一种用于飞行焊接的Z轴即时补偿方法及系统与流程

本发明涉及飞行焊接，特别涉及一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法及系统。

背景技术：

1、飞行焊接通过机器人的末端带动振镜移动，振镜产生焊接激光束对工件进行焊接，可以在连续运动的过程中完成精准焊接，飞行焊接的过程中，由于工件表面各处的高度不同，因此需要对振镜进行z轴补偿，以使振镜的焊接激光束聚焦在焊接位置所在的高度。

2、现有技术中，振镜的z轴补偿主要依赖独立伺服机构，即通过独立伺服机构带动线扫相机对预焊接轨迹扫描并进行成像计算，然后将计算结果传输给plc控制器，plc控制器再通过内部数据库发送给振镜进行z轴预补偿，最后机器人开始运动带动振镜焊接。这种先扫描、后传输、再焊接的串行链路，使补偿响应的时间长，不能在飞行焊接的过程中根据焊接点位的高度实时对振镜进行z轴补偿，影响焊接效率。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明首先提出一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法，包括以下步骤：

3、s1，通过标定得到相机与机器人坐标系间的转换关系、标准焊接高度以及补偿转换系数；

4、s2，通过相机采集待焊接工件的图像，提取图像中各焊接点位的像素坐标；

5、s3，基于所述转换关系，将像素坐标转换到机器人坐标系下，得到机器人的焊接坐标；

6、s4，通过位移传感器采集各焊接点位的实际高度，计算其与标准焊接高度之间的差值；

7、s5，基于所述差值和补偿转换系数，计算z轴补偿量；

8、s6，机器人到达焊接坐标所对应的位置时，振镜基于z轴补偿量执行z轴补偿。

9、作为本发明进一步的方案，所述步骤s1中，相机与机器人坐标系间的转换关系包括相机与机器人坐标系间的旋转矩阵和平移矩阵，通过手眼标定得到。

10、作为本发明进一步的方案，所述步骤s1中，所述标准焊接高度的标定方法为：

11、将振镜在z轴归零；

12、通过位移传感器测量振镜所产生的焊接激光束的聚焦点的高度作为标准焊接高度。

13、作为本发明进一步的方案，所述步骤s1中，所述补偿转换系数的标定方法为：

14、设置多个z轴补偿测试量；

15、记录振镜所产生的焊接激光束的聚焦点高度在各z轴补偿测试量下的变化值；

16、将多个z轴补偿测试量与变化值进行线性拟合，得到补偿转换系数。

17、作为本发明进一步的方案，所述步骤s2中，所述相机采集待焊接工件的图像时，相机光轴与待焊接工件垂直，且所有焊接点位处于相机视野内。

18、作为本发明进一步的方案，所述步骤s4中，所述位移传感器设置于机器人末端，并在飞行焊接路径上相对于振镜前置。

19、作为本发明进一步的方案，所述位移传感器为线激光位移传感器，位移传感器产生的测量激光束与振镜产生的焊接激光束相互平行且垂直于待焊接工件。

20、作为本发明进一步的方案，所述步骤s5中，z轴补偿量的计算方法为：

21、

22、其中：为补偿转换系数；，为焊接点位的实际高度，为标准焊接高度。

23、作为本发明进一步的方案，所述步骤s6中，机器人到达各焊接坐标所对应的位置之前，振镜在z轴归零。

24、一种用于飞行焊接的z轴即时补偿系统，其用于实现如上所述的z轴即时补偿方法，其包括：

25、机器人，其末端按预设的飞行焊接路径移动；

26、振镜，设置在机器人末端，用于产生焊接激光束对工件进行焊接；

27、相机，用于采集待焊接工件的图像；

28、图像处理模块，其与相机连接，接收图像并提取图像中各焊接点位的像素坐标；

29、坐标转换模块，其与图像处理模块连接并储存所述转换关系，用于接收像素坐标并基于转换关系将像素坐标转换到机器人坐标系下，得到机器人的焊接坐标；

30、位移传感器，用于采集各焊接点位的实际高度；

31、补偿量计算模块，与位移传感器连接并储存有标准焊接高度和补偿转换系数，用于计算所述实际高度与标准焊接高度之间的差值，并基于所述差值和补偿转换系数计算z轴补偿量；

32、振镜控制器，与补偿量计算模块连接，用于在机器人到达焊接坐标所对应的位置时，控制振镜基于z轴补偿量执行z轴补偿。

33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

34、1、在飞行焊接的过程中，基于待焊接位置的高度实时对振镜进行z轴补偿，相较于传统的先扫描、再传输、后焊接的串行流程，可以缩短生产节拍，提高生产效率。

35、2、振镜和位移传感器安装与机器人末端同步移动，且二者的相对位置固定，在飞行焊接的过程中，可以避免因机器人关节运动、外部轴移动等多机构串联引入的累积误差，无需对标准焊接高度进行重复标定，降低现场调试的难度。

36、3、位移传感器相对于振镜在飞行焊接路径上前置一固定距离，可以先于振镜采集各焊接点位的实际高度，一方面可以通过实际高度对振镜进行实时的z轴补偿，另一方面也使得整个系统的布局更加紧凑。

1.一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法，其特征在于，所述步骤s1中，相机与机器人（1）坐标系间的转换关系包括相机与机器人（1）坐标系间的旋转矩阵和平移矩阵，通过手眼标定得到。

3.根据权利要求1所述的一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述标准焊接高度的标定方法为：

4.根据权利要求1所述的一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述补偿转换系数的标定方法为：

5.根据权利要求1所述的一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述相机采集待焊接工件的图像时，相机光轴与待焊接工件垂直，且所有焊接点位处于相机视野内。

6.根据权利要求1所述的一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述位移传感器（2）设置于机器人（1）末端，并在飞行焊接路径上相对于振镜（3）前置。

7.根据权利要求1所述的一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法，其特征在于，所述位移传感器（2）为线激光位移传感器（2），位移传感器（2）产生的测量激光束与振镜（3）产生的焊接激光束相互平行且垂直于待焊接工件。

8.根据权利要求1所述的一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法，其特征在于，所述步骤s5中，z轴补偿量的计算方法为：

9.根据权利要求1所述的一种用于飞行焊接的z轴即时补偿方法，其特征在于，所述步骤s6中，机器人（1）到达各焊接坐标所对应的位置之前，振镜（3）在z轴归零。

10.一种用于飞行焊接的z轴即时补偿系统，其特征在于，其用于实现如权利要求1-9任一项所述的z轴即时补偿方法，其包括：