一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法技术

本发明专利技术涉及工业机器人打磨技术领域，具体地说是一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法。包括以下步骤：机器人抓取线激光传感器到达示教位置；对带有编码器的工件进行扫描，得到工件的三维点云数据；抽取出N个二维点云数据；对N个二维点云数据分割提取工件的相对位置子区域及焊缝余高子区域；对相对位置子区域分别进行拟合，得到工件上壁与下壁的错壁量；焊缝余高子区域中的所有点滤波后的最高点为焊缝高度；循环完成对N个二维点云数据，完成测量工作，根据测量的工件高度与焊缝高度建立打磨轨迹组。本发明专利技术实现自适应环焊缝打磨功能，改变依靠人力进行磨抛加工的状况，提高了打磨效率，降低工人劳动强度、增加生产安全。产安全。产安全。

【技术实现步骤摘要】
一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法


[0001]本专利技术涉及工业机器人打磨
，具体地说是一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法。

技术介绍

[0002]航空领域中，有大量的管路零部件需要进行环缝焊接加工，由于机构及工艺水平的限制，焊接缺陷较为常见，包括焊接裂纹、未焊透、夹渣、链状气孔和焊缝外观缺陷等，而超出标准要求的焊接缺陷有可能对工件的可靠性造成重大影响。为了实现更精确的评估，必须对焊缝进行打磨加工。扳焊类零部件的环焊缝是由镍基高温合金材料或钛合金构成，通常比机体的强度高、硬度大，属于典型的难加工材料，因此需要选择合适的磨削方法和工艺。现阶段环焊缝打磨大多仍然采用传统的手工磨削，加工效率极低，工人劳动强度大，表面质量一致性难以保证，作业环境恶劣、粉尘污染严重，制约了机匣焊缝加工精度和表面质量。
[0003]虽然国内已有部分研究单位研发了自动焊缝打磨装置，但大都采用固定位置和轨迹对环焊缝余高进行打磨，由于机器人的绝对定位精度差，且工件在焊接过程中存在较大的热变形，与模型偏差较大，基于模型的固定轨迹打磨必然存在位置偏差，对零件本体产生较大损坏或划痕；还有一些打磨设备采用力控或浮动机构实现接触打磨，但每个零部件上的环焊缝余高有较大变化，采用接触打磨往往使焊缝余高去除量较为均匀，焊缝余高较低部分容易在打磨过程去除量过大，伤及零件本体，因此上述方案均不能满足零部件环焊缝余高打磨需求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法，解决自动化打磨过程中存在打磨轨迹偏差的问题。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法，包括以下步骤：
[0006]1)机器人抓取线激光传感器到达示教位置；
[0007]2)线激光传感器对带有编码器的工件的相对位置区域及焊缝余高区域进行扫描，得到工件的三维点云数据；
[0008]3)沿编码器z方向平均抽取出N个二维点云数据{F(x,y)}
1...N
；
[0009]4)从第一个二维点云数据F1(x,y)开始，对N个二维点云数据分割提取工件的相对位置子区域及焊缝余高子区域；
[0010]5)对相对位置子区域分别进行最小二乘法的直线拟合，得到工件上半部分外壁和下半部分外壁本体错壁量；
[0011]6)根据错壁量判断工件为合格品；则执行步骤7)，反之，停机报警；
[0012]7)对焊缝余高子区域中的所有点进行滤波，滤波后的最高点即为焊缝高度；
[0013]8)通过循环步骤4)～7)完成对N个二维点云数据进行循环，完成测量工作，根据测量的工件高度与焊缝高度建立打磨轨迹组，实现工件焊缝余高打磨。
[0014]步骤2)中所述工件的相对位置区域包括：上半部分外壁扫描区域和工件下半部分外壁扫描区域。
[0015]所述步骤2)，具体为：
[0016]所述机器人抓取线激光传感器保持固定，带有编码器的工件顺时针进行旋转，线激光传感器扫描覆盖上半部分外壁扫描区域和工件下半部分外壁扫描区域以及二者之间的焊缝余高区域，工件旋转一周，线激光传感器将扫描结果通过编码器存储为三维点云数据R(x,y,z)。
[0017]所述步骤3)，具体为：
[0018]在三维点云数据R(x,y,z)中，x代表线激光传感器的线方向位置，y代表线激光传感器扫描的高度位置，z代表编码器标记的工件转动位置；
[0019]三维点云数据即为：沿编码器标记的工件转动位置的二维点云数据集合，沿z方向可得到N个二维点云数据{F(x,y)}
1...N
，其中，F
n
(x,y)表示编码器第n个采集的二维点云数据；
[0020]N代表的是沿编码器方向z采集数据的个数，即；
[0021][0022]其中，z＝z
1...N
为沿编码器方向z采集数据的数据，arg为参数集合函数。
[0023]所述步骤4)具体为：
[0024]设定每个二维点云数据的采集的点云个数为M个，即：F(x
1...M
,y
1...M
)；
[0025]根据点的数据变化斜率判断分割上壁区域、焊缝区域、下壁区域；
[0026]第m个点与第m
‑
1个点之间斜率，即δ
m
；
[0027][0028]其中，(x
m
,y
m
)为第m个点的二维坐标，(x
m
‑1,y
m
‑1)第m
‑
1个点的二维坐标；
[0029]设定斜率阈值δ
threshold
，第一个满足斜率绝对值大于δ
threshold
的点云数据F(x
up
,y
up
)为上壁区域和焊缝区域的分界点，可表示为：
[0030][0031]最后一个满足斜率绝对值大于δ
threshold
的点云数据F(x
dn
,y
dn
)为焊缝区域和下壁区域的分界点；
[0032][0033]所述第一个点云数据和所述最后一个点云数据之间为焊缝区域；
[0034]根据分界点后，判断分界点是否满足约束条件，若满足约束条件，将二维点云数据
分割为上壁区域F(x
1...up
,y
1...up
)、焊缝区域F(x
up+1...dn
‑1,y
up+1...dn
‑1)、下壁区域F(x
dn...M
,y
dn...M
)三部分，否则，
[0035][0036]其中P
max
，D
max
，C
max
分别代表上壁区域、下壁区域和焊缝区域最大个数点，up，dn，dn
‑
up分别代表上壁区域、下壁区域和焊缝区域点数。
[0037]步骤5)，具体为：
[0038]工件的上壁区域、工件的下壁区域分别进行最小二乘法的直线拟合，得到拟合高度，分别为：上壁拟合高度H
wall
‑
up
(x,y)和下壁拟合高度H
wall
‑
dn
(x,y)；
[0039]则上壁和下壁本体高度差，即错壁量为：
[0040]ΔH
wall
＝|H
wall
‑
up
(x,y)
‑
H
wall
‑
dn
(x,y)|；
[0041]两者的平均值，即工件转动变化高度：
[0042][0043]步骤6)，所述错壁量
[0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：1)机器人抓取线激光传感器到达示教位置；2)线激光传感器对带有编码器的工件的相对位置区域及焊缝余高区域进行扫描，得到工件的三维点云数据；3)沿编码器z方向平均抽取出N个二维点云数据{F(x,y)}
1...N
；4)从第一个二维点云数据F1(x,y)开始，对N个二维点云数据分割提取工件的相对位置子区域及焊缝余高子区域；5)对相对位置子区域分别进行最小二乘法的直线拟合，得到工件上半部分外壁和下半部分外壁本体错壁量；6)根据错壁量判断工件为合格品；则执行步骤7)，反之，停机报警；7)对焊缝余高子区域中的所有点进行滤波，滤波后的最高点即为焊缝高度；8)通过循环步骤4)～7)完成对N个二维点云数据进行循环，完成测量工作，根据测量的工件高度与焊缝高度建立打磨轨迹组，实现工件焊缝余高打磨。2.根据权利要求1所述的一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法，其特征在于，步骤2)中所述工件的相对位置区域包括：上半部分外壁扫描区域和工件下半部分外壁扫描区域。3.根据权利要求1所述的一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法，其特征在于，所述步骤2)，具体为：所述机器人抓取线激光传感器保持固定，带有编码器的工件顺时针进行旋转，线激光传感器扫描覆盖上半部分外壁扫描区域和工件下半部分外壁扫描区域以及二者之间的焊缝余高区域，工件旋转一周，线激光传感器将扫描结果通过编码器存储为三维点云数据R(x,y,z)。4.根据权利要求1所述的一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法，其特征在于，所述步骤3)，具体为：在三维点云数据R(x,y,z)中，x代表线激光传感器的线方向位置，y代表线激光传感器扫描的高度位置，z代表编码器标记的工件转动位置；三维点云数据即为：沿编码器标记的工件转动位置的二维点云数据集合，沿z方向可得到N个二维点云数据{F(x,y)}
1...N
，其中，F
n
(x,y)表示编码器第n个采集的二维点云数据；N代表的是沿编码器方向z采集数据的个数，即；其中，z＝z
1...N
为沿编码器方向z采集数据的数据，arg为参数集合函数。5.根据权利要求1所述的一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法，其特征在于，所述步骤4)，具体为：设定每个二维点云数据的采集的点云个数为M个，即：F(x
1...M
,y
1...M
)；根据点的数据变化斜率判断分割上壁区域、焊缝区域、下壁区域；第m个点与第m
‑
1个点之间斜率，即δ
m
；
其中，(x
m
,y
m
)为第m个点的二维坐标，(x
m
‑1,y
m
‑1)第m
‑
1个点的二维坐标；设定斜率阈值δ
threshold
，第一个满足斜率绝对值大于δ
threshold
的点云数据F(x
up
,y
up
)为上壁区域和焊缝区域的分界点，可表示为：最后一个满足斜率绝对值大于δ
threshold
的点云数据F(x
dn
,y
dn
)为焊缝区域和下壁区域的分界点；所述第一个点云数据和所述最后一个点云数据之间为焊缝区域；根据分界点后，判断分界点是否满足约束条件，若满足约束条件，将二维点云数据分割为上壁区域F(x
1...up
,y
1...up
)、焊缝区域F(x
up+1...dn
‑1,y
up+1...dn
‑1)、下壁区域F(x
dn...M
,y
dn...M
)三部分，否则，其中P
max
，D
max
，C
max
分别代表上壁区域、下壁区域和焊缝区域最大个数点，up，dn，dn
‑
up分别代表上壁区域、下壁区域和焊缝区域点数。6.根据权利要求1所述的一种扳焊类零部件环焊缝余高测量及打磨轨迹的生成方法，其特征在于，步骤5)，具体为：工件的上壁区域、工件的下壁区域分别进行最小二乘法的直线拟合，得到拟合高度，分别为：上壁拟合高度H
wal...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜劲松，高洁，杨旭，王伟，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：