一种基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法

本发明涉及汽车零部件智能制造，具体涉及一种基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法。

背景技术：

1、汽车排气系统管件、冷却系统管件以及燃油输送管件在生产过程中通常需要加工多个安装孔、定位孔及功能孔。随着汽车行业自动化水平不断提高，机器人激光打孔技术因具有加工精度高、柔性化程度高以及适应复杂曲面加工等优点，被广泛应用于汽车管件制造领域。

2、现有汽车管件激光打孔生产线通常包括上料机器人、激光加工机器人、下料机器人、定位夹具及控制系统。生产过程中，上料、加工及下料工序多采用固定节拍控制方式运行。具体表现为：当激光机器人执行当前工件加工任务时，上料机器人处于等待状态；待当前工件加工完成后，上料机器人再开始抓取下一工件；下料完成后才能启动下一轮加工。

3、上述方式存在以下问题：上料时间无法与加工时间重叠执行、设备等待时间较长、机器人利用率较低、生产节拍不稳定以及整体生产效率受限。

4、此外，不同汽车管件通常包含不同数量及不同类型的孔位，例如槽孔、腰孔、圆孔及异形孔等。不同孔型对应不同加工长度和加工时间。现有控制系统通常采用固定经验值估算加工时间，难以准确反映当前工件实时加工状态，导致无法实现多机器人协同控制。

5、因此，有必要提供一种能够根据当前加工状态实时预测剩余加工时间，并根据预测结果动态触发预上料动作的汽车管件激光打孔控制方法，以提高设备利用率和生产效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，通过建立剩余加工时间预测模型和节拍联动控制模型，实现上料机器人、激光打孔机器人以及下料机器人之间的协同运行。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，包括如下步骤：

3、步骤s1、上料机器人将汽车镀锌钢管放置于定位夹具中；

4、步骤s2、中央控制系统读取对应型号的加工程序并生成加工任务队列；

5、步骤s3、激光打孔机器人按照预设轨迹依次移动至各目标孔位，执行激光打孔加工；

6、步骤s4、所述中央控制系统根据未完成槽孔数量、未完成腰孔数量、槽孔长度、腰孔长度、激光扫描速度以及机器人剩余运动时间建立剩余加工时间预测模型，计算当前工件的剩余加工时间；

7、步骤s5、所述中央控制系统获取上料机器人准备时间，并执行节拍联动条件判定；

8、步骤s6、当满足预设联动条件时，所述上料机器人提前抓取下一待加工工件并移动至预设悬停等待位置保持抓取状态；

9、步骤s7、当前工件加工完成后，下料机器人将加工完成的工件搬运至成品区；

10、步骤s8、所述上料机器人将待加工工件放入定位夹具并启动下一加工循环。

11、一种基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制系统，该系统用于实现所述的基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，具体包括：

12、上料机器人，用于将汽车镀锌钢管抓取并放置于定位夹具中，以及在接收到预上料指令后提前抓取下一待加工工件并移动至预设悬停等待位置；

13、激光打孔机器人，用于按照预设轨迹依次移动至各目标孔位对所述汽车镀锌钢管执行激光打孔加工；

14、下料机器人，用于将加工完成的工件搬运至成品区；

15、定位夹具，用于固定所述汽车镀锌钢管；

16、中央控制系统，分别与所述上料机器人、所述激光打孔机器人和所述下料机器人通信连接；

17、其中，所述中央控制系统用于读取加工程序生成加工任务队列，根据未完成槽孔数量、未完成腰孔数量、槽孔长度、腰孔长度、激光扫描速度以及机器人剩余运动时间建立剩余加工时间预测模型计算当前工件的剩余加工时间，获取上料机器人准备时间并执行节拍联动判定，当满足联动条件时向所述上料机器人发送预上料指令。

18、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

19、（1）提高机器人利用率：本发明通过剩余加工时间预测模型和节拍联动判定机制，使上料机器人在当前工件加工过程中即可提前执行下一工件的抓取准备动作，将上料时间隐藏在加工周期内部，从而实现上料机器人与激光打孔机器人的并行工作，显著提高了机器人利用率；

20、（2）降低设备空闲时间：本发明通过预上料机制使下一工件在当前工件加工结束前完成抓取与搬运准备，加工完成后可立即执行换料动作，有效减少了激光机器人等待时间、上料机器人等待时间以及下料机器人等待时间，降低了设备空闲率；

21、（3）提出机器人悬停缓存机制：本发明采用机器人悬停等待方式实现工件缓存，与传统设置独立缓存工位的方案相比，无需增加额外缓存机构、无需增加占地面积、无需增加夹持装置，降低了设备投资成本和系统复杂度，同时提高了工件切换效率；

22、（4）实现三机器人协同控制：本发明通过中央控制系统建立上料机器人、激光打孔机器人和下料机器人之间的联动控制机制，实现了上料、加工、下料及下一循环的连续自动运行，提高了整线自动化程度；

23、（5）提高生产节拍稳定性：本发明采用动态预测与实时联动控制方式，能够根据实际加工进度自动调整预上料时机，避免由于孔位数量变化、加工时间波动、机器人运动时间变化导致的节拍失衡问题，提高了生产线运行稳定性；

24、（6）提高生产效率：采用本发明方法后，以汽车镀锌钢管外径为φ41mm、单件产品包括2个槽孔和5个腰孔为例，上料时间约12秒，下料时间约10秒，单件加工时间约60秒；传统控制方式下整线生产节拍约82秒，采用本发明后整线生产节拍降低至60秒，生产节拍优化率提高约26.8%；

25、（7）适用范围广：本发明不仅适用于汽车排气系统镀锌钢管激光打孔加工，还可适用于汽车冷却系统管件、燃油输送管件、液压管路部件、工程机械管件等需要进行激光开孔加工的管状零部件生产场景，具有良好的推广应用价值。

1.一种基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，所述步骤s1包括：

3.根据权利要求1所述的基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

4.根据权利要求1所述的基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

5.根据权利要求1所述的基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

6.根据权利要求1所述的基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，其特征在于，所述步骤s5包括：

7.根据权利要求1所述的基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，其特征在于，所述步骤s6包括：

8.根据权利要求1所述的基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，其特征在于，所述步骤s7包括：

9.根据权利要求1所述的基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，其特征在于，所述步骤s8包括：

10.一种基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制系统，其特征在于，该系统用于实现权利要求1~9任一项所述的基于剩余加工时间预测的汽车镀锌钢管激光打孔节拍联动控制方法，具体包括：