CN111318783B - 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

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 Download PDF

Info

Publication number
CN111318783B
CN111318783B CN202010230400.7A CN202010230400A CN111318783B CN 111318783 B CN111318783 B CN 111318783B CN 202010230400 A CN202010230400 A CN 202010230400A CN 111318783 B CN111318783 B CN 111318783B
Authority
CN
China
Prior art keywords
robot
welding gun
welding
coordinate
laser
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.)
Active
Application number
CN202010230400.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111318783A (zh
Inventor
景岩
饶洪华
陈昱杉
魏世海
康承飞
梁桉洋
杨心江
隋志高
张家林
石长柏
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.)
Shaanxi Silk Road Robot Intelligent Manufacturing Research Institute Co ltd
Original Assignee
Shaanxi Silk Road Robot Intelligent Manufacturing Research Institute Co ltd
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 Shaanxi Silk Road Robot Intelligent Manufacturing Research Institute Co ltd filed Critical Shaanxi Silk Road Robot Intelligent Manufacturing Research Institute Co ltd
Priority to CN202010230400.7A priority Critical patent/CN111318783B/zh
Publication of CN111318783A publication Critical patent/CN111318783A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111318783B publication Critical patent/CN111318783B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
    • 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
    • B23K9/124—Circuits or methods for feeding welding wire

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，采用金属平板上开一个45～135°的豁口，利用焊接的电源的触碰寻位功能，在标定板的豁口上寻找3个点，根据几何原理求解出豁口的尖端点坐标P1，再利用激光传感器输出最低点坐标模式求得P2，最后求得手眼标定的空间矢量T。本发明在人工示教后，机器人自动执行预先设定的手眼标定的步骤，整个标定过程自动进行，无需人为干预。

Description

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
技术领域
本发明涉及机器人电弧焊接领域，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，但都需要人工干预，且都需要特定的标定工具。
发明内容
为了解决现有技术中对激光焊缝跟踪传感器标定的人工干预，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：准备标定工具：标定工具为一块边长大于100mm、厚度5～30mm的矩形金属平板，在一侧开一个角度为45～135°、长30～50mm的豁口；
步骤2：将焊接机器人、焊枪、激光焊缝跟踪传感器安装调试好，将金属平板平放在焊接工作台上，豁口的朝向以为机器人坐标系下的x轴正方向为例；
步骤3：设定标定运动起始点P0：用人工示教的方法将机器人焊枪运动到标定平板豁口外侧10～30mm的位置，焊枪的高度保证焊丝尖端比标定板的上表面低2～10mm，焊枪垂直于金属板，焊枪外侧沿着机器人x轴上与豁口相反的方向，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，将该点记录或覆盖为P0点；
步骤4：用人工示教的方法将机器人焊枪运动到安全点；
步骤5：机器人自动执行预先设定的手眼标定的步骤，输出的矢量T的值即为标定结果；所述预先设定的手眼标定的步骤为：
(1)读取运动起始点P0(x0,y0,z0)，机器人焊枪从安全点出发，移动到P0位置，机器人焊枪沿着矢量(1,1,0)的方向运动，速度为1-5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，0表示焊丝与工件未接触，1表示焊丝与工件接触，则立刻记录当前位置Pa(xa,ya,z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置；
(2)机器人焊枪从P0位置沿着矢量(1,-1,0)的方向运动，速度为1-5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，则立刻记录当前位置Pb(xb,yb,z0)，机器人焊枪向回运动到Pd(x0+s,y0,z0)位置，Pd位于P0和P1之间，s是Pd与P0在x轴的距离；
(3)机器人焊枪从Pd(x0+s,y0,z0)位置沿着矢量(1,1,0)的方向运动，速度为1-5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，则立刻记录当前位置Pc(xc,yc,z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置；
(4)机器人向z轴正方向运动10mm-40mm，激光焊缝跟踪传感器开始连续扫描，模式设置为输出轮廓线上最低点的坐标(x,z)，机器人焊枪向x轴正方向运动，速度为1-5mm/s，输出轮廓线上最低点的坐标(x,z)和最低点时机器人的坐标(x2,y2,z2)；
(5)求解P1、P2，激光传感器到焊枪的空间矢量T＝P1-P2，输出T，所述P2＝(x2,y2+x,z2+z)，
所述P1的x、y坐标通过Pa、Pb、Pc、P1构成的相交直线PaPc、PbP1求得，P1的z轴坐标为z0，PaPc、PbP1夹角为α(Π/4≤α≤3Π/4)(单位：rad)，
x1＝(yb-ya+(ya-yc)/(xa-xc)*xa-tan(α-arctan((ya-yc)/(xc-xa)))*xb)/((ya-yc)/(xa-xc)-tan(α-arctan((ya-yc)/(xc-xa))))
y1＝(ya-yc)/(xa-xc)*(x1-xa)+ya
因为移动过程中高度未发生改变，所以z坐标为：z1＝z0。
进一步的，所述步骤5激光传感器输出轮廓线上最低点的坐标(x,z)和最低点时机器人的坐标(x2,y2,z2)具体采用的方法是：机器人控制系统每收到一个传感器的数据，都和上一组数据中的z值比较，若前后z值之差的绝对值小于金属平板厚度，则继续运动，并用新坐标数据覆盖前一个数据，若前后z值之差的绝对值大于金属平板厚度，则机器人停止运动，输出轮廓线上最低点的坐标(x,z)，记录当前的机器人坐标(x2,y2,z2)，丢弃新坐标数据。
进一步的，所述步骤5中Pd距离P0优选5mm。
进一步的，所述步骤1的金属平板优选铜板。
本发明的有益效果：
本发明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，采用金属平板上开一个45～135°的豁口，利用焊接的电源的触碰寻位功能，在标定板的豁口上寻找3个点，根据几何原理求解出豁口的尖端点坐标P1，再利用激光传感器输出最低点坐标模式求得P2，最后求得手眼标定的空间矢量T。本发明在人工示教后，机器人自动执行预先设定的手眼标定的步骤，整个标定过程自动进行，无需人为干预。
附图说明
图1为本发明标定工具豁口和焊枪、激光传感器的装配示意图。
图2本发明标定步骤中在焊枪自动标定的走向及P0,Pa,Pb,Pc,Pd,P1的示意图。
图中：1激光焊缝传感器，2焊枪，3标定工具的豁口。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述。
本发明手眼标定采用的标定工具为一块边长大于100mm的矩形金属平板，在一侧开一个角度为45～135°、长30～50mm的豁口。平板厚度为5～30mm。平板的材料为铜最优，导电性最好，对点灵敏，也可以是钢、铝合金等。
本发明中标定机器人的激光焊缝跟踪传感器安装在焊枪的外端，与焊枪保持一个相对固定的距离。焊枪与激光焊缝跟踪传感器的手眼标定，就是获取焊枪与激光焊缝跟踪传感器的相对位置关系，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。
本发明的手眼标定法基于焊接电源的触碰寻位功能。焊枪接焊接电源的正极，事先给焊丝加上20～50V的电压，标定板放在焊接工作台上，接电源负极(也可以焊枪接电源负极，标定板接电源正极)。当焊枪上的焊丝和工件接触时，焊接电源正负极形成闭合回路，回路中会产生电流。焊接电源中的传感器采集到电流后，会给机器人发送一个IO信号，此时信号为1表示焊丝已经接触工件，当焊丝与工件未接触，会给机器人输出一个0的信号。
标定时，利用焊接的电源的触碰寻位功能，在标定板的豁口上寻找3个点，再根据几何原理求解出豁口的尖端点坐标。
本发明中，当激光轮廓线覆盖到工作台的一部分时，输出的高度值一定为工作台的高度。如果激光轮廓线完全打在标定板上，输出的高度值只能为标定板上表面的高度。这两个数值之差就是标定板的厚度。当激光轮廓线扫描在豁口外时，输出结果为工作台上的任意位置，高度为工作台相对于传感器的高度。在逼近豁口尖端的过程中，由于豁口的宽度在逐渐减小，所以输出结果的横坐标x越来越接近豁口尖端的坐标。当扫描线刚好打在豁口尖端上时，输出结果(x,z)为豁口尖端点相对于激光传感器的坐标。当扫描线离开豁口尖端，完全打到标定板上时，输出结果的z会发生突变。由此，获取到豁口尖端点相对于激光传感器的坐标。
开始标定前，将焊枪、激光焊缝跟踪传感器安装好，传感器和机器人控制系统可以正常通信，焊接电源具备触碰寻位功能。激光传感器用的寻找最低点坐标的模式。在该模式下，激光传感器会连续不断地发送扫描到的轮廓线中z值最小点的坐标(x,z)。
本发明用的激光焊缝跟踪传感器以量程为50mm为例，与焊枪的相对距离以10～100mm为例。对于其他量程和相对距离的情况，原理也适用。
本发明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，包括以下步骤：
1、将焊接机器人设备准备好，激光传感器安装调试好，焊枪、激光传感器与机器人建立通信。将标定平板平放在焊接工作台上，豁口的朝向为机器人坐标系下的x轴负方向。本发明豁口的朝向以朝向机器人坐标系下的x轴负方向为例，豁口的朝向也可以为x轴正方向。
2、如图1所示，用人工示教的方法将机器人焊枪运动到标定平板豁口外侧10～30mm的位置，焊枪的高度保证焊丝尖端比标定板的上表面低2～10mm，将该点记录或覆盖为P0点，P0如图2所示。注意调节焊枪的姿态，要让焊枪垂直于金属板，焊枪外侧沿着机器人x轴上与豁口相反的方向。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、用人工示教的方法将机器人焊枪运动到安全点。
4、机器人自动执行预先设定的手眼标定的步骤，输出的矢量T的值即为标定结果。
实施例1：边长大于100mm的矩形金属平板，豁口角度为45-135°，豁口长度30mm-50，金属平板厚度为5-30mm，焊枪的高度比标定板的表面低2-10mm，焊枪运动1-5mm/s，本发明手眼标定的步骤为：
1、读取运动起始点P0(x0,y0,z0)
机器人焊枪从安全点出发，移动到P0位置，机器人焊枪沿着矢量(1,1,0)的方向运动，速度为1-5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pa(xa,ya,z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置。
2、机器人焊枪从P0位置沿着矢量(1,-1,0)的方向运动，速度为1-5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pb(xb,yb,z0)，机器人焊枪向回运动到Pd(x0+s,y0,z0)位置，s是Pd与P0在x轴的距离，s只要使Pd在P0和P1之间即可。
3、机器人焊枪从Pd(x0+s,y0,z0)位置沿着矢量(1,1,0)的方向运动，速度为1-5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pc(xc,yc,z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置。
4、机器人向z轴正方向运动10-40mm，不超出激光传感器的量程范围，激光焊缝跟踪传感器开始连续扫描，模式设置为输出轮廓线上最低点的坐标(x,z)。
5、机器人焊枪向x轴正方向运动，速度为1-5mm/s，机器人控制系统每收到一个传感器的数据，都和上一组数据中的z值比较，
若前后z值之差的绝对值小于金属平板的厚度，则继续运动，并用新坐标数据覆盖前一个数据，
若前后z值之差的绝对值大于金属平板的厚度，则机器人停止运动，记录当前的机器人坐标(x2,y2,z2)，丢弃新坐标数据，传感器停止扫描，机器人回到安全点。
6、求解P1、P2＝(x2,y2+x,z2+z)，激光传感器到焊枪的空间矢量T＝P1-P2，输出T。
实施例2：边长为100mm的矩形金属平板，豁口角度为45°，豁口长度为30mm，金属平板厚度为5mm，焊枪的高度比标定板的表面低2mm，焊枪运动1mm/s，本发明手眼标定的步骤为：
1、读取运动起始点P0(x0,y0,z0)
机器人焊枪从安全点出发，移动到P0位置，机器人焊枪沿着矢量(1,1,0)的方向运动，速度为1mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pa(xa,ya,z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置。
2、机器人焊枪从P0位置沿着矢量(1,-1,0)的方向运动，速度为1mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pb(xb,yb,z0)，机器人焊枪向回运动到Pd(x0+s,y0,z0)位置，s是Pd与P0在x轴的距离，s只要使Pd在P0和P1之间即可。
3、机器人焊枪从Pd(x0+s,y0,z0)位置沿着矢量(1,1,0)的方向运动，速度为1mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pc(xc,yc,z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置。
4、机器人向z轴正方向运动10mm，不超出激光传感器的量程范围，激光焊缝跟踪传感器开始连续扫描，模式设置为输出轮廓线上最低点的坐标(x,z)。
5、机器人焊枪向x轴正方向运动，速度为1mm/s，机器人控制系统每收到一个传感器的数据，都和上一组数据中的z值比较，
若前后z值之差的绝对值小于金属平板的厚度，则继续运动，并用新坐标数据覆盖前一个数据，
若前后z值之差的绝对值大于金属平板的厚度，则机器人停止运动，记录当前的机器人坐标(x2,y2,z2)，丢弃新坐标数据，传感器停止扫描，机器人回到安全点。
6、求解P1、P2＝(x2,y2+x,z2+z)，激光传感器到焊枪的空间矢量T＝P1-P2，输出T。
实施例3：边长为100mm的矩形金属平板，豁口角度为135°，豁口长度为50mm，金属平板厚度为30mm，焊枪的高度比标定板的表面低2mm，焊枪运动5mm/s，本发明手眼标定的步骤为：
1、读取运动起始点P0(x0,y0,z0)
机器人焊枪从安全点出发，移动到P0位置，机器人焊枪沿着矢量(1,1,0)的方向运动，速度为5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pa(xa,ya,z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置。
2、机器人焊枪从P0位置沿着矢量(1,-1,0)的方向运动，速度为5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pb(xb,yb,z0)，机器人焊枪向回运动到Pd(x0+s,y0,z0)位置，s是Pd与P0在x轴的距离，s只要使Pd在P0和P1之间即可。
3、机器人焊枪从Pd(x0+s,y0,z0)位置沿着矢量(1,1,0)的方向运动，速度为5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pc(xc,yc,z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置。
4、机器人向z轴正方向运动40mm，不超出激光传感器的量程范围，激光焊缝跟踪传感器开始连续扫描，模式设置为输出轮廓线上最低点的坐标(x,z)。
5、机器人焊枪向x轴正方向运动，速度为5mm/s，机器人控制系统每收到一个传感器的数据，都和上一组数据中的z值比较，
若前后z值之差的绝对值小于金属平板的厚度，则继续运动，并用新坐标数据覆盖前一个数据，
若前后z值之差的绝对值大于金属平板的厚度，则机器人停止运动，记录当前的机器人坐标(x2,y2,z2)，丢弃新坐标数据，传感器停止扫描，机器人回到安全点。
6、求解P1、P2＝(x2,y2+x,z2+z)，激光传感器到焊枪的空间矢量T＝P1-P2，输出T。
实施例4：边长为100mm的矩形金属平板，豁口角度为90°，豁口长度为50mm，金属平板厚度为5mm，焊枪的高度比标定板的表面低10mm，焊枪运动1mm/s，本发明手眼标定的步骤为：
1、读取运动起始点P0(x0,y0,z0)
机器人焊枪从安全点出发，移动到P0位置，机器人焊枪沿着矢量(1,1,0)的方向运动，速度为1mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pa(xa,ya,z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置。
2、机器人焊枪从P0位置沿着矢量(1,-1,0)的方向运动，速度为1mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pb(xb,yb,z0)，机器人焊枪向回运动到Pd(x0+s,y0,z0)位置，s是Pd与P0在x轴的距离，s只要使Pd在P0和P1之间即可。
3、机器人焊枪从Pd(x0+s,y0,z0)位置沿着矢量(1,1,0)的方向运动，速度为1mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，即焊丝与标定板接触，则立刻记录当前位置Pc(xc,yc,z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置。
4、机器人向z轴正方向运动10mm，不超出激光传感器的量程范围，激光焊缝跟踪传感器开始连续扫描，模式设置为输出轮廓线上最低点的坐标(x,z)。
5、机器人焊枪向x轴正方向运动，速度为1mm/s，机器人控制系统每收到一个传感器的数据，都和上一组数据中的z值比较，
若前后z值之差的绝对值小于金属平板的厚度，则继续运动，并用新坐标数据覆盖前一个数据，
若前后z值之差的绝对值大于金属平板的厚度，则机器人停止运动，记录当前的机器人坐标(x2,y2,z2)，丢弃新坐标数据，传感器停止扫描，机器人回到安全点。
6、求解P1、P2＝(x2,y2+x,z2+z)，激光传感器到焊枪的空间矢量T＝P1-P2，输出T。
实施例5：对于实施例1-4任一项，P1的计算方法如图2，P0为起始点，Pa,Pb,Pc为利用触碰寻位找到的点，这些点的坐标都已通过机器人自动记录下来。所述P1的x、y坐标通过Pa、Pb、Pc、P1构成的相交直线PaPc、PbP1求得，P1的z轴坐标为P0的z0。
先求解PaPc的直线方程：y＝(ya-yc)/(xa-xc)*(x-xa)+ya
(1)如果夹角为90度：
因为直线PbP1垂直于PaPc，所以可知直线PbP1的斜率为：(xc-xa)/(ya-yc)
所以直线PbP1的方程为：y＝(xc-xa)/(ya-yc)*(x-xb)+yb
联合上述两个方程可求解出P1的坐标为：
x1＝(yb-ya+(ya-yc)/(xa-xc)*xa-(xc-xa)/(ya-yc)*xb)/((ya-yc)/(xa-xc)-(xc-xa)/(ya-yc))
y1＝(ya-yc)/(xa-xc)*(x1-xa)+ya
(2)如果夹角为45度：
可求解出P1的坐标为：
x1＝(yb-ya+(ya-yc)/(xa-xc)*xa-tan(Π/4-arctan((ya-yc)/(xc-xa)))*xb)/((ya-yc)/(xa-xc)-tan(Π/4-arctan((ya-yc)/(xc-xa))))
y1＝(ya-yc)/(xa-xc)*(x1-xa)+ya
(3)如果夹角为135度：
可求解出P1的坐标为：
x1＝(yb-ya+(ya-yc)/(xa-xc)*xa-tan(3Π/4-arctan((ya-yc)/(xc-xa)))*xb)/((ya-yc)/(xa-xc)-tan(3Π/4-arctan((ya-yc)/(xc-xa))))
y1＝(ya-yc)/(xa-xc)*(x1-xa)+ya
(4)如果夹角为α(Π/4≤α≤3Π/4)(单位：rad)
可求解出P1的坐标为：
x1＝(yb-ya+(ya-yc)/(xa-xc)*xa-tan(α-arctan((ya-yc)/(xc-xa)))*xb)/((ya-yc)/(xa-xc)-tan(α-arctan((ya-yc)/(xc-xa))))
y1＝(ya-yc)/(xa-xc)*(x1-xa)+ya
因为移动过程中高度未发生改变，所以z坐标为：z1＝z0
上述公式已编写在程序中，当获取Pa,Pb,Pc的坐标后，自动求解出P1的坐标。
实施例6：对于实施例1-5任一项，Pd距离P0为5mm。
实施例7：对于实施例1-6任一项，金属平板用铜板。
本发明中以豁口方向朝向x轴负方向为例，从P0点运动向Pa,Pb,运动或从Pd向Pc运动的过程中，方向矢量为(1,1,0)方向和(1,-1,0)方向，当豁口方向朝向x轴正方向或其它方向时，只要能找到Pa,Pb,Pc，Pd，不限定本发明的(1,1,0)方向和(1,-1,0)方向。
在本发明的描述中，术语豁口的朝向、坐标系的设定方位、标号、字母等是为了清楚的描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述是本发明优选的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

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：准备标定工具：标定工具为一块边长大于100 mm、厚度5 ~ 30 mm的矩形金属平板，在一侧开一个角度为45~135°、长30 ~ 50 mm的豁口；
步骤2：将焊接机器人、焊枪、激光焊缝跟踪传感器安装调试好，将金属平板平放在焊接工作台上，豁口的朝向以为机器人坐标系下的x轴负方向为例；
步骤3：设定标定运动起始点P0：用人工示教的方法将机器人焊枪运动到标定平板豁口外侧10 ~ 30 mm 的位置，焊枪的高度保证焊丝尖端比标定板的上表面低2~10mm，焊枪垂直于金属板，焊枪外侧沿着机器人x轴上与豁口相反的方向，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，将该点记录或覆盖为P0点；
步骤4：用人工示教的方法将机器人焊枪运动到安全点；
步骤5：机器人自动执行预先设定的手眼标定的步骤，输出的矢量T的值即为标定结果；所述预先设定的手眼标定的步骤为：
（1）读取运动起始点P0(x0, y0, z0)，机器人焊枪从安全点出发，移动到P0位置，机器人焊枪沿着矢量(1, 1, 0)的方向运动，速度为1-5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，0表示焊丝与工件未接触，1表示焊丝与工件接触，则立刻记录当前位置Pa(xa,ya, z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置；
（2）机器人焊枪从P0位置沿着矢量(1, -1, 0)的方向运动，速度为1-5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，则立刻记录当前位置Pb(xb, yb, z0) ，机器人焊枪向回运动到Pd(x0+s, y0, z0)位置，Pd位于P0和P1之间，所述P1为豁口尖端点，s是Pd与P0在x轴的距离；
（3）机器人焊枪从Pd(x0+s, y0, z0)位置沿着矢量(1, 1, 0)的方向运动，速度为1-5mm/s，如果机器人检测到焊机的触碰信号从0变为1，则立刻记录当前位置Pc(xc, yc, z0)，机器人焊枪向回运动到P0位置；
（4）机器人向z轴正方向运动10mm-40mm，激光焊缝跟踪传感器开始连续扫描，模式设置为输出轮廓线上最低点的坐标(x, z)，机器人焊枪向x轴正方向运动，速度为1-5mm/s，输出轮廓线上最低点的坐标(x, z)和最低点时机器人的坐标(x2, y2, z2)；
（5）求解P1、P2，激光传感器到焊枪的空间矢量T=P1-P2，输出T，
所述P1=(x1, y1, z1)，P1坐标为豁口尖端点相对于焊枪的坐标，P2=(x2, y2+x, z2+z)，P2坐标为豁口尖端点相对于激光传感器的坐标；
所述P1(x1, y1, z1)的x1、y1坐标通过Pa、Pb、Pc、P1构成的相交直线PaPc、PbP1求得，因为机器人焊枪在P0、Pa、Pb、Pd、Pc移动时，焊枪在z轴方向的高度未发生改变，所以P1点的z轴坐标为：z1 = z0，假设PaPc、PbP1夹角为α，Π/4≤α≤3Π/4 ，
x1=(yb-ya+(ya-yc)/(xa-xc)*xa-tan(α-arctan((ya-yc)/(xc-xa)))*xb)/((ya-yc)/(xa-xc)-tan(α-arctan((ya-yc)/(xc-xa))))
y1 = (ya - yc)/(xa-xc)*(x1-xa) + ya。
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，其特征是所述步骤5激光传感器输出轮廓线上最低点的坐标(x, z)和最低点时机器人的坐标(x2, y2, z2)具体采用的方法是：机器人控制系统每收到一个传感器的数据，都和上一组数据中的z值比较，若前后z值之差的绝对值小于金属平板厚度，则继续运动，并用新坐标数据覆盖前一个数据，若前后z值之差的绝对值大于金属平板厚度，则机器人停止运动，输出轮廓线上最低点的坐标(x, z)，记录当前的机器人坐标(x2, y2, z2)，丢弃新坐标数据。
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，其特征是所述步骤5中Pd距离P0优选5mm。
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，其特征是所述步骤1的金属平板优选铜板。
CN202010230400.7A 2020-03-27 2020-03-27 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 Active CN111318783B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010230400.7A CN111318783B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010230400.7A CN111318783B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111318783A CN111318783A (zh) 2020-06-23
CN111318783B true CN111318783B (zh) 2021-12-03

Family

ID=71167840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010230400.7A Active CN111318783B (zh) 2020-03-27 2020-03-27 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111318783B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111958115B (zh) * 2020-08-10 2022-06-14 上海智殷自动化科技有限公司 一种用于激光焊缝跟踪的快速手眼标定方法
CN112743197B (zh) * 2020-12-02 2022-04-01 海门市帕源路桥建设有限公司 一种钢筋网片焊点中心自动追踪定位焊接方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102950365A (zh) * 2011-08-30 2013-03-06 昆山工研院工业机器人研究所有限公司 一种激光视觉传感头与焊枪手眼关系的补偿方法
CN105328304A (zh) * 2015-12-09 2016-02-17 山东中清智能科技有限公司 基于统计学的焊缝起始点自动寻位方法
KR20170058720A (ko) * 2015-11-19 2017-05-29 대우조선해양 주식회사 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법
CN108717715A (zh) * 2018-06-11 2018-10-30 华南理工大学 一种用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法
CN109927047A (zh) * 2019-04-11 2019-06-25 上海工程技术大学 弧焊机器人直线对接焊缝的轴向跟踪系统及方法
CN110009685A (zh) * 2018-12-29 2019-07-12 南京衍构科技有限公司 一种应用于电弧增材的激光相机手眼标定方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102950365A (zh) * 2011-08-30 2013-03-06 昆山工研院工业机器人研究所有限公司 一种激光视觉传感头与焊枪手眼关系的补偿方法
KR20170058720A (ko) * 2015-11-19 2017-05-29 대우조선해양 주식회사 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법
CN105328304A (zh) * 2015-12-09 2016-02-17 山东中清智能科技有限公司 基于统计学的焊缝起始点自动寻位方法
CN108717715A (zh) * 2018-06-11 2018-10-30 华南理工大学 一种用于弧焊机器人的线结构光视觉系统自动标定方法
CN110009685A (zh) * 2018-12-29 2019-07-12 南京衍构科技有限公司 一种应用于电弧增材的激光相机手眼标定方法
CN109927047A (zh) * 2019-04-11 2019-06-25 上海工程技术大学 弧焊机器人直线对接焊缝的轴向跟踪系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111318783A (zh) 2020-06-23

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
CN106392267B (zh) 一种六自由度焊接机器人线激光实时焊缝跟踪方法
KR100621100B1 (ko) 용접로봇 교시위치 보정방법 및 용접로봇시스템
CN109927047B (zh) 弧焊机器人直线对接焊缝的轴向跟踪系统及方法
CN111318783B (zh) 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
CN111014879B (zh) 一种基于激光焊缝跟踪的机器人波纹板自动焊接方法
CN111745267A (zh) 一种基于激光位移传感器的坡口焊缝实时跟踪系统及方法
CN113102880A (zh) 一种基于视觉示教的线激光焊缝自动跟踪系统及方法
CN108994418B (zh) 一种管-管相贯线机器人运动轨迹规划方法
JPH08505091A (ja) 冗長軸を使用して対象物上の形態をトラッキングするためのシステム並びに方法
WO1998057782A1 (en) Method and device for robot tool frame calibration
CN109963679B (zh) 电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法
US5495090A (en) Welding robot
CN103192165A (zh) 基于视觉跟踪的六自由度焊接机器人
KR20080088165A (ko) 로봇 캘리브레이션 방법
CN115464263A (zh) 一种激光焊接焊缝自动寻迹方法、检测方法及装置
CN114714029A (zh) 铝合金自动弧焊方法及装置
JP6359847B2 (ja) 干渉回避装置
US11247288B2 (en) Welding position detection device, welding position detection method, and welding robot system
JP2011138275A (ja) アーク溶接ロボットの制御装置及びプログラム
CN111843120B (zh) 基于电弧传感和位置前馈的机器人焊缝跟踪算法
US20210107160A1 (en) Robot, measurement fixture, and tool-tip-position determining method
CN117340391A (zh) 一种基于激光视觉的实时自适应的焊缝跟踪装置及方法
CN111872920A (zh) 一种离线免示教激光定位方法及系统
JP2001150150A (ja) スポット溶接ガンの位置決め方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Rao Honghua

Inventor after: Shi Changbai

Inventor after: Jing Yan

Inventor after: Wei Shihai

Inventor after: Kang Chengfei

Inventor after: Chen Yushan

Inventor after: Liang Anyang

Inventor after: Yang Xinjiang

Inventor after: Sui Zhigao

Inventor after: Zhang Jialin

Inventor before: Jing Yan

Inventor before: Shi Changbai

Inventor before: Rao Honghua

Inventor before: Chen Yushan

Inventor before: Wei Shihai

Inventor before: Kang Chengfei

Inventor before: Liang Anyang

Inventor before: Yang Xinjiang

Inventor before: Sui Zhigao

Inventor before: Zhang Jialin