一种基于激光测距波纹板机器人自动焊接轨迹恢复方法
一种基于激光测距波纹板机器人自动焊接轨迹恢复方法
作者:于杰 陈希章 胡超 林涛 朱振友
相对于普通H型钢,波纹腹板H型钢的剪切性能有很大的提高(1.5~2倍);同时波纹钢腹板为翼缘提供了更强的支持,在相同承载能力情况下,波纹腹板 H 型钢梁自身质量要降低 30%应用越来越广泛20世纪80年代,日本住友公司首次采用焊接 的方法生产出中间部分波纹腹板H型钢. 中国东北重型机械学院在20世纪80年代初期进行了独创性的工作,于 1985年成功地轧制出了世界上第一根全波纹腹板H型钢. 随着波纹腹板的应用日益广泛,传统的焊条电弧焊存在薄板容易烧穿、运输过程中的变形会导致虚焊、生产效率低、工人劳动强度大等问题,影响产品的性能因此机器人自动焊接已成为未来波纹腹板H型钢焊接的发展方向国内目前有许多企业及院校己对波纹板自动焊接进行了分析,南昌航空大学、河海大学等针对集装箱波纹腹板折线发明了可在焊缝跟踪的过程中实时调整焊枪角度的四自由度机器人。 同时国外如ABB机器人(部)焊接技术应用中心于2000年与专门从事焊 接系统集成的企业合作,开发了 套自动化程度非常高的波纹腹板H型钢机器人焊接系统-一-Web系统,提高了波纹板焊接的自动化程度,应用最为广泛文中波纹腹板H型钢的自动焊接方法是在 ABB机器人的焊枪上安装一个位移传感器用于测量波纹板的高度值,利用安装在滑台上的编码器读取滑台的位移值,两者之间的数据组合就可得到真正 焊接时机器人的坐标点,即可形成机器人的轨迹,然后赋予相应的姿态值,就可实现机器人的自动焊接.
1 试验方法
机器人系统,该系统包括控制单元和采集单元控制单元包括ABB机器人、滑台及其控制柜;采集单元包括研华采集卡(包括 PCI-1710L 和PCI-1784U 两个数据采集卡汃传感器和编码器. 前者与传感器相连,后者与编码器相连,共同安装在研采集数据的处理效果与标准波形的对比,可看出改进的算法处理后的波形非常接近于标准波形,效果远好于原始算法,波形精度非常高。通过图像对比可看出,改进的限幅滤波算法的处理效果要比原始的好,更加接近波纹板的实际波形,而且数据更加平滑. 通过分析可知,原始数据的整体波形精度为57. 31 % , 最大偏差值为l.763 2 mm; 原始算法处理后的波形精度为59. 96%, 最大偏差值 . 680 89. 79%为1, 最大偏差8 mm; 值为0. 77 1 8 而改进算法处理后波形mm, 与原始数据相精度为比误差精度提高了60. 2%以上,比原始算法误差精度提高了53.3%以上. 因此改进的算法精度更高,在比较大的噪声处,具有较好的处理效果,同时基本 恢复了波形的外貌特征。
2. 轨迹恢复
通过对波形分析,波峰及波谷处数据比较密集,且斜率变化大,因此提取一个周期能够代表正弦波波形的特征点,即波峰段3个点和波谷段3个点,可很好的恢复为机器入的运行轨迹,相关信息分别利用直线和曲线拟合,ABB机器人的移 动命令为Move L直线命令和 Move C圆弧命令,在波峰及波谷处可进行圆弧运动,在上坡及下坡处直线运动,将二者进行对比。
经分析可知,直线拟合后特征点的最大偏差绝对值为12. 9 µm, 正弦拟合后的最大偏差为7. 57μm,精度提高到了41.3%;直线拟合波形的最大偏差为30.01μm,而曲线拟合后的最大偏差为18.36µm, 可计算出精度提高了38. 8%. 虽然直线拟合的偏差也很小,几乎可忽略,但为了提高焊接质量,机器人的轨迹恢复的最佳途径就是在波峰及波谷处的三点通过圆弧命令Move C编程运动,而在另外两段近似直线轨迹可通过Move L命令实现,结果表明该轨迹实现效果与标准正弦波非常接近
3结论
(1)针对常用的正弦波纹板结构,提出了一种机器人焊接轨迹自动恢复的方法,并搭建了一个机器人系统,即利用传感器与编码器的配合使用采集波纹板的z, y方向的数据,并通过VC软件打开数据采集卡的通道,以实现数据的快速传输与完整存储.
(2)通过对比传统与改进的限幅滤波算法可知,改进的限幅滤波算法能够在很大程度上提高数据的波形精度和准确性。
(3)通过提取相应的波形特征点拟合为焊接时的波形轨迹,根据结果分析曲线拟合方式能够很好 的恢复波纹板的波形,且恢复的焊接轨迹能够满足试验要求. vc 编程的可移植性好,该方法实用性 高,是未来机器人自动化焊接波纹板的发展方向。
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