CN103495978A - 一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法，包含步骤：将待焊接件的复杂焊缝分割成直线焊缝或圆弧焊缝；焊接空间点阵设置；根据焊接空间点阵确定焊枪路径并储存到弧焊机器人；配备弧焊***的弧焊机器人根据存储的焊接路径依次对每个焊缝施焊。本发明减小了复杂焊缝批量生产对复杂点姿态的士教，大大提高了士教速度。每个工件焊前均进行焊接位置点修正，每条焊缝的焊接路径得到精确保证，从根本上避免了焊接路径偏移带来的不合格甚至报废等问题。

Description

一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法

技术领域

本发明涉及弧焊技术领域，具体涉及一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法。

背景技术

随着先进制造技术的发展，焊接逐渐向自动化、柔性化和智能化的方向发展，机器人焊接被认为是焊接技术自动化水平的标志。机器人焊接的轨迹控制方式有士教再现、离线编程和自主编程三种，离线编程和自主编程由于相关传感技术应用的限制目前还停留在实验室研究阶段，士教再现是工业生产中焊枪轨迹控制的主要方式。士教编程是由技术人员引导，控制机器人末端的位置与姿态，记录机器人作业的程序点，然后***所需的机器人命令来完成焊接程序的编制。由于机器人程序算法固化于机器人控制***，如何引导机器人末端确定作业的程序点成为机器人焊接轨迹控制准确性和士教编程效率的关键。

对于空间复杂焊缝或多品种的产品对象，士教编程一方面需保证相同产品批量生产的士教程序点的重复精度，另一方面需要快速转换，减少冗余过渡点的士教，提高士教编程效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法，包含下列步骤:

S1：将待焊接件的复杂焊缝分割成直线焊缝和/或圆弧焊缝； 

S2：焊接空间点阵设置；

所述焊接空间点阵的点包括：起始点、各个焊缝对应的焊枪姿态点、各个焊缝的初始起弧点及初始收弧点；

S3:根据焊接空间点阵确定焊枪路径并储存到弧焊机器人；

具体为：以各个焊缝为单元编制弧焊机器人的焊接路径控制程序，所述各个焊缝的焊接路径为：起始点→焊枪姿态点→初始起弧点→焊缝路径→初始收弧点→焊枪姿态点→起始点；

S4：配备弧焊***的弧焊机器人根据存储的焊接路径依次对每个焊缝施焊。

所述起始点位于待焊接件几何中心正上方。

所述各个焊缝的焊枪姿态点位于起始点的四周。

所述各个焊缝的初始起弧点和初始收弧点分别位于焊缝路径两端。

上述焊接空间点阵的点设置顺序为：起始点→各个焊缝的焊枪姿态点→各个焊缝的初始起弧点、初始收弧点。

步骤S2中，所述焊接空间点阵的点还包括各个焊缝的精确起弧点、精确收弧点，所述精确位置起弧点、精确位置收弧点是根据步骤S2的工件装配误差在初始位置起弧点、初始收弧点基础上进行调整而成，步骤S4中所述各个焊缝的焊接路径为：起始点→焊枪姿态点→初始起弧点→精确起弧点→焊缝路径→精确收弧点→初始收弧点→焊枪姿态点→起始点。所述焊接空间点阵的点设置顺序为：起始点→各个焊缝的焊枪姿态点→各个焊缝的初始起弧点、初始收弧点→各个焊缝的精确起弧点、精确收弧点。

所述焊枪姿态点的设置使焊枪姿态与待焊焊缝所在平面垂直。

本发明的有益效果为：

1）预先设置空间焊接点阵，利用机器人的士教方式减小了复杂焊缝批量生产对复杂点姿态的士教，大大提高了士教速度。每个工件焊前均进行焊接位置点修正，每条焊缝的焊接路径得到精确保证，从根本上避免了焊接路径偏移带来的不合格甚至报废等问题；

2）机器人的士教方式一次性获取空间位置点，通过一条焊接程序即可完成多条复杂焊缝的一次焊接，减少了单独编程和程序重新调用等中间环节，提高了复杂结构的机器人焊接效率。

附图说明

图1为本发明焊接空间点阵设置流程图。

图2为运用对喇叭体结构适用本发明的焊接路径示例。

具体实施方式

下面对本发明进行详细说明。

本发明包含下列步骤:

S1：将待焊接件的复杂焊缝分割成直线焊缝或圆弧焊缝； 

S2：焊接空间点阵设置；

所述焊接空间点阵的点包括起始点、各个焊缝对应的焊枪姿态点、各个焊缝的初始起弧点及初始收弧点、各个焊缝的精确起弧点、精确收弧点，下面分别介绍。

1.起始点。本发明以S表示。所述起始点位于喇叭体小开口端几何中心正上方。

2.焊枪姿态点。

所述焊枪姿态点P₁、P₂、…、P_n是根据焊缝数量n在起始点（S）附近四周设置的，每个焊缝对应一个焊枪姿态点，所述焊枪姿态点的设置以焊枪姿态与待焊焊缝所在平面垂直为准。

3. 各个焊缝的初始起弧点及初始收弧点。

在远离工件约10mm位置设置初始起弧点及初始收弧点S₁₁、E₁₁、S₂₂、E₂₂、…、S_nn、E_nn，其中S开头的代表为初始起弧点，E开头的为初始收弧点。初始起弧点位于焊缝临近喇叭体大开口端的一端，初始收弧点位于焊缝临近所述喇叭体小开口端的一端。

4. 各个焊缝的精确起弧点、精确收弧点。

所述精确位置起弧点、精确位置收弧点是根据工件装配误差在初始位置起弧点、初始收弧点基础上进行调整而成，本发明以S₁、E₁、S₂、E₂、…、S_n、E_n。表示，其中S开头的代表为精确起弧点，E开头的为精确收弧点。

需要说明的是，精确起弧点、精确收弧点并不是实现本发明必须的，因为在工件装配误差不存在或者可以忽略的情况下，初始起弧点及初始收弧点即可满足要求。

在不设置精确起弧点、精确收弧点的情况下，焊接空间点阵的点设置流程为：起始点→各个焊缝的焊枪姿态点→各个焊缝的初始起弧点及初始收弧点。

在设置精确起弧点、精确收弧点的情况下，焊接空间点阵的点设置流程如图1所示：顺序为：起始点→各个焊缝的焊枪姿态点→各个焊缝的初始起弧点、初始收弧点→各个焊缝的精确起弧点、精确收弧点。

S3:根据焊接空间点阵确定焊枪路径并储存到弧焊机器人；

在设定了焊接空间点阵后，可以根据焊接空间点阵确定焊枪路径并储存到弧焊机器人，具体为，以各个焊缝为单元编制弧焊机器人的焊接路径控制程序。

在不设置精确起弧点、精确收弧点的情况下，所述各个焊缝的焊接路径为：起始点→焊枪姿态点→初始起弧点→焊缝路径→初始收弧点→焊枪姿态点→起始点。

在设置精确起弧点、精确收弧点的情况下，所述各个焊缝的焊接路径为：起始点→焊枪姿态点→初始起弧点→精确起弧点→焊缝路径→精确收弧点→初始收弧点→焊枪姿态点→起始点。

焊缝间的转换需回到相应的焊枪姿态点，优选的，同一焊接程序涵括各焊缝的焊接路径。

S4：配备弧焊***的弧焊机器人根据存储的焊接路径依次对每个焊缝施焊。

下面以四喇叭片构成的喇叭体机构为例，对本发明的产品批量生产实施方式进行详细说明。

1）喇叭体结构分析，喇叭体为四个等边梯形的板材拼接而成，焊缝为四条直焊缝，四条焊缝为空间直线焊缝。喇叭体固定于专用工装，采用弧焊机器人焊接时需对四条焊缝的初始起弧点和初始收弧点士教，同时需避免机械手在焊缝间转换时喇叭体及夹具对焊枪的干涉。批量生产时，需考虑喇叭体装夹误差对起弧点及收弧点位置准确性的影响。

2）焊接空间点阵设置与储存。调整焊枪姿态和适当距离，储存喇叭体焊接程序的起始点S，姿态点P₁、P₂、P₃、P₄，初始起弧点和初始收弧点S₁₁、E₁₁、S₂₂、E₂₂、S₃₃、E₃₃、S₄₄、E₄₄，第一条焊缝精确起弧点S₁和精确收弧点E₁，第二条焊缝精确起弧点S₂和精确收弧点E₂，第三条焊缝精确位置起弧点S₃和精确收弧点E₃，第四条焊缝精确起弧点S₄和精确收弧点E₄。起始点S位于喇叭体口面几何中心的正上方，焊枪姿态垂直于喇叭体口面，四条焊缝正上方分别设置各焊缝焊接所需的姿态点P₁~P₄。

在机器人坐标模式下调整弧焊机器人各关节，使焊枪中心平行于相应焊缝的夹角平分线。将弧焊机器人切换至笛卡尔坐标系，通过X、Y、Z向直线自由度调整焊枪靠近焊缝，根据初始起弧点和初始收弧点确定Z向位置，确定初始起弧点和初始收弧点S₁₁、E₁₁、S₂₂、E₂₂、S₃₃、E₃₃、S₄₄、E₄₄。X、Y向离施焊点距离8-10mm，以预留足够的装配误差。针对待焊工件实际位置，以焊缝位置点为基础调整获得各焊缝的精确位置点S₁、E₁、S₂、E₂、S₃、E₃、S₄、E₄。

3）根据焊接空间点阵确定焊枪路径，分别按第一到第四条焊缝为单元编程。第一条焊缝和第二条焊缝的焊接路径如图2所示。焊枪从起始点S经姿态点P₁后调整为第一条焊缝的焊接姿态，经初始起弧点S₁₁到达第一条焊缝的精确起弧点S₁。从S₁点调用焊接参数开始到精确收弧点E₁，第一条焊缝焊接过程结束后经初始收弧点E₁₁、姿态点P₁回到起始点S。如此类推，进行第二条焊缝、第三条焊缝、第四条焊缝的焊接，最终焊枪退回到起始点S。

CLOOS弧焊机器人一次焊接四条焊缝的路径控制程序如下：

GP(S, P₁, S₁₁, S₁)

GC(E₁)              !第1条焊缝施焊

GP(E₁₁, P₁, S, P₂, S₂₂, S₂)

GC(E₂)              !第2条焊缝施焊

GP(E₂₂, P₂, S, P₃, S₃₃, S₃)

GC(E₃)              !第3条焊缝施焊

GP(E₃₃, P₃, S, P₄, S₄₄, S₄)

GC(E₄)              !第4条焊缝施焊

GP(E₄₄, P₄, S)

4）批量生产空间点调整。同种被焊工件装夹完毕后，装配误差将导致各精确位置点发生改变。为了保证精确的加热轨迹，需对各精确位置点重新示教。在焊缝位置点S₁₁、E₁₁、S₂₂、E₂₂、S₃₃、E₃₃、S₄₄、E₄₄的基础上微调，获取相应的精确位置点并储存，形成各被焊工件的实时路径。

上述针对焊缝数量和姿态相对分散的喇叭体空间焊缝，提出了一种“由粗到精，微调精确点”的士教方式。通过设置焊接空间点阵，以每条焊缝为单元进行士教焊接。批量生产中工件转换仅需调整精确位置点，即可完成空间复杂焊缝的快速士教，以期为空间复杂焊缝的士教及弧焊机器人的工程化应用提供技术参考。

本发明的有益效果为：

1）预先设置空间焊接点阵，利用机器人的士教方式减小了复杂焊缝批量生产对复杂点姿态的士教，大大提高了士教速度。每个工件焊前均进行焊接位置点修正，每条焊缝的焊接路径得到精确保证，从根本上避免了焊接路径偏移带来的不合格甚至报废等问题。

2）机器人的士教方式一次性获取空间位置点，通过一条焊接程序即可完成多条复杂焊缝的一次焊接，减少了单独编程和程序重新调用等中间环节，提高了复杂结构的机器人焊接效率。

本发明可适用简单的焊接，尤其适合焊缝数量多、分布分散的结构件焊接，均在本发明的保护范围之类。

Claims (8)

1.一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法，其特征在于，包含下列步骤:

S1：将待焊接件的复杂焊缝分割成直线焊缝和/或圆弧焊缝； 

S2：焊接空间点阵设置；

所述焊接空间点阵的点包括：起始点、各个焊缝对应的焊枪姿态点、各个焊缝的初始起弧点及初始收弧点；

S3:根据焊接空间点阵确定焊枪路径并储存到弧焊机器人；

具体为：以各个焊缝为单元编制弧焊机器人的焊接路径控制程序，所述各个焊缝的焊接路径为：起始点→焊枪姿态点→初始起弧点→焊缝路径→初始收弧点→焊枪姿态点→起始点；

S4：配备弧焊***的弧焊机器人根据存储的焊接路径依次对每个焊缝施焊。

2.如权利要求1所述的一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法，其特征在于，所述起始点位于待焊接件几何中心正上方。

3.如权利要求1所述的一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法，其特征在于，所述各个焊缝的焊枪姿态点位于起始点的四周。

4.如权利要求1所述的一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法，其特征在于，所述各个焊缝的初始起弧点和初始收弧点分别位于焊缝路径两端。

5.如权利要求1~4中任一项所述的一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法，其特征在于，所述焊接空间点阵的点设置顺序为：起始点→各个焊缝的焊枪姿态点→各个焊缝的初始起弧点、初始收弧点。

6.如权利要求1~4、5中任一项所述的一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法，其特征在于，步骤S2中，所述焊接空间点阵的点还包括各个焊缝的精确起弧点、精确收弧点，

所述精确位置起弧点、精确位置收弧点是根据步骤S2的工件装配误差在初始位置起弧点、初始收弧点基础上进行调整而成，步骤S4中所述各个焊缝的焊接路径为：起始点→焊枪姿态点→初始起弧点→精确起弧点→焊缝路径→精确收弧点→初始收弧点→焊枪姿态点→起始点。

7.如权利要求6中所述的一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法，其特征在于，所述焊接空间点阵的点设置顺序为：起始点→各个焊缝的焊枪姿态点→各个焊缝的初始起弧点、初始收弧点→各个焊缝的精确起弧点、精确收弧点。

8.如权利要求1~4、7中任一项所述的一种弧焊机器人空间复杂焊缝焊接路径的士教方法，其特征在于，所述焊枪姿态点的设置使焊枪姿态与待焊焊缝所在平面垂直。  

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