[发明专利]一种大型构件龙门式机器人焊接装备及焊接工艺

权利要求书

1.一种大型构件龙门式机器人焊接装备的焊接工艺，其特征在于，应用于一种大型构件龙门式机器人焊接装备，所述龙门式机器人焊接装备适用于大型构件的角焊缝焊接，包括大型动梁式龙门架、ABB机器人、触觉传感器、激光视觉传感器、工控机、焊机；ABB机器人安装在龙门架上，末端通过法兰盘连接有激光视觉传感器和焊枪，焊机上配备有触觉传感器，工控机用于接收传感器信息并根据接收信息控制ABB机器人以及焊机；

所述龙门架具有X方向和Y方向两个自由度，包括底座（1）和横梁（4）、设置在底座（1）上用于控制横梁（4）能够在Y方向移动的伺服电机（2），伺服电机（2）输出轴通过减速机（3）与齿轮齿条传动机构（6）配接，导轨滑块运动机构（7）与齿轮齿条传动机构（6）连接，与横梁（4）固定的传动支撑（5）通过导轨滑块运动机构（7）能够在底座（1）上带动横梁（4）移动，横梁（4）上固定ABB机器人通过驱动机构以及滑块机构能够在X方向来回移动；X方向通过双边伺服电机进行驱动，采用电子齿轮位置同步进行同步控制；Y方向通过单伺服电机进行驱动；

具体步骤如下：

步骤1. 工件图纸输入，具体是将工件的CAD图纸导入焊接专用软件，构建工件图形环境的数据模型；

步骤2. 系统标定，包括先定位输入的工件图纸坐标系内坐标原点，对龙门坐标系的定位点进行标定，通过平移变换将龙门坐标轴与图纸坐标轴进行配准，龙门架定位点转换为坐标原点，完成龙门架坐标系与工件图纸坐标系标定；

步骤3. 焊缝轨迹示教，具体是根据在大型构件角焊缝三种焊缝与机器人焊枪的空间位置关系，调整机器人焊接姿态，分别示教对应的焊缝轨迹；之后对于工件上任意一个“方格子”焊缝的定位，都能通过步骤2获取的工件图纸坐标系焊缝坐标平移实现，任意一种焊缝的机器人焊时姿态都通过示教时记录的焊缝位姿参数和轨迹偏移来确定；

步骤4. 角焊缝选择及轨迹生成，将步骤1中得到的工件图形环境的数据模型进行处理，在此基础上，进行焊缝信息的分析与提取，解读工件图纸中焊缝位置信息，对焊缝特征点进行提取，生成工件“方格子”子区域分布图；在焊接专用软件中进行“方格子”和焊缝选择后工控机自动完成龙门架的轨迹生成和程序转换工作；龙门架控制系统接收到数据信息后驱动龙门架定位到所选择“方格子”中心位置；

步骤5. 焊缝端点的多向触觉传感寻位，具体是机器人通过焊丝触觉传感分别检测焊缝起点所在三轴的板位位置，得出焊缝起点A的精确位置坐标信息；接着分别检测焊缝终点所在三轴的板位的位置，得出焊缝终点B精确位置坐标信息；最后，机器人分别检测焊缝路径上插补点所在三轴的板位的位置，采集焊缝轨迹偏差；由此，根据焊缝起点-终点坐标可以生成焊缝轨迹的实际运动程序；

步骤6. 焊缝前置偏差的视觉传感在线跟踪；

步骤7. 多传感信息融合的焊缝偏差实时补偿。

2.根据权利要求1所述的大型构件龙门式机器人焊接装备的焊接工艺，其特征在于：所述步骤6具体一种基于不确定干扰源下激光视觉条纹分类及焊缝特征提取方法，采用激光视觉传感器拍摄激光照射在不同干扰源下的焊缝图像，通过动态的ROI定位焊缝点的区域，对图像预处理后，通过训练而得到支持向量机的焊缝干扰源分类器对图片进行分类，进而运行相对应的焊缝特征提取方法，针对不同类型的干扰源采用不同的特征提取算法对图像进行特征点提取，计算焊缝的宽度与深度偏差。

3.根据权利要求2所述的大型构件龙门式机器人焊接装备的焊接工艺，其特征在于：所述步骤7具体基于一种多传感融合的焊缝轨迹跟踪方法，首先将步骤5、6中两种传感器测量的数据进行拟合，分别建立前述两种传感器对焊缝偏差的观测方程，然后根据观测方程计算前述两种传感器观测数据的均方误差，确定触觉与视觉传感的加权系数，将其与步骤5、6中对应检测出的焊缝偏差进行加权融合后提取焊缝轨迹加权融合偏差；将步骤5、6中对应检测出的焊缝偏差进行拉格朗日方程拟合后提取焊缝轨迹拉格朗日偏差；将加权融合偏差结果和拉格朗日偏差结果进行三阶样条法拟合出最终焊缝轨迹偏差结果；将最终焊缝轨迹偏差结果输入PID控制器进行焊缝轨迹调节，焊枪对前置点进行误差补偿，在机器人运动轨迹上重复对下一个前置点进行实时补偿，实现焊缝轨迹的在线3D跟踪，机器人完成焊接。