CN108857093A - 利用机器人激光切割的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及加工制造技术领域，尤其涉及利用机器人激光切割的方法及装置，包括：在待切割工件上确定出位于同一平面上的三个基准点；控制机器人的示教体的示教尖点与平面垂直，机器人与待切割工件之间的相对位置关系为目标相对位置关系；获取三个基准点的三维坐标；在切割编程软件中，基于三个基准点的三维坐标，将待切割工件的三维模型与机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与目标相对位置关系相一致；基于预设切割形状，在切割编程软件中，利用待切割工件的三维模型和机器人的三维模型模拟机器人对待切割工件的切割过程，生成包含切割参数的切割程序；将切割程序导入机器人，以使机器人利用切割程序中的切割参数对待切割工件进行激光切割。

Description

利用机器人激光切割的方法及装置
技术领域
本发明涉及加工制造技术领域，尤其涉及利用机器人激光切割的方法及装置。
背景技术
目前的激光切割方法是先对切割位置划线，然后人工操作机器人对切割位置进行示教、纠偏，从而确定需要切割的路径，然而采用上述方法进行激光切割，由于肉眼观察找准划线路径，因此存在激光切割精确度低的问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的利用机器人激光切割的方法及装置。
本发明实施例提供一种利用机器人激光切割的方法，所述方法包括：
在待切割工件上确定出位于同一平面上的三个基准点；
控制所述机器人的示教体的示教尖点与所述平面垂直，其中，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系为目标相对位置关系；
在以所述机器人的原点作为基础坐标原点建立的三维坐标系下，获取所述三个基准点的三维坐标；
在切割编程软件中，基于所述三个基准点的三维坐标，将所述待切割工件的三维模型与所述机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与所述目标相对位置关系相一致；
基于预设切割形状，在所述切割编程软件中，利用所述待切割工件的三维模型和所述机器人的三维模型模拟所述机器人对所述待切割工件的切割过程，生成包含切割参数的切割程序；
将所述切割程序导入所述机器人，以使所述机器人利用所述切割程序中的所述切割参数对所述待切割工件进行激光切割。
优选的，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系包括点与点之间的相对位置关系、线与线之间的相对位置关系以及面与面之间的相对位置关系中的至少一种相对位置关系。
优选的，所述切割参数包括切割路径、切割速度、切割起点、切割终点、激光切割功率、切割尺寸精度范围和切割位置精度范围中的至少一种参数。
优选的，所述生成包含切割参数的切割程序，包括：
离线生成包含所述切割参数的所述切割程序。
优选的，所述基准点的数量多于三个。
优选的，预设切割形状可以包括矩形、椭圆形、方形和三角形中的至少一种形状。
本发明实施例还提供一种利用机器人激光切割的装置，所述装置包括：
确定模块，用于在待切割工件上确定出位于同一平面上的三个基准点；
控制模块，用于控制所述机器人的示教体的示教尖点与所述平面垂直，其中，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系为目标相对位置关系；
获取模块，用于在以所述机器人的原点作为基础坐标原点建立的三维坐标系下，获取所述三个基准点的三维坐标；
调整模块，用于在切割编程软件中，基于所述三个基准点的三维坐标，将所述待切割工件的三维模型与所述机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与所述目标相对位置关系相一致；
程序生成模块，用于基于预设切割形状，在所述切割编程软件中，利用所述待切割工件的三维模型和所述机器人的三维模型模拟所述机器人对所述待切割工件的切割过程，生成包含切割参数的切割程序；
导入模块，用于将所述切割程序导入所述机器人，以使所述机器人利用所述切割程序中的所述切割参数对所述待切割工件进行激光切割。
优选的，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系包括点与点之间的相对位置关系、线与线之间的相对位置关系以及面与面之间的相对位置关系中的至少一种相对位置关系。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如前述的方法步骤。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如前述的方法步骤。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明通过在待切割工件上确定出位于同一平面上的三个基准点，控制机器人的示教体的示教尖点与平面垂直，其中，机器人与待切割工件之间的相对位置关系为目标相对位置关系，在以机器人的原点作为基础坐标原点建立的三维坐标系下，获取三个基准点的三维坐标，在切割编程软件中，基于三个基准点的三维坐标，将待切割工件的三维模型与机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与目标相对位置关系相一致，基于预设切割形状，在切割编程软件中，利用待切割工件的三维模型和机器人的三维模型模拟机器人对待切割工件的切割过程，生成包含切割参数的切割程序，将切割程序导入机器人，以使机器人利用切割程序中的切割参数对待切割工件进行激光切割，利用位于同一平面的三个基准点的坐标能够准确的将机器人的三维模型和待切割工件的三维模型之间的相对位置关系调整至与目标相对位置关系相一致，从而能够更加真实的模拟切割过程，以便获得准确的切割参数，同时由于预先在切割编程软件中对切割过程进行了模拟，不再需要人工肉眼制定切割划线路径，提高了激光切割的精确度。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例中的利用机器人激光切割的方法的流程图；
图2示出了本发明实施例中待切割工件上的平面与基准点的相对位置关系的示意图；
图3示出了本发明实施例中的利用机器人激光切割的装置的结构图；
图4示出了本发明实施例中计算机设备的结构图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的实施例提供一种利用机器人激光切割的方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤101：在待切割工件上确定出位于同一平面上的三个基准点。
具体来讲，待切割工件可以通过工装固定在平台上，平台可以为具有旋转功能的旋转平台，旋转平台可以旋转任意需要角度。待切割工件的形状可以为长方形壳体、正方形壳体、三角形壳体、圆形壳体或圆柱形壳体，本申请对于待切割工件的形状不作限定。首先，在待切割工件上确定出三个基准点，三个基准点分别为第一基准点1、第二基准点2和第三基准点3，第一基准点1、第二基准点2和第三基准点3需在同一平面，由第一基准点1、第二基准点2和第三基准点3构成的平面为A平面，如图2所示。对于如何确定出三个基准点，本发明实施例提供以下实现方式：将一平面与待切割工件相交，待切割工件的外表面与平面之间形成交线，在交线上任意选取三个点作为基准点。
步骤102：控制所述机器人的示教体的示教尖点与所述平面垂直，其中，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系为目标相对位置关系。
具体来讲，机器人轴末端安装有示教体，示教尖点为示教体的末端尖点，通常示教体为圆锥体，从而示教尖点为圆锥体的尖点。在调整机器人的姿态时，控制机器人的示教尖点与平面垂直，在示教尖点与平面垂直后，机器人与待切割工件之间的相对位置关系为目标相对位置关系，目标相对位置关系为实际工况下机器人与待切割工件之间的位置关系，其中，机器人与待切割工件之间的相对位置关系包括点与点之间的相对位置关系、线与线之间的相对位置关系以及面与面之间的相对位置关系中的至少一种相对位置关系，例如，当机器人与待切割工件之间的相对位置关系包括点与点之间的相对位置关系时，将机器人上的点与待切割工件上的点之间的相对位置关系确立为目标相对位置关系。
步骤103：在以所述机器人的原点作为基础坐标原点建立的三维坐标系下，获取所述三个基准点的三维坐标。
具体来讲，在本发明实施例中，以机器人的原点作为基础坐标原点建立三维坐标系，在确定出目标相对位置关系之后，在该三维坐标系下，获取三个基准点的三维坐标，分别为第一基准点(x1，y1，z1)、第二基准点(x2，y2，z2)和第三基准点(x3，y3，z3)。其中，可以利用机器人获取三个基准点的三维坐标。
需要说明的是，在实际工况下，当机器人的位置固定好后，相对于机器人的原点，无论是机器人还是待切割工件，每一个点、线或面都具有一个坐标，即，在以机器人的原点作为基础坐标原点建立的三维坐标系下，可以获得机器人上任意点、线或面的坐标，还可以获得待切割工件上任意点、线或面的坐标。
步骤104：在切割编程软件中，基于所述三个基准点的三维坐标，将所述待切割工件的三维模型与所述机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与所述目标相对位置关系相一致。
具体来讲，对于待切割工件的三维模型而言，待切割工件的三维模型可以预先进行建立，在建立好待切割工件的三维模型之后，根据待切割工件的三维模型可以获得待切割工件的三维模型中任意两点之间的坐标关系。同时，在建立好的待切割工件的三维模型之后，可以将待切割工件的三维模型导入切割编程软件中，另外，也可以在切割编程软件中建立待切割工件的三维模型。
具体来讲，对于机器人的三维模型而言，机器人的三维模型可以预先进行建立，在建立好机器人的三维模型之后，根据机器人的三维模型可以获得机器人的三维模型中任意两点之间的坐标关系。同时，在建立好的机器人的三维模型之后，可以将机器人的三维模型导入切割编程软件中，另外，也可以在切割编程软件中建立机器人的三维模型。
在本发明实施例中，切割编程软件可以为ROBOTMASTER，在具体实施过程中，可以将待切割工件的三维模型和机器人的三维模型导入ROBOTMASTER中，运用ROBOTMASTER中的MASTERCAM模块调整待切割工件的三维模型与机器人的三维模型之间的相对位置关系，将待切割工件的三维模型与机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与目标相对位置关系相一致。其中，机器人的三维模型与待切割工件的三维模型之间的相对位置关系包括点与点之间的相对位置关系、线与线之间的相对位置关系以及面与面之间的相对位置关系中的至少一种相对位置关系。
具体地，在基于三个基准点的三维坐标将待切割工件的三维模型与机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与目标相对位置关系相一致的过程中：由于机器人上任意一点的坐标已知，结合三个基准点的三维坐标，在将待切割工件的三维模型中与基准点对应的模型基准点的坐标调整至与基准点的坐标相一致的情况下，同时，将机器人的三维模型的坐标调整至与机器人的坐标相一致，就能够实现模型之间的相对位置关系与实际工况中机器人与待切割工件之间的相对位置关系相一致。例如，待切割工件的三维模型中与基准点相对应的模型基准点的坐标分别为：与第一基准点对应的第一模型基准点的坐标为(x’1，y’1，z’1)，与第二基准点对应的第二模型基准点的坐标为(x’2，y’2，z’2)，与第三基准点对应的第三模型基准点的坐标为(x’3，y’3，z’3)，在将机器人的三维模型的坐标调整至与机器人的坐标相一致的同时，将第一模型基准点的坐标调整至与第一基准点的坐标相一致，将第二模型基准点的坐标调整至与第二基准点的坐标相一致，将第三模型基准点的坐标调整至与第三基准点的坐标相一致。
步骤105：基于预设切割形状，在所述切割编程软件中，利用所述待切割工件的三维模型和所述机器人的三维模型模拟所述机器人对所述待切割工件的切割过程，生成包含切割参数的切割程序。
具体来讲，预设切割形状可以包括矩形、椭圆形、方形和三角形中的至少一种形状。需要说明的是，在切割过程中，预设切割形状可以包含多个。在模拟切割的过程中，可以对切割过程进行纠正和/或优化，从而得到最优的切割参数，具体地，可以通过五轴曲线MOLDPLUS进行纠正和/或优化。其中，切割参数包括切割路径、切割速度、切割起点、切割终点、激光切割功率、切割尺寸精度范围和切割位置精度范围中的至少一种参数。另外，在本发明实施例中，可以离线生成切割程序，从而不仅能够节省生成切割程序对网络资源的占用，而且便于检查机器人切割过程中的姿态是否符合常规、以及便于检查焊接切割路径是否与实际一致、还便于判断机器人与待切割工件是否发生碰撞，从而模拟出最优切割路径，以供实际操作选择，另外，还能够进一步提高待切割工件的切割精度，减少切割周期，降低操作者的劳动强度，提高工作效率和工作质量。
步骤106：将所述切割程序导入所述机器人，以使所述机器人利用所述切割程序中的所述切割参数对所述待切割工件进行激光切割。
具体来讲，在生成切割程序之后，将生成的切割程序导入机器人中，机器人能够从切割程序中提取出切割参数，利用设定好的切割参数对待切割工件进行切割。例如，当切割参数中包含切割路径、切割速度和激光切割功率时，机器人从切割程序中提取出切割程序中设定好的切割路径、切割速度和激光切割功率，根据设定好的切割路径、切割速度和激光切割功率对待切割工件进行切割。
在切割完成后，经检验切割后得到的切割形状的尺寸精度可以控制在±0.05mm的范围内，位置精度控制在±0.1mm的范围内，准确度和精度有明显提高，同时切口平整无毛刺飞边。
需要说明的是，在本发明实施例中，基准点的数量可以多于三个，确定出的基准点的数量越多，则根据基准点的坐标能够更加准确地将待切割工件的三维模型与机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与目标相对位置关系相一致。例如，当确定出位于同一平面上的五个基准点时，在步骤103中，获取五个基准点的三维坐标，在步骤104中，基于五个基准点的三维坐标，将待切割工件的三维模型与机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与目标相对位置关系相一致。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种利用机器人激光切割的装置，如图3所示，所述装置包括：
确定模块201，用于在待切割工件上确定出位于同一平面上的三个基准点；
控制模块202，用于控制所述机器人的示教体的示教尖点与所述平面垂直，其中，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系为目标相对位置关系；
获取模块203，用于在以所述机器人的原点作为基础坐标原点建立的三维坐标系下，获取所述三个基准点的三维坐标；
调整模块204，用于在切割编程软件中，基于所述三个基准点的三维坐标，将所述待切割工件的三维模型与所述机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与所述目标相对位置关系相一致；
程序生成模块205，用于基于预设切割形状，在所述切割编程软件中，利用所述待切割工件的三维模型和所述机器人的三维模型模拟所述机器人对所述待切割工件的切割过程，生成包含切割参数的切割程序；
导入模块206，用于将所述切割程序导入所述机器人，以使所述机器人利用所述切割程序中的所述切割参数对所述待切割工件进行激光切割。
优选的，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系包括点与点之间的相对位置关系、线与线之间的相对位置关系以及面与面之间的相对位置关系中的至少一种相对位置关系。
优选的，所述切割参数包括切割路径、切割速度、切割起点、切割终点、激光切割功率、切割尺寸精度范围和切割位置精度范围中的至少一种参数。
优选的，所述生成包含切割参数的切割程序，包括：
离线生成包含所述切割参数的所述切割程序。
优选的，所述基准点的数量多于三个。
优选的，预设切割形状可以包括矩形、椭圆形、方形和三角形中的至少一种形状。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述实施例所述的方法步骤。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机设备，如图4所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机设备可以为包括手机、平板电脑、PDA(Personal DigitalAssistant，个人数字助理)、POS(Point of Sales，销售终端)、车载电脑等任意终端设备，以计算机设备为手机为例：
图4示出的是与本发明实施例提供的计算机设备相关的部分结构的框图。参考图4，该计算机设备包括：存储器401和处理器402。本领域技术人员可以理解，图4中示出的计算机设备结构并不构成对计算机设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
下面结合图4对计算机设备的各个构成部件进行具体的介绍：
存储器401可用于存储软件程序以及模块，处理器402通过运行存储在存储器401的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器401可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器401可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
处理器402是计算机设备的控制中心，通过运行或执行存储在存储器401内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器401内的数据，执行各种功能和处理数据。可选的，处理器402可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器402可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作***、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。
在本发明实施例中，该计算机设备所包括的处理器402可以具有前述实施例中任一方法步骤所对应的功能。
总之，本发明通过在待切割工件上确定出位于同一平面上的三个基准点，控制机器人的示教体的示教尖点与平面垂直，其中，机器人与待切割工件之间的相对位置关系为目标相对位置关系，在以机器人的原点作为基础坐标原点建立的三维坐标系下，获取三个基准点的三维坐标，在切割编程软件中，基于三个基准点的三维坐标，将待切割工件的三维模型与机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与目标相对位置关系相一致，基于预设切割形状，在切割编程软件中，利用待切割工件的三维模型和机器人的三维模型模拟机器人对待切割工件的切割过程，生成包含切割参数的切割程序，将切割程序导入机器人，以使机器人利用切割程序中的切割参数对待切割工件进行激光切割，利用位于同一平面的三个基准点的坐标能够准确的将机器人的三维模型和待切割工件的三维模型之间的相对位置关系调整至与目标相对位置关系相一致，从而能够更加真实的模拟切割过程，以便获得准确的切割参数，同时由于预先在切割编程软件中对切割过程进行了模拟，不再需要人工肉眼制定切割划线路径，提高了激光切割的精确度。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种利用机器人激光切割的方法，其特征在于，所述方法包括：
在待切割工件上确定出位于同一平面上的三个基准点；
控制所述机器人的示教体的示教尖点与所述平面垂直，其中，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系为目标相对位置关系；
在以所述机器人的原点作为基础坐标原点建立的三维坐标系下，获取所述三个基准点的三维坐标；
在切割编程软件中，基于所述三个基准点的三维坐标，将所述待切割工件的三维模型与所述机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与所述目标相对位置关系相一致；
基于预设切割形状，在所述切割编程软件中，利用所述待切割工件的三维模型和所述机器人的三维模型模拟所述机器人对所述待切割工件的切割过程，生成包含切割参数的切割程序；
将所述切割程序导入所述机器人，以使所述机器人利用所述切割程序中的所述切割参数对所述待切割工件进行激光切割。
2.如权利要求1所述的利用机器人激光切割的方法，其特征在于，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系包括点与点之间的相对位置关系、线与线之间的相对位置关系以及面与面之间的相对位置关系中的至少一种相对位置关系。
3.如权利要求1所述的利用机器人激光切割的方法，其特征在于，所述切割参数包括切割路径、切割速度、切割起点、切割终点、激光切割功率、切割尺寸精度范围和切割位置精度范围中的至少一种参数。
4.如权利要求1所述的利用机器人激光切割的方法，其特征在于，所述生成包含切割参数的切割程序，包括：
离线生成包含所述切割参数的所述切割程序。
5.如权利要求1所述的利用机器人激光切割的方法，其特征在于，所述基准点的数量多于三个。
6.如权利要求1所述的利用机器人激光切割的方法，其特征在于，预设切割形状可以包括矩形、椭圆形、方形和三角形中的至少一种形状。
7.一种利用机器人激光切割的装置，其特征在于，所述装置包括：
确定模块，用于在待切割工件上确定出位于同一平面上的三个基准点；
控制模块，用于控制所述机器人的示教体的示教尖点与所述平面垂直，其中，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系为目标相对位置关系；
获取模块，用于在以所述机器人的原点作为基础坐标原点建立的三维坐标系下，获取所述三个基准点的三维坐标；
调整模块，用于在切割编程软件中，基于所述三个基准点的三维坐标，将所述待切割工件的三维模型与所述机器人的三维模型之间的相对位置关系调整至与所述目标相对位置关系相一致；
程序生成模块，用于基于预设切割形状，在所述切割编程软件中，利用所述待切割工件的三维模型和所述机器人的三维模型模拟所述机器人对所述待切割工件的切割过程，生成包含切割参数的切割程序；
导入模块，用于将所述切割程序导入所述机器人，以使所述机器人利用所述切割程序中的所述切割参数对所述待切割工件进行激光切割。
8.如权利要求7所述的利用机器人激光切割的装置，其特征在于，所述机器人与所述待切割工件之间的相对位置关系包括点与点之间的相对位置关系、线与线之间的相对位置关系以及面与面之间的相对位置关系中的至少一种相对位置关系。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一权利要求所述的方法步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6中任一权利要求所述的方法步骤。
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