[發明專利]基于旋轉電弧的復雜曲面形狀識別及焊槍位姿控制方法

有效

• 申請號: 201610218565.6
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105643062B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 洪波;毛文奇;王濤;唐明
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K9/16
• 分類號: B23K9/16;B23K9/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及焊接自動控制技術，尤其涉及一種基于旋轉電弧的復雜曲面形狀識別及焊槍位姿控制方法。

背景技術

眾所周知，復雜曲面的焊接在焊接自動控制技術領域是一個很重要的研究領域，在汽車，火車，輪船等的焊接制造中存在大量的復雜曲面。目前，實現對復雜曲面的形狀識別及焊槍位姿控制，主要采用視覺傳感器的機器人。現有技術中，視覺傳感器在復雜曲面形狀識別過程中由于復雜的外部環境的影響，如：自然光照、焊接弧光、煙塵、飛濺等，攝像機很難獲得明顯的表面形貌。而且，基于視覺傳感器的機器人系統利用的Canny算法、Laplace算法等，難以很快對復雜的曲面圖像進行處理，使得其對于焊槍的位姿調節在時間上出現不可避免的滯后。加之視覺傳感器的機器人系統總成本較高，由于復雜通信協議的影響，與行業內主流焊接設備系統在數據的通信中不能進行方便可靠的連接，在實際的生產應用過程中有一定的局限性。

在實際的工業生產中，對于表面形狀有一定規律的復雜工件的焊接也有時會采用機器人示教或離線編程的方法，但焊接過程中存在大量的不確定因素，如焊接工件坡口的加工精度、焊接過程中的熱、電弧力、磁偏吹等導致的焊件變形等都會影響機器人示教或離線編程的準確性。況且，人工示教占用機器人工作時間，人工編程也需要花費大量的時間進行復雜的計算，編程和調試，都使得工作效率大大降低。另外，機器人示教或離線編程由于不能要求焊接機器人具有一定的靈活性，使得其易于受到外部環境及大量不確定因素的影響，使得焊接機器人對復雜曲面形狀識別及焊槍位姿控制常常出現偏差，一般會使得質量下降甚至失敗，不能保證工業生產的正常順利進行。

針對以上問題，亟需要一種準確、快速的復雜曲面形狀識別及焊槍位姿控制方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于旋轉電弧的復雜曲面形狀識別及焊槍位姿控制方法，該方法可以根據焊接條件的變化，要求焊接機器人能夠實時的識別出復雜曲面的表面形貌，并對焊槍的高度和姿態進行調整，保證焊接質量的可靠性，并且準確、快速。

為實現上述發明目的，本發明提供的一種基于旋轉電弧的復雜曲面形狀識別及焊槍位姿控制方法，包括如下步驟：

S₁、隨著焊接的進行，旋轉電弧傳感器在焊道上持續進行采樣，并提取采樣點；

S₂、根據所述采樣點計算并處理焊道特征曲線，以完成對曲面形狀的識別；

S₃、根據所述特征曲線計算焊道特征截面曲線，確定焊槍的姿態信息；

S₄、按照所述的曲面形狀信息和焊槍的姿態信息自動生成機器人運行程序，實時對焊接操作進行調節。

在本發明的具體內容中，所述步驟S₁還包括提取采樣點的方式，其具體方式為：提取旋轉電弧在每個周期中從初始點經過時間t₁,t₂,…,t_m,…,t_n(0<t₁,t₂,…t_m,…,t_n<T,T為旋轉電弧旋轉周期)時采集到的點，并把在各個周期中提取的從初始點經過相同時間的采集點列為一個組，即把所有提取的采集點按從初始點經過相同時間的規律分為n(n為正整數)個組。

在本發明的具體內容中，所述步驟S₂中“計算并處理焊道特征曲線”具體步驟為：

創建空間直角坐標系，并以正面、側面為參考基準面；

對提取的采樣點進行篩選；

運用牛頓插值法生成焊道特征曲線；

對特征曲線進行修正、檢驗，實現平滑過渡；

完成對曲面形狀的識別。

在本發明的具體內容中，所述焊道特征曲線為多條焊道特征曲線。

在本發明的具體內容中，所述步驟S₃具體包括：

創建焊道的特征截面；

計算出特征曲線在特征截面的點；

對計算出的點進行處理；

利用拉格朗日插值法生成焊道特征截面曲線；

確定焊槍的姿態信息。

在本發明的具體內容中，所述步驟S₄中“實時對焊接操作進行調節”具體步驟為：

根據曲面形狀信息，對焊槍進行焊接高度方向上的調節；

根據焊接姿態信息，對焊槍進行焊接角度的調節。