(x,z)。
(6)机器人焊枪3向x轴正方向6运动，速度为3-8mm/s，机器人控制系统每收到一个传感器2的数据，都和上一组数据的z值比较，若当前z值更大，则记录当前的数据(x,z)，以及当前机器人的坐标值(x0,y0,z0)，清除上一组数据，直至前一个z值更大，则不记录当前数据，保留上一组数据，传感器2停止扫描，机器人回到安全点。
本步骤中机器人焊枪向x轴正方向还是x轴负方向运动并没有严格的限定，根据焊点所在坐标系内的位置，确定焊枪向x轴正方向还是x轴负方向运动。
(7)求解P2，P2＝(x0,y0+x,z0+z)。
(8)根据激光传感器2到焊枪3的空间矢量T＝P1-P2，输出T。
实施例2：本发明的一种标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，包括以下步骤：
(1)将焊接机器人1设备准备好，激光传感器2安装调试好，与机器人1建立通信。将金属平板4平放在焊接工作台上，将焊接设备调到准备焊接的状态。
(2)用人工示教的方法将机器人焊枪3运动到金属平板4中央一个可以起弧的位置，将该点记录或覆盖为P1点。调节焊枪3的姿态，要让焊枪3垂直于金属平板4，焊枪3外侧沿着机器人1的x轴负方向。也就是焊枪3中心与传感器2原点的连线平行于机器人坐标系的x轴，并且传感器在机器人坐标系下的x坐标小于焊枪的x坐标。
(3)用人工示教的方法将机器人焊枪3运动到安全点。
(4)读取焊接点P1(x1,y1,z1)，机器人焊枪3从安全点出发，移动到P1位置，开始焊接并原地送丝4秒，结束焊接，在金属平板上形成圆球状的焊点5。
(5)激光焊缝跟踪传感器2开始连续扫描，模式设置为输出轮廓线上最高点的坐标(x,z)。
(6)机器人焊枪3向x轴正方向6运动，速度为3mm/s，机器人控制系统每收到一个传感器2的数据，都和上一组数据的z值比较，若当前z值更大，则记录当前的数据(x,z)，以及当前机器人的坐标值(x0,y0,z0)，清除上一组数据，直至前一个z值更大，则不记录当前数据，保留上一组数据，传感器2停止扫描，机器人回到安全点。
本步骤中机器人焊枪向x轴正方向还是x轴负方向运动并没有严格的限定，根据焊点所在坐标系内的位置，确定焊枪向x轴正方向还是x轴负方向运动。
(7)求解P2，P2＝(x0,y0+x,z0+z)。
(8)根据激光传感器2到焊枪3的空间矢量T＝P1-P2，输出T。
实施例3：本发明的一种标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，包括以下步骤：
(1)将焊接机器人1设备准备好，激光传感器2安装调试好，与机器人1建立通信。将金属平板4平放在焊接工作台上，将焊接设备调到准备焊接的状态。
(2)用人工示教的方法将机器人焊枪3运动到金属平板4中央一个可以起弧的位置，将该点记录或覆盖为P1点。调节焊枪3的姿态，要让焊枪3垂直于金属平板4，焊枪3外侧沿着机器人1的x轴负方向。也就是焊枪3中心与传感器2原点的连线平行于机器人坐标系的x轴，并且传感器在机器人坐标系下的x坐标小于焊枪的x坐标。
(3)用人工示教的方法将机器人焊枪3运动到安全点。
(4)读取焊接点P1(x1,y1,z1)，机器人焊枪3从安全点出发，移动到P1位置，开始焊接并原地送丝1秒，结束焊接，在金属平板上形成圆球状的焊点5。
(5)激光焊缝跟踪传感器2开始连续扫描，模式设置为输出轮廓线上最高点的坐标(x,z)。
(6)机器人焊枪3向x轴正方向6运动，速度为8mm/s，机器人控制系统每收到一个传感器2的数据，都和上一组数据的z值比较，若当前z值更大，则记录当前的数据(x,z)，以及当前机器人的坐标值(x0,y0,z0)，清除上一组数据，直至前一个z值更大，则不记录当前数据，保留上一组数据，传感器2停止扫描，机器人回到安全点。
本步骤中机器人焊枪向x轴正方向还是x轴负方向运动并没有严格的限定，根据焊点所在坐标系内的位置，确定焊枪向x轴正方向还是x轴负方向运动。
(7)求解P2，P2＝(x0,y0+x,z0+z)。
(8)根据激光传感器2到焊枪3的空间矢量T＝P1-P2，输出T。
实施例4：本发明的一种标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，包括以下步骤：
(1)将焊接机器人1设备准备好，激光传感器2安装调试好，与机器人1建立通信。将金属平板4平放在焊接工作台上，将焊接设备调到准备焊接的状态。
(2)用人工示教的方法将机器人焊枪3运动到金属平板4中央一个可以起弧的位置，将该点记录或覆盖为P1点。注意调节焊枪3的姿态，要让焊枪3垂直于金属平板4，焊枪3外侧沿着机器人1的x轴负方向。也就是焊枪3中心与传感器2原点的连线平行于机器人坐标系的x轴，并且传感器在机器人坐标系下的x坐标小于焊枪的x坐标。
(3)用人工示教的方法将机器人焊枪3运动到安全点。
(4)读取焊接点P1(x1,y1,z1)，机器人焊枪3从安全点出发，移动到P1位置，开始焊接并原地送丝2秒，结束焊接，在金属平板上形成圆球状的焊点5。
(5)激光焊缝跟踪传感器2开始连续扫描，模式设置为输出轮廓线上最高点的坐标(x,z)。
(6)机器人焊枪3向x轴正方向6运动，速度为5mm/s，机器人控制系统每收到一个传感器2的数据，都和上一组数据的z值比较，若当前z值更大，则记录当前的数据(x,z)，以及当前机器人的坐标值(x0,y0,z0)，清除上一组数据，直至前一个z值更大，则不记录当前数据，保留上一组数据，传感器2停止扫描，机器人回到安全点。
本步骤中机器人焊枪向x轴正方向还是x轴负方向运动并没有严格的限定，根据焊点所在坐标系内的位置，确定焊枪向x轴正方向还是x轴负方向运动。
(7)求解P2，P2＝(x0,y0+x,z0+z)。
(8)根据激光传感器2到焊枪3的空间矢量T＝P1-P2，输出T。
实施例5：根据实施例1-4任一项，金属平板与焊枪所用的焊丝材料相同或相似，金属平板的形状为长宽都大于100mm的矩形，或直径大于100mm的圆，或包含100mm*100mm矩形的任意形状。
实施例6：根据实施例1-5任一项，步骤4中在P1原地送丝的时间为2s。
实施例7：根据实施例1-6任一项，步骤4中机器人焊枪x轴正方向运动速度为5mm/s。
上述标定步骤可以编写代码来实现，整个标定过程可以完全自动进行，无需人为干预。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明内容所作的等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，其特征是包括如下步骤：
步骤1：将焊接机器人、焊枪、激光传感器安装调试到准备焊接的状态，激光传感器连接在焊枪外侧，焊枪、激光传感器与机器人建立通信，金属平板平放在焊接工作台上；
步骤2：用人工示教的方法将机器人焊枪运动到金属平板中央一个可以起弧的位置，将该点记录或覆盖为P1点；
步骤3：用人工示教的方法将机器人焊枪运动到安全点；
步骤4：将标定方法写成执行步骤，机器人自动执行并输出矢量T，执行步骤为：
首先，读取步骤2的起弧点P1坐标(x1, y1, z1)，机器人焊枪从安全点出发，移动到起弧点P1位置，焊枪垂直金属平板开始焊接并原地送丝1-4s，结束焊接，在金属平板上形成圆球状的焊点，所述起弧点P1坐标即为焊枪在焊点中心正上方坐标；
其次，在机器人坐标系下，机器人焊枪向x轴正方向运动，速度为3-8mm/s，激光焊缝跟踪传感器连续扫描，机器人焊枪向x轴正方向运动过程中，机器人控制系统每收到一个传感器的数据，都和上一组数据的z值比较，若当前z值更大，则记录当前的数据以及当前机器人的坐标值，清除上一组数据，直至前一个z值更大，则不记录当前数据，保留上一组数据，传感器停止扫描，将轮廓线最高点的坐标记为(x, z)，机器人的坐标记为(x0, y0, z0)；
最后，根据轮廓线上最高点的坐标和机器人的坐标求解P2，P2=(x0, y0+x, z0+z)，所述P2为激光传感器在焊点中心正上方的坐标，根据激光传感器到焊枪的空间矢量T=P1-P2，输出T。
2.根据权利要求1所述的标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，其特征在于所述步骤2人工示教记录P1点时，要调节焊枪的姿态，让焊枪垂直于金属平板，焊枪外侧沿着机器人的x轴负方向，也就是焊枪中心与传感器原点的连线平行于机器人坐标系的x轴，并且传感器在机器人坐标系下的x坐标小于焊枪的x坐标。
3.根据权利要求1所述的标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，其特征在于所述步骤1的金属平板与焊枪所用的焊丝材料相同或相似，金属平板的形状为长宽都大于100mm的矩形，或直径大于100mm的圆，或包含100mm*100mm矩形的任意形状。
4.根据权利要求1所述的标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，其特征在于所述步骤4中原地送丝的时间优选2s。
5.根据权利要求1所述的标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法，其特征在于所述步骤4中焊枪x轴正方向运动速度优选为5mm/s。
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