基于旋轉(zhuǎn)電弧的復(fù)雜曲面形狀識(shí)別及焊槍位姿控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及焊接自動(dòng)控制技術(shù)，尤其設(shè)及一種基于旋轉(zhuǎn)電弧的復(fù)雜曲面形狀識(shí)別 及焊槍位姿控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，復(fù)雜曲面的焊接在焊接自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域是一個(gè)很重要的研究領(lǐng)域， 在汽車，火車，輪船等的焊接制造中存在大量的復(fù)雜曲面。目前，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜曲面的形狀識(shí) 別及焊槍位姿控制，主要采用視覺(jué)傳感器的機(jī)器人?，F(xiàn)有技術(shù)中，視覺(jué)傳感器在復(fù)雜曲面形 狀識(shí)別過(guò)程中由于復(fù)雜的外部環(huán)境的影響，如：自然光照、焊接弧光、煙塵、飛瓣等，攝像機(jī) 很難獲得明顯的表面形貌。而且，基于視覺(jué)傳感器的機(jī)器人系統(tǒng)利用的Canny算法、Laplace 算法等，難W很快對(duì)復(fù)雜的曲面圖像進(jìn)行處理，使得其對(duì)于焊槍的位姿調(diào)節(jié)在時(shí)間上出現(xiàn) 不可避免的滯后。加之視覺(jué)傳感器的機(jī)器人系統(tǒng)總成本較高，由于復(fù)雜通信協(xié)議的影響，與 行業(yè)內(nèi)主流焊接設(shè)備系統(tǒng)在數(shù)據(jù)的通信中不能進(jìn)行方便可靠的連接，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用過(guò) 程中有一定的局限性。
[0003] 在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于表面形狀有一定規(guī)律的復(fù)雜工件的焊接也有時(shí)會(huì)采用 機(jī)器人示教或離線編程的方法，但焊接過(guò)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(guò)程中的熱、電弧力、磁偏吹等導(dǎo)致的焊件變形等都會(huì)影響機(jī)器人示教或離 線編程的準(zhǔn)確性。況且，人工示教占用機(jī)器人工作時(shí)間，人工編程也需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn) 行復(fù)雜的計(jì)算，編程和調(diào)試，都使得工作效率大大降低。另外，機(jī)器人示教或離線編程由于 不能要求焊接機(jī)器人具有一定的靈活性，使得其易于受到外部環(huán)境及大量不確定因素的影 響，使得焊接機(jī)器人對(duì)復(fù)雜曲面形狀識(shí)別及焊槍位姿控制常常出現(xiàn)偏差，一般會(huì)使得質(zhì)量 下降甚至失敗，不能保證工業(yè)生產(chǎn)的正常順利進(jìn)行。
[0004] 針對(duì)W上問(wèn)題，亟需要一種準(zhǔn)確、快速的復(fù)雜曲面形狀識(shí)別及焊槍位姿控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于旋轉(zhuǎn)電弧的復(fù)雜曲面形狀識(shí)別及焊槍位姿控制 方法，該方法可W根據(jù)焊接條件的變化，要求焊接機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)的識(shí)別出復(fù)雜曲面的表 面形貌，并對(duì)焊槍的高度和姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，保證焊接質(zhì)量的可靠性，并且準(zhǔn)確、快速。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一種基于旋轉(zhuǎn)電弧的復(fù)雜曲面形狀識(shí)別及焊 槍位姿控制方法，包括如下步驟：
[0007] Si、隨著焊接的進(jìn)行，旋轉(zhuǎn)電弧傳感器在焊道上持續(xù)進(jìn)行采樣，并提取采樣點(diǎn)；
[000引 &、根據(jù)所述采樣點(diǎn)計(jì)算并處理焊道特征曲線，W完成對(duì)曲面形狀的識(shí)別；
[0009] S3、根據(jù)所述特征曲線計(jì)算焊道特征截面曲線，確定焊槍的姿態(tài)信息；
[0010] S4、按照所述的曲面形狀信息和焊槍的姿態(tài)信息自動(dòng)生成機(jī)器人運(yùn)行程序，實(shí)時(shí) 對(duì)焊接操作進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0011] 在本發(fā)明的具體內(nèi)容中，所述步驟Si還包括提取采樣點(diǎn)的方式，其具體方式為:提 取旋轉(zhuǎn)電弧在每個(gè)周期中從初始點(diǎn)經(jīng)過(guò)時(shí)間tl，t2，，'，心，…，tn(0<tl，t2，，，，tm，，'，，tn<T，T為 旋轉(zhuǎn)電弧旋轉(zhuǎn)周期）時(shí)采集到的點(diǎn)，并把在各個(gè)周期中提取的從初始點(diǎn)經(jīng)過(guò)相同時(shí)間的采 集點(diǎn)列為一個(gè)組，即把所有提取的采集點(diǎn)按從初始點(diǎn)經(jīng)過(guò)相同時(shí)間的規(guī)律分為n(n為正整 數(shù))個(gè)組。
[0012] 在本發(fā)明的具體內(nèi)容中，所述步驟S2中"計(jì)算并處理焊道特征曲線"具體步驟為：
[0013] 創(chuàng)建空間直角坐標(biāo)系，并W正面、側(cè)面為參考基準(zhǔn)面；
[0014] 對(duì)提取的采樣點(diǎn)進(jìn)行篩選；
[0015] 運(yùn)用牛頓插值法生成焊道特征曲線；
[0016] 對(duì)特征曲線進(jìn)行修正、檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡；
[0017]完成對(duì)曲面形狀的識(shí)別。
[0018] 在本發(fā)明的具體內(nèi)容中，所述焊道特征曲線為多條焊道特征曲線。
[0019] 在本發(fā)明的具體內(nèi)容中，所述步驟S3具體包括：
[0020] 創(chuàng)建焊道的特征截面；
[0021] 計(jì)算出特征曲線在特征截面的點(diǎn)；
[0022] 對(duì)計(jì)算出的點(diǎn)進(jìn)行處理；
[0023] 利用拉格朗日插值法生成焊道特征截面曲線；
[0024] 確定焊槍的姿態(tài)信息。
[0025] 在本發(fā)明的具體內(nèi)容中，所述步驟S4中"實(shí)時(shí)對(duì)焊接操作進(jìn)行調(diào)節(jié)"具體步驟為：
[0026] 根據(jù)曲面形狀信息，對(duì)焊槍進(jìn)行焊接高度方向上的調(diào)節(jié)；
[0027] 根據(jù)焊接姿態(tài)信息，對(duì)焊槍進(jìn)行焊接角度的調(diào)節(jié)。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)旋轉(zhuǎn)電弧傳感器在焊道上采集的一系列采樣點(diǎn)，建 立特定的計(jì)算模型，計(jì)算并處理焊道特征曲線及焊道特征截面曲線，W完成對(duì)曲面形狀的 識(shí)別和焊槍的姿態(tài)信息的確定，并自動(dòng)生成機(jī)器人運(yùn)行程序，實(shí)時(shí)對(duì)焊接操作進(jìn)行調(diào)節(jié)，保 證焊接質(zhì)量的可靠性，并且準(zhǔn)確、快速。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是本發(fā)明實(shí)施方式中旋轉(zhuǎn)電弧軌跡圖。
[0030] 圖2是本發(fā)明實(shí)施方式中焊道特征曲線參考坐標(biāo)系圖。
[0031 ]圖3是本發(fā)明實(shí)施方式中焊道特征截面圖。
[0032] 圖4是本發(fā)明實(shí)施方式中基于旋轉(zhuǎn)電弧的復(fù)雜曲面形狀識(shí)別及焊槍位姿控制方法 的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0034] 本發(fā)明的一種基于旋轉(zhuǎn)電弧的復(fù)雜曲面形狀識(shí)別及焊槍位姿控制方法，包括W下 步驟：
[0035] Si、隨著焊接的進(jìn)行，旋轉(zhuǎn)電弧傳感器在焊道上持續(xù)進(jìn)行采樣，并提取采樣點(diǎn)；
[0036] &、根據(jù)所述采樣點(diǎn)計(jì)算并處理焊道特征曲線，W完成對(duì)曲面形狀的識(shí)別；
[0037] S3、根據(jù)所述特征曲線計(jì)算焊道特征截面曲線，確定焊槍的姿態(tài)信息；
[0038] S4、按照所述的曲面形狀信息和焊槍的姿態(tài)信息自動(dòng)生成機(jī)器人運(yùn)行程序，實(shí)時(shí) 對(duì)焊接操作進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0039] 在旋轉(zhuǎn)電弧曲面形狀識(shí)別及焊槍位姿控制系統(tǒng)中，采樣點(diǎn)的處理是曲面形狀識(shí)別 及焊槍位姿控制的基礎(chǔ)。因此如何處理采樣點(diǎn)尤為關(guān)鍵。
[0040] 前述的旋轉(zhuǎn)電弧的復(fù)雜曲面形狀識(shí)別及焊槍位姿控制方法，在所述S2中，利用牛 頓插值法