[发明专利]机器人电弧增材修复的焊枪工具参数三维扫描标定方法

说明书

机器人电弧增材修复的焊枪工具参数三维扫描标定方法，包括步骤1：通过3D扫描仪扫描机器人法兰盘及安装于末端的焊枪，获得工具的扫描文件；步骤2：在扫描文件中通过创建几何特征参数来定义机器人末端手腕坐标系xyz；步骤3：将扫描文件参考坐标系x₀y₀z₀转移到机器人末端手腕坐标系xyz；步骤4：确定工具中心坐标点TCP及其坐标系x₁y₁z₁。本发明克服现有技术中标定操作复杂，人为因素导致精度不高的问题，提高标定精度，避免了一般数值优化等方法的繁琐计算，解决了在电弧增材制造过程中因工具参数精度差而导致的堆焊层偏移，以及工件表面未熔透，堆焊层与基底接合差，撞枪等问题。

技术领域

本发明涉及机器人电弧增材修复的焊枪工具参数三维扫描标定方法，属于工业机器人领域。

背景技术

在实际应用中，机器人是通过在末端安装不同的工具来完成各种工作。通常在作业之前需要对工具参数进行标定，工具参数的准确度对机器人的定位精度、轨迹精度都具有直接的影响。

TCP标定的核心是要确定TCP在机器人末端法兰坐标系中的坐标。传统的方法是“4点法”，即让机器人通过四个不同方位去使机器人TCP与空间中一固定点重合，然后利用机器人关节转角及机器人结构信息去解算TCP坐标。

基于电弧增材修复的工程应用，利用传统的“4点法”实现点与点的重合，此操作一般由人工完成，且整个过程的精细程度要求较高，因此经常会由于人为因素对点不准而导致误差过大，进而在修复过程中出现修复区域堆焊层产生偏移，以及工件表面未熔透，撞枪等问题，使得修复后的工件缺陷多、寿命短。

在已有的文献中，文献“刘成业，李广文.一种机器人工具坐标系标定方法”，文献“赵伟.基于激光跟踪测量的机器人定位精度提高技术研究”等，均是通过建立机器人D-H模型，对机器人进行运动学求解，以及采用各种优化方法来提高机器人定位精度。这些方法的问题在于，其并不针对于某一具体的工程应用，而是基于某些理想状况下的数学推导优化，在实际的工程应用中很难具体展开实施，且其中部分操作无法通过示教完成，甚至会在标定结果中引入较大误差；考虑到现有通用标定方法的不足，提出一种应用于电弧增材修复的机器人焊枪工具参数标定方法，利用电弧增材修复配套的设备完成工具坐标系的标定。

发明内容

本发明提出了机器人电弧增材修复的焊枪工具参数三维扫描标定方法，其目的在于克服现有技术中标定操作复杂，人为因素导致精度不高的问题，提高标定精度，避免了一般数值优化等方法的繁琐计算，解决了在电弧增材制造过程中因工具参数精度差而导致的堆焊层偏移，以及工件表面未熔透，堆焊层与基底接合差，撞枪等问题。通过电弧增材修复配套的3D扫描仪的精度来辅助机器人TCP标定工作，降低标定过程中对准的难度，减小人为因素导致的误差。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

机器人电弧增材修复的焊枪工具参数三维扫描标定方法，包括如下步骤，

步骤1，首先将机器人第六轴位姿调为机械原点，然后通过3D扫描仪扫描机器人末端法兰盘以及安装在机器人末端法兰盘的焊枪，以获得STL格式的扫描文件以及扫描文件的参考坐标系x₀y₀z₀，所述扫描文件包括：焊枪与机器人第六轴；

步骤2，将扫描获得的STL格式的扫描文件导入逆向工程软件Geomagic studio中，在Geomagic studio中通过创建几何特征参数来定义机器人末端手腕坐标系xyz；

步骤3，在Geomagic studio软件中使用坐标对齐功能使3D扫描所得到工具文件的参考坐标系x₀y₀z₀与机器人末端手腕坐标系xyz对齐；