CN117548924A - 一种激光增量跟踪螺旋管的方法及焊接机器人 - Google Patents

一种激光增量跟踪螺旋管的方法及焊接机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光增量跟踪螺旋管的方法及焊接机器人，该方法应用于焊接机器人上，焊接机器人上安装有激光跟踪器，激光跟踪器与焊接机器人的焊枪末段平行；该方法包括：使激光跟踪器发出的激光条纹垂直于螺旋管焊缝，并使焊缝位于激光条纹的中部；使螺旋管沿其中轴线旋转，使焊接机器人对准螺旋管一端的焊缝并沿水平方向移动焊接，设水平方向为X轴方向；通过激光跟踪器测得焊缝偏离Y轴方向和Z轴方向的偏移值；焊接机器人移动到激光跟踪器的焊缝测量点时，结合激光跟踪器在该焊缝测量点的偏移值和偏移比例对焊缝的Y轴方向和Z轴方向进行纠偏。本发明可快速完成螺旋管的程序轨迹编辑，降低了螺旋管焊接难度，节约了人工时间成本。

Description

一种激光增量跟踪螺旋管的方法及焊接机器人
技术领域
本发明涉及工业焊接机器人技术领域，尤其涉及一种激光增量跟踪螺旋管的方法及焊接机器人。
背景技术
在机器人焊接中经常遇到螺旋管工件，而螺旋管工件是经过钢板卷的切割后，将其送入螺旋钢管机中进行冷弯成型。该过程是将钢板卷弯成螺旋形，经过滚轮的压制，辊轮会将钢板卷向内卷曲，以形成螺旋形的工件，所以每个工件的一致性不太好，而导致每个螺旋管工件示教编程的点位也有所不一样。目前市面上均使用专机来进行螺旋管跟踪，这增加了螺旋管焊接的成本。
发明内容
本发明提供了一种激光增量跟踪螺旋管的方法及焊接机器人，以无需专机来进行螺旋管跟踪，仅通过一个编程程序焊接所有的螺旋管工件。
本发明采用的技术方案是：第一方面，提供一种激光增量跟踪螺旋管的方法，所述方法应用于焊接机器人上，所述焊接机器人上安装有激光跟踪器，所述激光跟踪器与焊接机器人的焊枪末段平行；所述方法包括：
使激光跟踪器发出的激光条纹垂直于螺旋管焊缝，并使焊缝位于激光条纹的中部；
使螺旋管沿其中轴线旋转，使焊接机器人对准螺旋管一端的焊缝并沿水平方向移动焊接，设水平方向为X轴方向；
通过激光跟踪器测得焊缝偏离Y轴方向和Z轴方向的偏移值；
焊接机器人移动到激光跟踪器的焊缝测量点时，结合激光跟踪器在该焊缝测量点的偏移值和偏移比例对焊缝的Y轴方向和Z轴方向进行纠偏。
进一步的，所述焊接机器人移动到激光跟踪器的焊缝测量点时，结合激光跟踪器在该焊缝测量点的偏移值和偏移比例对焊缝的Y轴方向和Z轴方向进行纠偏包括：
测量出焊枪尖点到激光条纹之间的前置距离D；
焊接机器人间隔设定时间与激光跟踪器通讯一次，激光跟踪器返回Y轴方向和Z轴方向的偏移值；
当焊接机器人收到激光跟踪器返回的偏移值后同时记录焊接机器人移动距离d与前置距离D的和；
焊接机器人记录激光跟踪器的第一个偏移值记作Y0，Z0，前置距离与焊接机器人移动距离的和记作L0；依次类推第二个偏移值记作Y1，Z1，前置距离与焊接机器人移动距离的和记作L1；第n个偏移值记作Yn，Zn，前置距离与焊接机器人移动距离的和记作Ln；
焊接机器人实时计算当前所处位置，当焊接机器人移动距离没到达前置距离D时焊接机器人的偏移都使用Y0，Z0，其余激光跟踪器返回的偏移值、以及收到偏移值时的焊接机器人移动距离与前置距离的和同步压入跟踪缓冲区；
焊接机器人每个运动插补周期实时对比焊接机器人移动距离d与L1，判断d是否大于L1，如果大于L1则从跟踪缓冲区删除Y0，Z0的偏移值,后面插补周期使用Y1，Z1的偏移值；继续实时对比焊接机器人移动距离d与L2，当d大于L2时则从跟踪缓冲区删除Y1，Z1的偏移值，后面插补周期使用Y2，Z2的偏移值；依次类推当d大于Ln时，则从跟踪缓冲区删除Yn-1,Zn-1的偏移值，下个插补周期开始使用Yn，Zn的偏移值；
焊接机器人每个插补周期根据跟踪缓冲区里激光跟踪器的偏移值进行机器人工具坐标Y,Z方向的偏差调整；记机器人Y方向的坐标为Yr,Z方向的坐标为Zr；跟踪缓冲区的当前Y方向偏移值为Yc,Z方向偏移值为Zc；焊接机器人与激光跟踪器在Y方向的偏移比例为dy，焊接机器人与激光跟踪器在Z方向的偏移比例为dz，插补周期数为k，焊接机器人根据激光跟踪器返回的偏移值得：
Yr＝Yr+Yc*dy/k；
Zr＝Zr+Zc*dz/k；
焊接机器人根据Yr，Zr来进行焊缝纠偏。
第二方面，提供一种焊接机器人，所述焊接机器人在焊接螺旋管时使用第一方面所述的激光增量跟踪螺旋管的方法进行焊缝纠偏。
本发明的有益效果是：本发明使得用户在进行螺旋管焊接应用时，可以快速的完成螺旋管的程序轨迹编辑。降低了螺旋管焊接使用的难度和门槛，提高了编程效率，节约了人工时间成本。
附图说明
图1为本发明公开的激光增量跟踪螺旋管的原理图。
附图标记：1-焊枪，11-焊枪尖点，2-激光跟踪器，21-激光器，211-激光条纹，22-摄像机，3-螺旋管，31-焊缝。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
实施例1：
由于螺旋管3是钢板卷弯成螺旋形，经过滚轮的压制，辊轮会将钢板卷向内卷曲，以形成螺旋形的工件，所以每个工件的一致性不太好。具体表现在螺旋管3可能在某些部位不是正圆，此时螺旋管3就在Z轴方向具有偏移(焊缝31指向螺旋管3圆形为-Z方向)；螺旋管3的焊缝31还可能不是标准的螺旋状，因此就会在Y轴方向有偏移(焊缝31的切线方向为Y轴方向)。为了解决焊缝31偏移的问题，本实施例公开一种激光增量跟踪螺旋管3的方法，具体如下：
参见图1，所述方法应用于焊接机器人上，所述焊接机器人上安装有激光跟踪器2，所述激光跟踪器2与焊接机器人的焊枪1末段平行。焊枪1安装在焊接机器人上，与焊缝31接触的焊枪1末端为焊枪1尖点。激光跟踪器2内部设置有激光器21和摄像机22，安装激光跟踪器2时需保证激光器21发出的激光条纹211与焊枪1末段平行，摄像机22用于观察激光条纹211。
所述激光增量跟踪螺旋管3的方法包括：
S1：使激光跟踪器2发出的激光条纹211垂直于螺旋管3焊缝31，并使焊缝31位于激光条纹211的中部。
需要注意的是，使焊缝31位于激光条纹211的中部并非是焊缝31位于激光条纹211的正中间，只需尽量保证处于正中间即可，后续激光跟踪器2根据Y轴方向的偏移会对焊接机器人在Y轴方向进行调整。
S2：使螺旋管3沿其中轴线旋转，使焊接机器人对准螺旋管3一端的焊缝31并沿水平方向移动焊接，设水平方向为X轴方向。
具体的，焊接前，首先把螺旋管3水平放置，且设定水平方向为X轴方向。当调整好螺旋管3转速和焊接机器人水平移动速度后，焊接机器人只需沿水平方向移动就可对螺旋状的焊缝31进行焊接。整个焊接过程就是焊接机器人从螺旋管3最左端移动至最右端，期间焊接机器人会根据激光跟踪器2反馈的偏移值在Y轴和Z轴方向进行微小的偏移。焊接机器人根据焊缝31情况可匀速移动，也可非匀速移动。
S3：通过激光跟踪器2测得焊缝31偏离Y轴方向和Z轴方向的偏移值。
具体的，由激光跟踪器2的原理可知，激光跟踪器2根据焊缝31与激光条纹211中点的偏移距离可得出焊缝31在Y方向的偏移值；激光跟踪器2根据激光条纹211达到焊缝31的时间变化值可得出焊缝31在Z方向的偏移值。
S4：焊接机器人移动到激光跟踪器2的焊缝31测量点时，结合激光跟踪器2在该焊缝31测量点的偏移值和偏移比例对焊缝31的Y轴方向和Z轴方向进行纠偏。
具体的，S4包括：
S41：测量出焊枪1尖点到激光条纹211之间的前置距离D。
参见图1，激光跟踪器2安装到焊枪1上之后，前置距离D是一个定值。
S42：焊接机器人间隔设定时间与激光跟踪器2通讯一次，激光跟踪器2返回Y轴方向和Z轴方向的偏移值。
本实施例中，程序运行后,焊接机器人每10ms与激光跟踪器2通讯一次数据。
S43：当焊接机器人收到激光跟踪器2返回的偏移值后同时记录焊接机器人移动距离d与前置距离D的和。
焊接机器人移动距离d是指焊接机器人在X轴上从螺旋管3最左端向右移动的距离，该距离是一个不断变化的值。
S44：焊接机器人记录激光跟踪器2的第一个偏移值记作Y0，Z0，前置距离与焊接机器人移动距离的和记作L0；依次类推第二个偏移值记作Y1，Z1，前置距离与焊接机器人移动距离的和记作L1；第n个偏移值记作Yn，Zn，前置距离与焊接机器人移动距离的和记作Ln。
S45：当焊接机器人移动距离没到达前置距离D时焊接机器人的偏移都使用Y0，Z0，其余激光跟踪器返回的偏移值、以及收到偏移值时的焊接机器人移动距离与前置距离的和同步压入跟踪缓冲区。
从图1中可以看出，焊枪尖点11位于螺旋管3最左端的焊缝31，但是激光跟踪器2距离螺旋管3最左端还有一定的距离，该距离即为前置距离D，因此激光跟踪器2是从该前置距离D处开始向右测量螺旋管3的焊缝31的偏移值，此时就会导致螺旋管3最左端到前置距离D之间没有被激光跟踪器2测量。但考虑到该距离较短，且螺旋管3端部的焊缝31偏移不会太大，因此本实施例中当焊接机器人移动距离没到达前置距离D时焊接机器人的偏移都使用Y0，Z0。
S46：焊接机器人实时计算当前所处位置，焊接机器人每个运动插补周期实时对比焊接机器人移动距离d与L1，判断d是否大于L1，如果大于L1则从跟踪缓冲区删除Y0，Z0的偏移值,后面插补周期使用Y1，Z1的偏移值；继续实时对比焊接机器人移动距离d与L2，当d大于L2时则从跟踪缓冲区删除Y1，Z1的偏移值，后面插补周期使用Y2，Z2的偏移值；依次类推当d大于Ln时，则从跟踪缓冲区删除Yn-1,Zn-1的偏移值，下个插补周期开始使用Yn，Zn的偏移值。
具体的，本实施例中，焊接机器人每2ms获取一次当前所处位置，由于焊接机器人每10ms与激光跟踪器通讯一次数据，所以焊接机器人与激光跟踪器每通讯一次焊接机器人就会获取5次当前位置，并且插补5次。
S47：焊接机器人每个插补周期根据跟踪缓冲区里激光跟踪器的偏移值进行机器人工具坐标Y,Z方向的偏差调整；记机器人Y方向的坐标为Yr,Z方向的坐标为Zr；跟踪缓冲区的当前Y方向偏移值为Yc,Z方向偏移值为Zc；焊接机器人与激光跟踪器在Y方向的偏移比例为dy，焊接机器人与激光跟踪器在Z方向的偏移比例为dz，插补周期数为k，本实施例中k＝5，焊接机器人根据激光跟踪器返回的偏移值得：
Yr＝Yr+Yc*dy/k；
Zr＝Zr+Zc*dz/k；
具体的，S46确定了焊接机器人与激光跟踪器通讯完成后，5个当前位置使用激光跟踪器的哪个偏移值，但是具体到焊接机器人如何偏移、以及这5个当前位置之间的变化则是通过S47实现。示例性的，激光跟踪器测得螺旋管最左端向右1M处的+Y方向偏移了1mm，Z方向无偏移，此时焊接机器人到达该点(即螺旋管最左端向右1M处)时，具体向+Y方向移动多少是根据偏移比例为dy而定，如果偏移比例为dy为1:1，则焊接机器人朝+Y方向也偏移1mm，不过并非直接偏移1mm，而是分五次偏移，每次+Y方向偏移0.2mm，这个过程中Z方向不偏移。
S48：焊接机器人根据Yr，Zr来进行焊缝纠偏。
具体的，S46确定了焊接机器人的每个插补周期跟随激光跟踪器的哪个偏移值，S47确定了每个插补周期的机器人工具坐标，从而实现了焊接机器人根据激光跟踪器的偏移值来进行焊缝纠偏。
由于激光增量模式是焊接机器人根据激光跟踪器返回的偏移值进行模糊偏移，而因为有个前置距离，所有激光跟踪器当前的偏移值不一定是焊接机器人焊枪尖点位置上的偏移，所以本发明中间加了个跟踪缓冲区来存放前置距离段激光跟踪器返回的数据，每个插补周期来进行焊接机器人当前位置与跟踪缓冲区存入数据那个时刻的焊接机器人位置进行比对，当焊接机器人到达跟踪缓冲区对应的位置就用新偏移值来消除前置距离的影响，从而达到激光跟踪器记录的偏移值就是焊枪尖点的偏移值。该方法使得用户在进行螺旋管焊接应用时，可以快速的完成螺旋管的程序轨迹编辑。降低了螺旋管焊接使用的难度和门槛，提高了编程效率，节约了人工时间成本。
实施例2：
本实施例公开一种焊接机器人，所述焊接机器人在焊接螺旋管时使用实施例1所述的激光增量跟踪螺旋管的方法进行焊缝纠偏。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种激光增量跟踪螺旋管的方法，其特征在于，所述方法应用于焊接机器人上，所述焊接机器人上安装有激光跟踪器，所述激光跟踪器与焊接机器人的焊枪末段平行；所述方法包括：
使激光跟踪器发出的激光条纹垂直于螺旋管焊缝，并使焊缝位于激光条纹的中部；
使螺旋管沿其中轴线旋转，使焊接机器人对准螺旋管一端的焊缝并沿水平方向移动焊接，设水平方向为X轴方向；
通过激光跟踪器测得焊缝偏离Y轴方向和Z轴方向的偏移值；
焊接机器人移动到激光跟踪器的焊缝测量点时，结合激光跟踪器在该焊缝测量点的偏移值和偏移比例对焊缝的Y轴方向和Z轴方向进行纠偏。
2.根据权利要求1所述的激光增量跟踪螺旋管的方法，其特征在于，所述焊接机器人移动到激光跟踪器的焊缝测量点时，结合激光跟踪器在该焊缝测量点的偏移值和偏移比例对焊缝的Y轴方向和Z轴方向进行纠偏包括：
测量出焊枪尖点到激光条纹之间的前置距离D；
焊接机器人间隔设定时间与激光跟踪器通讯一次，激光跟踪器返回Y轴方向和Z轴方向的偏移值；
当焊接机器人收到激光跟踪器返回的偏移值后同时记录焊接机器人移动距离d与前置距离D的和；
焊接机器人记录激光跟踪器的第一个偏移值记作Y0，Z0，前置距离与焊接机器人移动距离的和记作L0；依次类推第二个偏移值记作Y1，Z1，前置距离与焊接机器人移动距离的和记作L1；第n个偏移值记作Yn，Zn，前置距离与焊接机器人移动距离的和记作Ln；
焊接机器人实时计算当前所处位置，当焊接机器人移动距离没到达前置距离D时焊接机器人的偏移都使用Y0，Z0，其余激光跟踪器返回的偏移值、以及收到偏移值时的焊接机器人移动距离与前置距离的和同步压入跟踪缓冲区；
焊接机器人每个运动插补周期实时对比焊接机器人移动距离d与L1，判断d是否大于L1，如果大于L1则从跟踪缓冲区删除Y0，Z0的偏移值,后面插补周期使用Y1，Z1的偏移值；继续实时对比焊接机器人移动距离d与L2，当d大于L2时则从跟踪缓冲区删除Y1，Z1的偏移值，后面插补周期使用Y2，Z2的偏移值；依次类推当d大于Ln时，则从跟踪缓冲区删除Yn-1,Zn-1的偏移值，下个插补周期开始使用Yn，Zn的偏移值；
焊接机器人每个插补周期根据跟踪缓冲区里激光跟踪器的偏移值进行机器人工具坐标Y,Z方向的偏差调整；记机器人Y方向的坐标为Yr,Z方向的坐标为Zr；跟踪缓冲区的当前Y方向偏移值为Yc,Z方向偏移值为Zc；焊接机器人与激光跟踪器在Y方向的偏移比例为dy，焊接机器人与激光跟踪器在Z方向的偏移比例为dz，插补周期数为k，焊接机器人根据激光跟踪器返回的偏移值得：
Yr＝Yr+Yc*dy/k；
Zr＝Zr+Zc*dz/k；
焊接机器人根据Yr，Zr来进行焊缝纠偏。
3.一种焊接机器人，其特征在于，所述焊接机器人在焊接螺旋管时使用权利要求1或2所述的激光增量跟踪螺旋管的方法进行焊缝纠偏。
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