型鋼機器人切割與劃線系統的雷射定距方法
2023-04-28 13:38:06
專利名稱：型鋼機器人切割與劃線系統的雷射定距方法
技術領域：
本發明涉及的是一種雷射定距方法，特別是一種型鋼機器人切割與劃線系統的雷射定距方法，屬於機器人工程領域。
背景技術：
在型鋼機器人切割與劃線的工作過程中，型鋼臥在工作檯上，雷射位移傳感器裝在機器人的末端軸上。由於機器人在自動進行切割與劃線工作過程中，割炬和劃線槍必須依工藝參數情況，始終與型鋼的工作面保持一定距離。但是，型鋼的直線度與平面度不高，即在X，Y，Z方向有較大的撓曲或波浪狀變形，這樣機器人帶動割炬或劃線槍在工作過程中就不能保持固定距離，會出現割炬或劃線槍相對切割或劃線處距離變化，造成割口與劃線質量變差，割口之間或標記線之間的精度不能控制，嚴重時會造成割炬或劃線槍與型鋼碰觸短路，或者造成割炬或劃線槍的熄弧。
《造船工業建設》1998年第1期P1-16頁，「採用機器人群的型鋼自動加工系統的開發」一文中介紹了一種國外型鋼自動加工系統中使用的三維雷射傳感器，也是用於確定型鋼預熱位置。一旦初始加工位置測定，機器人以該點坐標出發，完成一定區域內的切割與劃線任務。因此，這種方法對型鋼的直線度與平面度要求很高，IMG公司提供的系統要求型鋼的直線度為±2mm/m，平面度為±2mm/m。而在實際生產情況下，型鋼的直線度與平面度遠遠大於該指標。因此，型鋼在進入這種型鋼自動加工系統之前必須進行預處理，使其達到精度要求。這種方法不僅多了一道複雜工序，還需要更長的工作時間。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種型鋼機器人切割與劃線系統的雷射定距方法，針對實際生產狀況，為適應對型鋼精度要求不高的情況下的切割與劃線，提出用非接觸雷射位移傳感器作為定距，使之不需型鋼預處理就能達到精度要求，提高了工效。
本發明是通過以下技術方案實現的在機器人臂末端軸上安裝雷射位移傳感器，機器人按照型材位置形狀在線檢測指令，將雷射位移傳感器移至型鋼翼板面的垂直上方，雷射位移傳感器產生的光束投射在型鋼翼板面上，然後雷射位移傳感器接受型鋼表面的反射光束，測得雷射位移傳感器到工件表面的距離信號，當機器人沿型鋼縱向方向移動時，雷射位移傳感器發出的光束，沿型鋼縱向方向掃描，測得雷射位移傳感器到型鋼表面各檢測點距離的一組信號，通過計算機在線採集傳感器輸出的信號，經過數據處理和補償運算，得到型鋼翼板各檢測點在機器人系統中的三維位置坐標，將該組三維位置坐標作為機器人在型鋼寬度方向上進行劃線與切割工作時執行操作的基準坐標。
在機器人臂末端軸上安裝雷射位移傳感器，機器人按照型材位置形狀在線檢測指令，將雷射位移傳感器移至型鋼腹板面的垂直上方，雷射位移傳感器產生的光束投射在型鋼腹板面上，然後雷射位移傳感器接受型鋼腹板表面的反射光束，測得雷射位移傳感器到型鋼腹板表面的距離信號，當機器人沿型鋼縱向方向移動時，雷射位移傳感器發出的光束，沿型鋼縱向和腹板的橫向進行掃描，測得雷射位移傳感器到型鋼腹板表面各檢測點距離的一組信號，通過計算機在線採集雷射位移傳感器輸出的信號，經過數據處理和補償運算，得到型鋼腹板各檢測點在機器人系統中的三維位置坐標，將該族坐標作為機器人在型鋼腹板上進行劃線與切割時型鋼高度方向上的基準坐標。
通過雷射位移傳感器對型鋼翼板和腹板各檢測點的多次掃描，獲得型鋼在機器人坐標系中三維形狀位置的數據，作為計算機補償運算和機器人劃線切割的基準坐標數據。雷射位移傳感器發出的光束為紅外光束。
本發明具有實質性特點和顯著進步，採用本發明的型鋼機器人切割與劃線系統的雷射定距方法，和接觸式位移傳感器相比，由於雷射頭和工件非接觸，提高了測量精度和速度，同時很大程度上降低了對型鋼原始狀態要求，節省了大量輔助預備時間；通過雷射對型鋼翼板和腹板的高速測量，可以獲得型鋼在水平和垂直方向上的變化量，通過數據處理，構建型鋼在機器人坐標系中的實際形狀位置的坐標數據，從而保證在型鋼直線度不好的條件下實現機器人高精度的切割與劃線加工。
具體實施例方式
首先，機器人按照型材位置形狀在線檢測指令，將裝在機器人臂末端軸上的雷射位移傳感器移至型鋼翼板面的垂直上方，雷射位移傳感器通電，產生一束矩形紅外光束，投射在型鋼翼板面上，雷射位移傳感器接受型鋼表面的反射光束，測得雷射位移傳感器到工件表面的距離信號。當機器人沿型鋼縱向方向移動時，雷射位移傳感器發出的紅外光束，沿型鋼縱向方向掃描，測得雷射位移傳感器到型鋼表面各檢測點距離的一組信號。通過計算機在線採集雷射位移傳感器輸出的信號，經過數據處理和補償運算，得到型鋼翼板各檢測點在機器人系統中的三維(X、Y、Z)位置坐標。將該組坐標作為機器人在型鋼寬度方向上進行劃線與切割工作時執行操作的基準坐標，保證切割與劃線的精度。
根據工作順序，機器人將雷射位移傳感器移至型鋼腹板面的垂直上方，雷射位移傳感器產生的紅外光束投射在型鋼腹板面上，雷射位移傳感器接受型鋼腹板表面的反射光束，測得雷射位移傳感器到型鋼腹板表面的距離信號。當機器人沿型鋼縱向方向移動時，雷射位移傳感器發出的紅外光束，沿型鋼縱向和腹板的橫向進行掃描，測得雷射位移傳感器到型鋼腹板表面各檢測點距離的一族信號。通過計算機在線採集雷射位移傳感器輸出的信號，經過數據處理和補償運算，得到型鋼腹板各檢測點在機器人系統中的三維(X、Y、Z)位置坐標。將該族坐標作為機器人在型鋼腹板上進行劃線與切割時型鋼高度方向上的基準坐標，保證切割與劃線的精度。
為保證切割與劃線在型鋼腹板面的正常進行，消除腹板平面度差的影響，保持割炬或劃線槍相對腹板的一定距離，本發明採用與上述同一個非接觸式雷射位移傳感器。通過雷射傳感器對型鋼翼板和腹板檢測點的多次掃描，獲得型鋼在機器人坐標系中實際形狀位置的數據。作為計算機補償運算和機器人劃線切割的基準坐標數據。在型鋼長度方向上檢測定距完成後，按編程指令，機器人末端的雷射傳感器移至型鋼腹板面的垂直上方，並沿型鋼橫向或橫斜向移動，移動中測得的若干點距離信號，由計算機換算得到檢測點的位置坐標，作為機器人執行割炬和劃線槍在腹板面上的精度定位坐標。
權利要求
1.一種用於機器人切割與劃線系統中的定距方法，其特徵在於，在機器人臂末端軸上安裝雷射位移傳感器，機器人按照型材位置形狀在線檢測指令，將雷射位移傳感器移至型鋼翼板面的垂直上方，雷射位移傳感器產生的光束投射在型鋼翼板面上，然後雷射位移傳感器接受型鋼表面的反射光束，測得雷射位移傳感器到工件表面的距離信號，當機器人沿型鋼縱向方向移動時，雷射位移傳感器發出的光束，沿型鋼縱向方向掃描，測得雷射位移傳感器到型鋼表面各檢測點距離的一組信號，通過計算機在線採集傳感器輸出的信號，經過數據處理和補償運算，得到型鋼翼板各檢測點在機器人系統中的三維位置坐標，將該組三維位置坐標作為機器人在型鋼寬度方向上進行劃線與切割工作時執行操作的基準坐標。
2.一種用於機器人切割與劃線系統中的定距方法，其特徵在於，在機器人臂末端軸上安裝雷射位移傳感器，機器人按照型材位置形狀在線檢測指令，將雷射位移傳感器移至型鋼腹板面的垂直上方，雷射位移傳感器產生的光束投射在型鋼腹板面上，然後雷射位移傳感器接受型鋼腹板表面的反射光束，測得雷射位移傳感器到型鋼腹板表面的距離信號，當機器人沿型鋼縱向方向移動時，雷射位移傳感器發出的光束，沿型鋼縱向和腹板的橫向進行掃描，測得雷射位移傳感器到型鋼腹板表面各檢測點距離的一組信號，通過計算機在線採集雷射位移傳感器輸出的信號，經過數據處理和補償運算，得到型鋼腹板各檢測點在機器人系統中的三維位置坐標，將該族坐標作為機器人在型鋼腹板上進行劃線與切割時型鋼高度方向上的基準坐標。
3.根據權利要求1或2所述的這種型鋼機器人切割與劃線系統的雷射定距方法，其特徵是，通過雷射位移傳感器對型鋼翼板和腹板各檢測點的多次掃描，獲得型鋼在機器人坐標系中三維形狀位置的數據，作為計算機補償運算和機器人劃線切割的基準坐標數據。
4.根據權利要求1或2所述的這種型鋼機器人切割與劃線系統的雷射定距方法，其特徵是，雷射位移傳感器發出的光束為紅外光束。
全文摘要
一種型鋼機器人切割與劃線系統的雷射定距方法屬於機器人工程領域，將傳感器裝在機器人臂的末端軸上，依工作順序，由軟體編程指令，控制機器人將雷射位移傳感器移至型鋼的翼板面或者腹板面垂直上方，機器人將雷射位移傳感器沿型鋼縱向、橫向或斜向移動，計算機得到型鋼的翼板長度方向上各檢測點的位置坐標作為機器人在進行劃線與切割工作時型鋼寬度方向的運算與執行基準坐標。採用本發明的型鋼機器人切割與劃線系統的雷射定距方法，和接觸式位移傳感器相比，由於雷射頭和工件非接觸，提高了測量精度和速度，同時很大程度上降低了對型鋼原始狀態要求，節省了大量輔助預備時間，保證在型鋼直線度不好的條件下實現機器人高精度的切割與劃線加工。
文檔編號B23Q15/20GK1415976SQ0215107
公開日2003年5月7日 申請日期2002年12月5日 優先權日2002年12月5日
發明者丁國清, 吳毅雄, 顏德田, 戴林, 王海谷 申請人:上海交通大學, 江南造船(集團)有限責任公司