一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方法，包含步驟：將待焊接件的復(fù)雜焊縫分割成直線焊縫或圓弧焊縫；焊接空間點(diǎn)陣設(shè)置；根據(jù)焊接空間點(diǎn)陣確定焊槍路徑并儲存到弧焊機(jī)器人；配備弧焊系統(tǒng)的弧焊機(jī)器人根據(jù)存儲的焊接路徑依次對每個焊縫施焊。本發(fā)明減小了復(fù)雜焊縫批量生產(chǎn)對復(fù)雜點(diǎn)姿態(tài)的士教，大大提高了士教速度。每個工件焊前均進(jìn)行焊接位置點(diǎn)修正，每條焊縫的焊接路徑得到精確保證，從根本上避免了焊接路徑偏移帶來的不合格甚至報廢等問題。
【專利說明】一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及弧焊【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，焊接逐漸向自動化、柔性化和智能化的方向發(fā)展，機(jī)器人焊接被認(rèn)為是焊接技術(shù)自動化水平的標(biāo)志。機(jī)器人焊接的軌跡控制方式有士教再現(xiàn)、離線編程和自主編程三種，離線編程和自主編程由于相關(guān)傳感技術(shù)應(yīng)用的限制目前還停留在實(shí)驗室研究階段，士教再現(xiàn)是工業(yè)生產(chǎn)中焊槍軌跡控制的主要方式。士教編程是由技術(shù)人員引導(dǎo)，控制機(jī)器人末端的位置與姿態(tài)，記錄機(jī)器人作業(yè)的程序點(diǎn)，然后插入所需的機(jī)器人命令來完成焊接程序的編制。由于機(jī)器人程序算法固化于機(jī)器人控制系統(tǒng)，如何引導(dǎo)機(jī)器人末端確定作業(yè)的程序點(diǎn)成為機(jī)器人焊接軌跡控制準(zhǔn)確性和士教編程效率的關(guān)鍵。
[0003]對于空間復(fù)雜焊縫或多品種的產(chǎn)品對象，士教編程一方面需保證相同產(chǎn)品批量生產(chǎn)的士教程序點(diǎn)的重復(fù)精度，另一方面需要快速轉(zhuǎn)換，減少冗余過渡點(diǎn)的士教，提高士教編程效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方法，包含下列步驟:
S1:將待焊接件的復(fù)雜焊縫分割成直線焊縫和/或圓弧焊縫；
S2:焊接空間點(diǎn)陣設(shè)置；
所述焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)包括:起始點(diǎn)、各個焊縫對應(yīng)的焊槍姿態(tài)點(diǎn)、各個焊縫的初始起弧點(diǎn)及初始收弧點(diǎn)；
S3:根據(jù)焊接空間點(diǎn)陣確定焊槍路徑并儲存到弧焊機(jī)器人；
具體為:以各個焊縫為單元編制弧焊機(jī)器人的焊接路徑控制程序，所述各個焊縫的焊接路徑為:起始點(diǎn)一焊槍姿態(tài)點(diǎn)一初始起弧點(diǎn)一焊縫路徑一初始收弧點(diǎn)一焊槍姿態(tài)點(diǎn)一起始點(diǎn)；
S4:配備弧焊系統(tǒng)的弧焊機(jī)器人根據(jù)存儲的焊接路徑依次對每個焊縫施焊。
[0005]所述起始點(diǎn)位于待焊接件幾何中心正上方。
[0006]所述各個焊縫的焊槍姿態(tài)點(diǎn)位于起始點(diǎn)的四周。
[0007]所述各個焊縫的初始起弧點(diǎn)和初始收弧點(diǎn)分別位于焊縫路徑兩端。
[0008]上述焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)設(shè)置順序為:起始點(diǎn)一各個焊縫的焊槍姿態(tài)點(diǎn)一各個焊縫的初始起弧點(diǎn)、初始收弧點(diǎn)。
[0009]步驟S2中，所述焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)還包括各個焊縫的精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)，所述精確位置起弧點(diǎn)、精確位置收弧點(diǎn)是根據(jù)步驟S2的工件裝配誤差在初始位置起弧點(diǎn)、初始收弧點(diǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整而成，步驟S4中所述各個焊縫的焊接路徑為:起始點(diǎn)一焊槍姿態(tài)點(diǎn)一初始起弧點(diǎn)一精確起弧點(diǎn)一焊縫路徑一精確收弧點(diǎn)一初始收弧點(diǎn)一焊槍姿態(tài)點(diǎn)一起始點(diǎn)。所述焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)設(shè)置順序為:起始點(diǎn)一各個焊縫的焊槍姿態(tài)點(diǎn)一各個焊縫的初始起弧點(diǎn)、初始收弧點(diǎn)一各個焊縫的精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)。
[0010]所述焊槍姿態(tài)點(diǎn)的設(shè)置使焊槍姿態(tài)與待焊焊縫所在平面垂直。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:
1)預(yù)先設(shè)置空間焊接點(diǎn)陣，利用機(jī)器人的士教方式減小了復(fù)雜焊縫批量生產(chǎn)對復(fù)雜點(diǎn)姿態(tài)的士教，大大提高了士教速度。每個工件焊前均進(jìn)行焊接位置點(diǎn)修正，每條焊縫的焊接路徑得到精確保證，從根本上避免了焊接路徑偏移帶來的不合格甚至報廢等問題；
2)機(jī)器人的士教方式一次性獲取空間位置點(diǎn)，通過一條焊接程序即可完成多條復(fù)雜焊縫的一次焊接，減少了單獨(dú)編程和程序重新調(diào)用等中間環(huán)節(jié)，提高了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的機(jī)器人焊接效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明焊接空間點(diǎn)陣設(shè)置流程圖。
[0013]圖2為運(yùn)用對 喇叭體結(jié)構(gòu)適用本發(fā)明的焊接路徑示例。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]本發(fā)明包含下列步驟:
S1:將待焊接件的復(fù)雜焊縫分割成直線焊縫或圓弧焊縫；
S2:焊接空間點(diǎn)陣設(shè)置；
所述焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)包括起始點(diǎn)、各個焊縫對應(yīng)的焊槍姿態(tài)點(diǎn)、各個焊縫的初始起弧點(diǎn)及初始收弧點(diǎn)、各個焊縫的精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)，下面分別介紹。
[0016]1.起始點(diǎn)。本發(fā)明以S表示。所述起始點(diǎn)位于喇叭體小開口端幾何中心正上方。
[0017]2.焊槍姿態(tài)點(diǎn)。
[0018]所述焊槍姿態(tài)點(diǎn)Pp P2,…、Pn是根據(jù)焊縫數(shù)量η在起始點(diǎn)(S)附近四周設(shè)置的，每個焊縫對應(yīng)一個焊槍姿態(tài)點(diǎn)，所述焊槍姿態(tài)點(diǎn)的設(shè)置以焊槍姿態(tài)與待焊焊縫所在平面垂直為準(zhǔn)。
[0019]3.各個焊縫的初始起弧點(diǎn)及初始收弧點(diǎn)。
[0020]在遠(yuǎn)離工件約IOmm位置設(shè)置初始起弧點(diǎn)及初始收弧點(diǎn)Sn、E11, S22, E22,…、Snn,Enn,其中S開頭的代表為初始起弧點(diǎn),E開頭的為初始收弧點(diǎn)。初始起弧點(diǎn)位于焊縫臨近喇叭體大開口端的一端,初始收弧點(diǎn)位于焊縫臨近所述喇叭體小開口端的一端。
[0021]4.各個焊縫的精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)。
[0022]所述精確位置起弧點(diǎn)、精確位置收弧點(diǎn)是根據(jù)工件裝配誤差在初始位置起弧點(diǎn)、初始收弧點(diǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整而成，本發(fā)明以SpEpSyE2'…、Sn、En。表示，其中S開頭的代表為精確起弧點(diǎn)，E開頭的為精確收弧點(diǎn)。
[0023]需要說明的是，精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)并不是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明必須的，因為在工件裝配誤差不存在或者可以忽略的情況下，初始起弧點(diǎn)及初始收弧點(diǎn)即可滿足要求。
[0024]在不設(shè)置精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)的情況下，焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)設(shè)置流程為:起始點(diǎn)一各個焊縫的焊槍姿態(tài)點(diǎn)一各個焊縫的初始起弧點(diǎn)及初始收弧點(diǎn)。
[0025]在設(shè)置精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)的情況下，焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)設(shè)置流程如圖1所示:順序為:起始點(diǎn)一各個焊縫的焊槍姿態(tài)點(diǎn)一各個焊縫的初始起弧點(diǎn)、初始收弧點(diǎn)一各個焊縫的精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)。
[0026]S3:根據(jù)焊接空間點(diǎn)陣確定焊槍路徑并儲存到弧焊機(jī)器人；
在設(shè)定了焊接空間點(diǎn)陣后，可以根據(jù)焊接空間點(diǎn)陣確定焊槍路徑并儲存到弧焊機(jī)器人，具體為，以各個焊縫為單元編制弧焊機(jī)器人的焊接路徑控制程序。
[0027]在不設(shè)置精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)的情況下，所述各個焊縫的焊接路徑為:起始點(diǎn)—焊槍姿態(tài)點(diǎn)一初始起弧點(diǎn)一焊縫路徑一初始收弧點(diǎn)一焊槍姿態(tài)點(diǎn)一起始點(diǎn)。
[0028]在設(shè)置精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)的情況下，所述各個焊縫的焊接路徑為:起始點(diǎn)一焊槍姿態(tài)點(diǎn)一初始起弧點(diǎn)一精確起弧點(diǎn)一焊縫路徑一精確收弧點(diǎn)一初始收弧點(diǎn)一焊槍姿態(tài)點(diǎn)一起始點(diǎn)。
[0029]焊縫間的轉(zhuǎn)換需回到相應(yīng)的焊槍姿態(tài)點(diǎn)，優(yōu)選的，同一焊接程序涵括各焊縫的焊接路徑。
[0030]S4:配備弧焊系統(tǒng)的弧焊機(jī)器人根據(jù)存儲的焊接路徑依次對每個焊縫施焊。
[0031]下面以四喇叭片構(gòu)成的喇叭體機(jī)構(gòu)為例，對本發(fā)明的產(chǎn)品批量生產(chǎn)實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032]I)喇叭體結(jié)構(gòu)分析，喇叭體為四個等邊梯形的板材拼接而成，焊縫為四條直焊縫，四條焊縫為空間直線焊縫。喇叭體固定于專用工裝，采用弧焊機(jī)器人焊接時需對四條焊縫的初始起弧點(diǎn)和初始收弧點(diǎn)士教，同時需避免機(jī)械手在焊縫間轉(zhuǎn)換時喇叭體及夾具對焊槍的干涉。批量生產(chǎn)時，需考慮喇叭體裝夾誤差對起弧點(diǎn)及收弧點(diǎn)位置準(zhǔn)確性的影響。
[0033]2)焊接空間點(diǎn)陣設(shè)置與儲存。調(diào)整焊槍姿態(tài)和適當(dāng)距離，儲存喇叭體焊接程序的起始點(diǎn)S，姿態(tài)點(diǎn)Pp P2、P3、P4,初始起弧點(diǎn)和初始收弧點(diǎn)Sn、En、S22, E22, S33、E33、S44, E44,第一條焊縫精確起弧點(diǎn)S1和精確收弧點(diǎn)E1，第二條焊縫精確起弧點(diǎn)S2和精確收弧點(diǎn)E2，第三條焊縫精確位置起弧點(diǎn)S3和精確收弧點(diǎn)E3，第四條焊縫精確起弧點(diǎn)S4和精確收弧點(diǎn)E4。起始點(diǎn)S位于喇叭體口面幾何中心的正上方，焊槍姿態(tài)垂直于喇叭體口面，四條焊縫正上方分別設(shè)置各焊縫焊接所需的姿態(tài)點(diǎn)P廣P4。
[0034]在機(jī)器人坐標(biāo)模式下調(diào)整弧焊機(jī)器人各關(guān)節(jié)，使焊槍中心平行于相應(yīng)焊縫的夾角平分線。將弧焊機(jī)器人切換至笛卡爾坐標(biāo)系，通過x、Y、z向直線自由度調(diào)整焊槍靠近焊縫，根據(jù)初始起弧點(diǎn)和初始收弧點(diǎn)確定Z向位置，確定初始起弧點(diǎn)和初始收弧點(diǎn)Sn、En、S22、E22、S33、E33、S44、E44。X、Y向離施焊點(diǎn)距離8-10mm，以預(yù)留足夠的裝配誤差。針對待焊工件實(shí)際位置，以焊縫位置點(diǎn)為基礎(chǔ)調(diào)整獲得各焊縫的精確位置點(diǎn)Sp E1, S2, E2, S3> E3、S4、E4。
[0035]3)根據(jù)焊接空間點(diǎn)陣確定焊槍路徑，分別按第一到第四條焊縫為單元編程。第一條焊縫和第二條焊縫的焊接路徑如圖2所示。焊槍從起始點(diǎn)S經(jīng)姿態(tài)點(diǎn)P1后調(diào)整為第一條焊縫的焊接姿態(tài)，經(jīng)初始起弧點(diǎn)S11到達(dá)第一條焊縫的精確起弧點(diǎn)Sp從S1點(diǎn)調(diào)用焊接參數(shù)開始到精確收弧點(diǎn)E1，第一條焊縫焊接過程結(jié)束后經(jīng)初始收弧點(diǎn)En、姿態(tài)點(diǎn)P1回到起始點(diǎn)S。如此類推，進(jìn)行第二條焊縫、第三條焊縫、第四條焊縫的焊接，最終焊槍退回到起始點(diǎn)S。
[0036]CLOOS弧焊機(jī)器人一次焊接四條焊縫的路徑控制程序如下:GP (S，P1, S11, S1)
GC(E1) !第I條焊縫施焊 GP (E11, P1, S，P2, S22, S2)
GC(E2) !第2條焊縫施焊 GP (E22, P2, S，P3, S33, S3)
GC(E3) !第3條焊縫施焊 GP (E33, P3, S，P4, S44, S4)
GC(E4) !第4條焊縫施焊 GP (E44, P4, S)
4)批量生產(chǎn)空間點(diǎn)調(diào)整。同種被焊工件裝夾完畢后，裝配誤差將導(dǎo)致各精確位置點(diǎn)發(fā)生改變。為了保證精確的加熱軌跡，需對各精確位置點(diǎn)重新示教。在焊縫位置點(diǎn)Sn、En、S22、E22、S33、E33、S44, E44的基礎(chǔ)上微調(diào)，獲取相應(yīng)的精確位置點(diǎn)并儲存，形成各被焊工件的實(shí)時路徑。
[0037]上述針對焊縫數(shù)量和姿態(tài)相對分散的喇叭體空間焊縫，提出了一種“由粗到精，微調(diào)精確點(diǎn)”的士教方式。通過設(shè)置焊接空間點(diǎn)陣，以每條焊縫為單元進(jìn)行士教焊接。批量生產(chǎn)中工件轉(zhuǎn)換僅需調(diào)整精確位置點(diǎn)，即可完成空間復(fù)雜焊縫的快速士教，以期為空間復(fù)雜焊縫的士教及弧焊機(jī)器人的工程化應(yīng)用提供技術(shù)參考。
[0038]本發(fā)明的有益效果為:
I)預(yù)先設(shè)置空間焊接點(diǎn)陣， 利用機(jī)器人的士教方式減小了復(fù)雜焊縫批量生產(chǎn)對復(fù)雜點(diǎn)姿態(tài)的士教，大大提高了士教速度。每個工件焊前均進(jìn)行焊接位置點(diǎn)修正，每條焊縫的焊接路徑得到精確保證，從根本上避免了焊接路徑偏移帶來的不合格甚至報廢等問題。
[0039]2)機(jī)器人的士教方式一次性獲取空間位置點(diǎn)，通過一條焊接程序即可完成多條復(fù)雜焊縫的一次焊接，減少了單獨(dú)編程和程序重新調(diào)用等中間環(huán)節(jié)，提高了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的機(jī)器人焊接效率。
[0040]本發(fā)明可適用簡單的焊接，尤其適合焊縫數(shù)量多、分布分散的結(jié)構(gòu)件焊接，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之類。
【權(quán)利要求】
1.一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方法，其特征在于，包含下列步驟:S1:將待焊接件的復(fù)雜焊縫分割成直線焊縫和/或圓弧焊縫；S2:焊接空間點(diǎn)陣設(shè)置；所述焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)包括:起始點(diǎn)、各個焊縫對應(yīng)的焊槍姿態(tài)點(diǎn)、各個焊縫的初始起 弧點(diǎn)及初始收弧點(diǎn)；S3:根據(jù)焊接空間點(diǎn)陣確定焊槍路徑并儲存到弧焊機(jī)器人；具體為:以各個焊縫為單元編制弧焊機(jī)器人的焊接路徑控制程序，所述各個焊縫的焊 接路徑為:起始點(diǎn)一焊槍姿態(tài)點(diǎn)一初始起弧點(diǎn)一焊縫路徑一初始收弧點(diǎn)一焊槍姿態(tài)點(diǎn)一起 始點(diǎn)；S4:配備弧焊系統(tǒng)的弧焊機(jī)器人根據(jù)存儲的焊接路徑依次對每個焊縫施焊。
2.如權(quán)利要求1所述的一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方法，其特征在 于，所述起始點(diǎn)位于待焊接件幾何中心正上方。
3.如權(quán)利要求1所述的一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方法，其特征在 于，所述各個焊縫的焊槍姿態(tài)點(diǎn)位于起始點(diǎn)的四周。
4.如權(quán)利要求1所述的一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方法，其特征在 于，所述各個焊縫的初始起弧點(diǎn)和初始收弧點(diǎn)分別位于焊縫路徑兩端。
5.如權(quán)利要求f4中任一項所述的一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方 法，其特征在于，所述焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)設(shè)置順序為:起始點(diǎn)一各個焊縫的焊槍姿態(tài)點(diǎn)一各 個焊縫的初始起弧點(diǎn)、初始收弧點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求f4、5中任一項所述的一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教 方法，其特征在于，步驟S2中，所述焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)還包括各個焊縫的精確起弧點(diǎn)、精確 收弧點(diǎn)，所述精確位置起弧點(diǎn)、精確位置收弧點(diǎn)是根據(jù)步驟S2的工件裝配誤差在初始位置起 弧點(diǎn)、初始收弧點(diǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整而成，步驟S4中所述各個焊縫的焊接路徑為:起始點(diǎn)一 焊槍姿態(tài)點(diǎn)一初始起弧點(diǎn)一精確起弧點(diǎn)一焊縫路徑一精確收弧點(diǎn)一初始收弧點(diǎn)一焊槍姿 態(tài)點(diǎn)一起始點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6中所述的一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教方法，其特征 在于，所述焊接空間點(diǎn)陣的點(diǎn)設(shè)置順序為:起始點(diǎn)一各個焊縫的焊槍姿態(tài)點(diǎn)一各個焊縫的 初始起弧點(diǎn)、初始收弧點(diǎn)一各個焊縫的精確起弧點(diǎn)、精確收弧點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求f4、7中任一項所述的一種弧焊機(jī)器人空間復(fù)雜焊縫焊接路徑的士教 方法，其特征在于，所述焊槍姿態(tài)點(diǎn)的設(shè)置使焊槍姿態(tài)與待焊焊縫所在平面垂直。
【文檔編號】B23K9/032GK103495978SQ201310454758
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】敬小軍, 王遠(yuǎn)榮, 劉雁斌 申請人:成都四威高科技產(chǎn)業(yè)園有限公司