CN112171120B - 基于机器人焊缝特征节点的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于机器人焊缝特征节点的焊接方法，涉及焊接技术领域。该基于机器人焊缝特征节点的焊接方法，包括以下流程：S1确定焊缝节点边界，S2输入节点参数值，S3创建扫描点表，S4扫描获得实际点值，S5计算焊缝焊接路径，S6匹配工艺包参数生成焊接程序，S7选择机器人执行焊接。通过发明内容的焊接技术的应用，彻底解除对焊接工件定位精度和加工精度严格要求，不需要调控构件的摆放位置，选择构件的结构形式，采用快速焊缝成组参数化建模的方式，实现在线或离线的多组相关焊缝的模型定义、工艺匹配及焊枪姿态的自动计算。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体为基于机器人焊缝特征节点的焊接方法。
背景技术
虽然机器人焊接在各行各业得到了一些广泛的应用，甚至部分
实现自动 焊接，但是它所应用的面和点都很窄，只适合在特定工作环境下对特定的构 件实现机器人专机焊接，但是对于企业焊接场景中的实际需求来说是远远不够的。实现机器人焊接的痛点主要集中在以下几个方面：
1、成熟的焊接工作站一般都是国外品牌，企业引进成本过高，
可选择余 地小。
2、 目前国内外的焊接工作站只能解决一些成批标准的构件焊接， 专机专用，产品适应性差，不易推广。
3、机器人焊接技术不够智能，限定条件多、工效不能满足工厂需求。
4、机器人焊前辅助工作过多，增加了离线建模、离线仿真、联机再定位 再计算的工作。
5、机器人焊接工艺参数、焊枪姿态控制的自动匹配复杂。
6、对于非标构件和小批量工件焊接适应性差，甚至难以实现机器人焊接。
发明内容
(一) 解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了基于机器人焊缝特征节点的焊接方法，解决了的机器人焊接在非标构件和小批量工件上使用性差的问题。
(二) 技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于机
器人焊缝 特征节点的焊接方法，包括以下流程：
S1：确定焊缝节点边界
使用应用场景确定焊缝点边界，所述应用场景包括：视觉交互
场景和模 型驱动场景，所述视觉交互场景通过相机获得目标焊缝的大致位置，模型驱 动场景下的节点设计基于数学模型离线进行，通过图形交互命令选择零件或 线段进行节点设计；
对于直线段焊缝，确定一条基准线位置的首末点即可，复杂的
或带有曲 度的基准位置可以增加扫描加密点解决；
S2：输入节点参数值
节点参数值是通过焊接设备提供的窗体或对话框方式交互输入， 每一个 参数值都有默认的数值，系统对选择的参数值有临时记忆和外部保存功能；
S3：创建扫描点表
节点参数值输入后即可计算扫描点表；
S4：扫描获得实际点值
根据扫描点表，机器人使用线激光设备扫描逐行执行扫描，实
时获得目 标点值， 目标点值以图形化方式显示，对于不符合要求或失败的扫描要进行 重扫或局部扫描的干预；
S5：计算焊缝焊接路径
焊接路径是焊缝焊接时的真实规划路径，是由一系列动作点表组成，包括实际位置坐标和辅助功能指令；
焊接路径的计算路线是：
1) 根据扫描点表所获得的目标点值和节点参数定义值，由节点内部设计的具有几何拓扑关系的点、线、面计算出焊缝所在位置关键点真实坐标值；
2) 由焊缝的关键点真实坐标值及节点细部特征参数，生成焊缝起末点及 中间点的坐标值和位置角度，焊缝能够连续焊接的生成一根连续焊缝；
3) 焊接路径是直线段和圆弧段的不同组合，组合规则应符合设定要求；
4) 对于有镜像要求的部分点的顺序应正确、连续；
5) 焊接路径规划时要增加必要的辅助点和过渡点，防止与结构碰撞；
S6：匹配工艺包参数生成焊接程序
焊接路径在计算焊接程序前会根据每行路径动作点表中所引用的焊接工艺包，遍历查找所对应的焊接工艺项，提取参数对路径进行精细处理，并进行必要的焊接工艺过程控制；
基本路线是：
1) 创建焊接工艺包，录入经过试验正确的数值；
2) 逐段焊缝按设计的键值到工艺包中查找对应的工艺项；
3) 按焊接工艺项中尺寸参数和焊接参数，创建精细的路径点值和工艺参 数值；
4) 使用所选择机器人的接口函数，创建符合当前机器人执行规则的焊接 程序文件；
S7：选择机器人执行焊接
启动焊接机器人焊接路径进行焊接。
优选的，所述基准线的确定方法在节点设计时设定，为其它焊缝位置的 计算基准，基准线有方向要求。
优选的，一系列所述扫描点表搭配辅助点组成一个节点的扫描路径，是一组动作的连续列表，主要包括扫描位置点、激光器的开关指令、过渡点、回安全点、回零位点，每个所述扫描位置点包括目标位姿XYZABC、附加轴位 置参数、扫描取点的方式、运动的方式，扫描取点方式通常包括内角点、外角点、中点，在运行时根据所在行的选择自动切换。
优选的，所述扫描点表的实际数值与理论数值的计算方法都相
同，在计算时有偏移量提示。
优选的，所述工艺包中的焊接参数由用户根据产品的 WPS 和工厂施焊作 业习惯制定，工艺包中使用参数都应是用户经过实践验证合格的参数。
(三) 有益效果
本发明提供了基于机器人焊缝特征节点的焊接方法。具备以下有益效果：
1、本发明，对构件的摆放位置没有要求，只要焊缝处于机器人可焊范围即可使用，对于焊接构件的结构形式没有要求，只要系统提供的节点表中有 对应可用的节点就可以实现焊接，彻底解除对焊接工件定位精度和加工精度 严格要求，做到实物是什么样就怎么焊，节点设计框架是完全开放可定制的， 行业用户只需按系统规则进行设计开发即可实现专用节点功能。
2、本发明，采用快速焊缝成组参数化建模的方式，实现在线或离线的多 组相关焊缝的模型定义、工艺匹配及焊枪姿态的自动计算、实施焊接作业。
附图说明
图 1 为本发明的焊接技术流程图。
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。
实施例：
如图 1 所示，本发明实施例提供基于机器人焊缝特征节点的焊接方法， 包括以下流程：
S1：确定焊缝节点边界
使用应用场景确定焊缝点边界，应用场景包括：视觉交互场景
和模型驱动场景，视觉交互场景通过相机获得目标焊缝的大致位置，模型驱动场景下的节点设计基于数学模型离线进行，通过图形交互命令选择零件或线段进行节点设计；
对于直线段焊缝，确定一条基准线位置的首末点即可，复杂的或带有曲度的基准位置可以增加扫描加密点解决，基准线的确定方法在节点设计时设定，为其它焊缝位置的计算基准，基准线有方向要求；
S2：输入节点参数值
节点参数值是通过焊接设备提供的窗体或对话框方式交互输入，每一个参数值都有默认的数值，系统对选择的参数值有临时记忆和外部保存功能，简化用户重复输入操作，节点参数值是从节点的实际布置中提炼出来的，每道焊缝的详细位置均通过设定的几何参数计算而得，用户可以根据系统提供的节点设计接口编写不同产品的专用节点来适应不同的构件产品；
S3：创建扫描点表
节点参数值输入后即可计算扫描点表，一系列扫描点表搭配辅
助点组成一个节点的扫描路径，是一组动作的连续列表，主要包括扫描位置点、激光 器的开关指令、过渡点、回安全点、回零位点，每个扫描位置点包括目标位 姿 XYZABC、附加轴位置参数、扫描取点的方式、运动的方式，扫描取点方式 通常包括内角点、外角点、中点，在运行时根据所在行的选择自动切换；
S4：扫描获得实际点值
根据扫描点表，机器人使用线激光设备扫描逐行执行扫描，实
时获得目标点值，目标点值以图形化方式显示，扫描点表的实际数值与理论数值的计 算方法相同，在计算时有偏移量提示，对于不符合要求或失败的扫描要进行重扫或局部扫描的干预；
S5：计算焊缝焊接路径
焊接路径是焊缝焊接时的真实规划路径，是由一系列动作点表
组成，包括实际位置坐标和辅助功能指令，用于引导机器人执行焊接动作；
焊接路径的计算路线是：
1) 根据扫描点表所获得的目标点值和节点细部特征参数，由节点内部设计的具有几何拓扑关系的点、线、面计算出焊缝所在位置关键点真实坐标值；
2) 由焊缝的关键点真实坐标值及节点参数定义值，生成焊缝起末点及中间点的坐标值和位置角度，焊缝能够连续焊接的生成一根连续焊缝；
3) 焊接路径是直线段和圆弧段的不同组合，组合规则应符合设定要求；
4) 对于有镜像要求的部分点的顺序应正确、连续；
5) 焊接路径规划时要增加必要的辅助点和过渡点，防止与结构碰撞；
S6：匹配工艺包参数生成焊接程序
焊接路径在计算焊接程序前会根据每行路径动作点表中所引用的焊接工艺包，遍历查找所对应的焊接工艺项，提取参数对路径进行精细处理，并进行必要的焊接工艺过程控制，工艺包中的焊接参数由用户根据产品的 WPS 和工厂施焊作业习惯制定，工艺包中使用参数都应是用户经过实践验证合格的参数，工艺包中焊接方案按焊脚尺寸和焊缝的平立方位特征进行分组，如 8mm 平角焊缝、10mm 立角焊缝、12mm 多道平角焊缝；
基本路线是：
1) 创建焊接工艺包，录入经过试验正确的数值；
2) 逐段焊缝按设计的键值到工艺包中查找对应的工艺项；
3) 按焊接工艺项中尺寸参数和焊接参数，创建精细的路径点值和工艺参 数值；
4) 使用所选择机器人的接口函数，创建符合当前机器人执行规则的焊接 程序文件；
S7：选择机器人执行焊接
启动焊接机器人焊接路径进行焊接，机器人执行焊接前，作业工位、坐标系、工具等都应与焊接程序文件中要求或约定的内容一致。
上述焊缝节点是焊缝特征节点的简称，焊缝节点除了焊接设备系统提供的标准节点外，其它可由用户自行定义补充。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.基于机器人焊缝特征节点的焊接方法，其特征在于：包括以下流程：
S1：确定焊缝节点边界
使用应用场景确定焊缝点边界，所述应用场景包括：视觉交互场景和模 型驱动场景，所述视觉交互场景通过相机获得目标焊缝的大致位置，模型驱 动场景下的节点设计基于数学模型离线进行，通过图形交互命令选择零件或 线段进行节点设计；
对于直线段焊缝，确定一条基准线位置的首末点即可，复杂的或带有曲 度的基准位置可以增加扫描加密点解决；
S2：输入节点参数值
节点参数值通过焊接设备提供的窗体或对话框方式交互输入，每一个参 数值都有默认的数值，系统对选择的参数值有临时记忆和外部保存功能；
S3：创建扫描点表
节点参数值输入后即可计算扫描点表；
S4：扫描获得实际点值
根据扫描点表，机器人使用线激光设备扫描逐行执行扫描，实时获得目 标点值， 目标点值以图形化方式显示，对于不符合要求或失败的扫描要进行 重扫或局部扫描的干预；
S5：计算焊缝焊接路径
焊接路径是焊缝焊接时的真实规划路径，是由一系列动作点表组成，包 括实际位置坐标和辅助功能指令；
焊接路径的计算路线是：
1) 根据扫描点表所获得的目标点值和节点参数定义值，由节点内部设计 的具有几何拓扑关系的点、线、面计算出焊缝所在位置关键点真实坐标值；
2) 由焊缝的关键点真实坐标值及节点细部特征参数，生成焊缝起末点及 中间点的坐标值和位置角度，焊缝能够连续焊接的生成一根连续焊缝；
3) 焊接路径是直线段和圆弧段的不同组合，组合规则应符合设定要求；
4) 对于有镜像要求的部分点的顺序应正确、连续；
5) 焊接路径规划时要增加必要的辅助点和过渡点，防止与结构碰撞； S6：匹配工艺包参数生成焊接程序
焊接路径在计算焊接程序前会根据每行路径动作点表中所引用的焊接工 艺包，遍历查找所对应的焊接工艺项，提取参数对路径进行精细处理，并进 行必要的焊接工艺过程控制；
基本路线是：
1) 创建焊接工艺包，录入经过试验正确的数值；
2) 逐段焊缝按设计的键值到工艺包中查找对应的工艺项；
3) 按焊接工艺项中尺寸参数和焊接参数，创建精细的路径点值和工艺参 数值；
4) 使用所选择机器人的接口函数，创建符合当前机器人执行规则的焊接 程序文件；
S7：选择机器人执行焊接
启动焊接机器人焊接路径进行焊接。
2.根据权利要求 1 所述的基于机器人焊缝特征节点的焊接方法，其特征 在于：所述基准线的确定方法在节点设计时设定，为其它焊缝位置的计算基 准，基准线有方向要求。
3.根据权利要求 1 所述的基于机器人焊缝特征节点的焊接方法，其特征 在于：一系列所述扫描点表搭配辅助点组成一个节点的扫描路径，是一组动 作的连续列表，主要包括扫描位置点、激光器的开关指令、过渡点、回安全 点、回零位点，每个所述扫描位置点包括目标位姿 XYZABC、附加轴位置参数、 扫描取点的方式、运动的方式，扫描取点方式通常包括内角点、外角点、中 点，在运行时根据所在行的选择自动切换。
4.根据权利要求 1 所述的基于机器人焊缝特征节点的焊接方法，其特征 在于：所述扫描点表的实际数值与理论数值的计算方法都相同，在计算时有 偏移量提示。
5.根据权利要求 1 所述的基于机器人焊缝特征节点的焊接方法，其特征 在于：所述工艺包中的焊接参数由用户根据产品的 WPS 和工厂施焊作业习惯 制定，工艺包中使用参数都应是用户经过实践验证合格的参数。
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| 《弧焊机器人工作站智能化技术研究》;刘永;《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》;20070731;第18-74页 * |
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