一种钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成方法与流程

本发明涉及钣金折弯加工离线编程领域，具体涉及一种钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成技术。通过对技术方法优化设计并验证其可行性和实用性，使其能达到实际加工的生产要求，实现一种钣金折弯加工过程中自动化的折弯示教点坐标智能生成的生产方式。

背景技术：

钣金折弯加工过程的实现主要依靠折弯机器人识别折弯示教点坐标，通过折弯示教点坐标进行最优路径规划，最终实现钣金件的折弯操作。

当前国内大多中小钣金加工企业，对折弯示教点坐标的获取主要依靠操作人员人工导引折弯机器人末端执行器或操作导引机械模拟装置，在初始状态下对折弯机器人进行人工示教以获取折弯示教点坐标；

传统人工在线示教操作获取折弯示教点坐标的方式，存在如下诸多问题：

1.在线示教操作方式不简便，工人劳动生产率低下；

2.辅助时间(人工示教、工艺规划、拼刀设计)较长，无法满足自动化生产方式的需求；

3.更换作业任务时折弯加工现场需整线停机示教，浪费了机器的加工时长，企业生产效率低；

4.车间坏境下现场在线示教操作，不利于工作人员自身安全。

综上所述，针对钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成技术的研究，旨在最大限度的解决传统人工在线示教获取折弯示教点坐标的生产方式存在的问题，不仅在理论上有创新，而且在降低企业生产成本和提高生产速率方面有着非常重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服传统人工在线示教获取折弯示教点坐标的方式存在的弊端，实现在钣金折弯加工过程中折弯机器人折弯示教点坐标智能生成，而提供一种钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成方法，包括以下步骤：

1、通过对折弯机床、吸盘、吸盘架等折弯部件模型的参数化设计及自动化装配，在三维软件中实现虚拟折弯环境配置，构建与实际钣金折弯加工环境相一致的虚拟折弯环境；

2、通过钣金件折弯工艺设计，获取钣金件模型中折弯边长、折弯半径及折弯角度等在内的基础折弯信息，以此折弯信息为基础建立钣金件模型的折弯工艺数据库，其余折弯特征信息如退刀方式、折弯刀角等，根据与折弯边长、折弯半径及折弯角度等基础折弯信息之间的数据特征关联性完成判定及规划，最终实现对钣金件折弯工艺的自动规划及折弯工艺表的自动生成，获得钣金件的折弯工艺数据；

3、通过已经完成规划并生成的钣金件折弯工艺数据，根据折弯工艺数据中的刀具长度及折弯刀角等刀具信息，在三维软件中对折弯刀具进行参数化建模，并将建模完成的折弯刀具模型自动装配进虚拟折弯环境中折弯机床的指定位置上，实现折弯刀具参数化自动拼刀，并根据拼刀结果获得钣金件折弯加工操作中折弯刀具拼刀数据；

4、通过汇总分析钣金件折弯工艺设计部分中获得的钣金件折弯工艺数据及折弯刀具拼刀数据，得到每道折弯加工工序中钣金件与折弯机床、折弯刀具之间的对应位置变化数据，将这些对应位置变化数据与折弯机器人机械臂的运动位置变化数据相结合，计算并得到各折弯加工工序中钣金件位姿变化结果；

5、根据虚拟折弯环境配置中建立的虚拟折弯环境，可得到钣金折弯机器人折弯运动空间坐标参考，结合钣金件位姿变化数据及规划好的折弯运动路径，将折弯运动路径上所对应的空间坐标节点与各折弯加工工序钣金件位姿变化所产生的坐标节点相结合，通过分析与计算，实现折弯示教点坐标的智能生成。

进一步优选，步骤1中所述的参数化设计的具体内容和步骤是：

①采用参数化建模的形式，将各折弯部件模型的具体结构尺寸参数设置为可调项；

②通过对需要进行折弯加工的钣金件折弯边长、折弯半径及折弯角度等在内的基础折弯信息进行分析，确定折弯加工操作所需各折弯部件型号；

③通过折弯部件型号确定各折弯部件模型的具体结构尺寸大小并对其参数数据进行设置，完成对折弯机床、吸盘、吸盘架及其他折弯部件的参数化建模。

进一步优选，步骤1中所述的自动化装配的具体内容和步骤是：

ⅰ将参数化配置进虚拟折弯加工环境中的具有典型结构的支撑横梁部件作为父零件，其他折弯部件为子零件；

ⅱ在零件上创建如辅助基准面、辅助基准轴、辅助基准点在内的辅助配合特征，将辅助配合特征作为配合特征的配合基准；

ⅲ辅助配合特征和各折弯部件配合特征之间建立相应的尺寸约束关联，在装配过程中各零件通过自动识别各自的辅助配合特征，实现相应配合关系的一一对应，达到零件装配准确定位的目的；

ⅳ各折弯部件实现自动化装配，完成钣金折弯加工虚拟折弯环境的配置，各折弯部件所处位置的空间坐标便可确定，通过自定义虚拟折弯环境空间坐标原点，建立折弯环境空间坐标系，为钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成提供空间坐标信息参考。

进一步优选，步骤2中所述的钣金件折弯工艺自动规划及折弯工艺表自动生成的具体内容和步骤是：

①通过对钣金件模型进行工艺分解，提取并获得各折弯加工工序中包括钣金折弯边长、折弯半径及折弯角度等在内的基础折弯工艺数据；

②以获取的各基础折弯工艺数据为参考依据，建立此钣金件模型的折弯工艺数据库，通过工艺条件判定设计，实现对各折弯加工工序中如退刀方式、折弯刀角、折弯刀长及机械手是否翻转等其他折弯工艺信息的规划及设计；

③将完成规划的钣金件折弯工艺结果保存为此钣金件模型的折弯工艺表。

进一步优选，步骤3中所述的折弯刀具拼刀结果自动生成及参数化自动拼刀的具体内容和步骤是：

①根据已完成规划的钣金件折弯工艺数据，对刀具长度和折弯刀角等刀具信息进行归纳整理，筛选并删除重复刀具信息；

②根据整理筛选出的折弯刀具信息，对折弯刀具进行参数化建模并自动装配进虚拟折弯环境中的折弯机床指定位置上，实现参数化自动拼刀，减少人为进行折弯刀具选择判断造成的误差。

进一步优选，步骤4中所述的各折弯加工工序钣金件位姿变化求解的具体内容和步骤是：

①根据折弯工艺表中的折弯边长数据确定钣金件与折弯机床之间的相对位置；

②根据折弯工艺表中的折弯刀具信息，结合参数化自动拼刀结果，确定钣金件与折弯刀具之间的相对位置；

③根据折弯工艺表中的折弯半径、折弯角度等折弯信息，确定折弯机器人机械臂的运动位置变化；

④根据折弯工艺表中每道工序对退刀方式、机械手是否翻转等折弯工艺的判断，确定折弯伴随机器人是否做出相应响应动作变化。

进一步优选，步骤5中所述的折弯示教点坐标的智能生成方法为：根据虚拟折弯环境配置中建立的虚拟折弯环境，可得到钣金折弯机器人折弯运动空间坐标参考，结合钣金件位姿变化数据及规划好的折弯运动路径，将折弯运动路径上所对应的空间坐标节点与各折弯加工工序钣金件位姿变化所产生的坐标节点相结合，通过分析与计算，实现折弯示教点坐标的智能生成。

本发明的有益效果和优点：

本发明旨在从根本上减少人工对于钣金折弯过程的干预。首先，机器人可在编程作业时继续在生产线上进行折弯加工生产，提高了生产效率和生产连续性；其次，通过分析与计算，得到合理并正确的折弯示教点，保证了折弯加工的精度，同时对操作人员的经验要求降低，减轻人力成本；最后，获取折弯示教点的过程无需人工现场示教操作，工作人员远离危险的作业环境。

附图说明

图1为一种钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成方法的流程图；

图2为虚拟折弯环境配置的方法流程图；

图3为钣金件折弯工艺设计的方法流程图；

图4为折弯示教点坐标智能生成的方法流程图。

具体实施方式

结合附图对这一钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成系统和方法作进一步详细说明：

参见图1所示，为本发明的一种钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成方法，具体步骤如下：

步骤一：通过虚拟折弯环境配置，构建与实际钣金折弯加工环境相一致的虚拟折弯环境，实现最终智能生成的折弯示教点坐标可在实际钣金折弯加工中使用；

首先，实际钣金折弯加工生产中，企业通常会根据所要加工的钣金件类别进行折弯环境的调整，如对折弯机床、吸盘架或吸盘等折弯部件型号进行更换，以满足针对不同类别钣金件均可实现折弯加工最优操作的目的。参数化配置虚拟折弯环境过程中，采用参数化建模的形式，将各折弯部件模型的具体结构尺寸参数设置为可调项。通过对需要进行折弯加工的钣金件基本信息进行分析，确定折弯加工操作所需各折弯部件型号，通过型号确定各折弯部件模型的具体结构尺寸大小并对其参数数据进行设置，完成对折弯机床、吸盘、吸盘架及其他折弯部件的参数化建模，避免常规建模步骤的重复，简化建模及配置操作过程。

其次，各折弯部件按照所要加工的钣金件类型完成参数化建模后，开始进行各折弯部件的自动化装配。装配技术是目前cad领域研究的重要技术之一，但是目前的三维cad软件所提供的装配功能都是依赖设计人员指定零件间的装配几何约束用手工完成装配，计算机不能代替操作者自动进行装配，装配效率低下，不符合快速设计的要求，且繁琐复杂的手工装配势必会影响cad系统的整体水平，因此如何快速自动化装配以便提高产品的设计效率已成为一个急需解决的课题。

结合钣金折弯加工环境中各折弯部件的装配特点，设计一种基于辅助配合特征的自动化装配方法，通过在零件上创建辅助配合特征如辅助基准面、辅助基准轴、辅助基准点等，在装配过程中各零件通过自动识别各自的辅助配合特征，实现相应配合关系的一一对应，达到零件装配准确定位的目的，最终实现各折弯部件的自动化装配，完成钣金折弯加工虚拟折弯环境的配置。

最后，当各折弯部件完成参数化配置并实现自动化装配后，各折弯部件所处位置的空间坐标便可确定，通过自定义虚拟折弯环境空间坐标原点，建立折弯环境空间坐标系，为最终钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成提供空间坐标参考。

步骤二：通过钣金件折弯工艺设计，实现对钣金件折弯工艺及拼刀结果的自动规划及生成，为钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成提供工艺数据参考及折弯刀具拼刀数据参考；

虚拟折弯环境配置完成后，系统进行钣金件折弯工艺设计。钣金折弯加工过程的进行，主要依靠折弯机器人依据相应折弯工艺数据，进行折弯动作的判定。传统钣金折弯加工过程中，主要依靠工作人员人工进行钣金件折弯工艺的设计，再通过人工操作将折弯工艺信息输入折弯机器人，使其识别并进行折弯操作，这种方法大大降低了生产效率。在钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成系统和方法中，旨在通过设计，实现对钣金件折弯工艺的自动生成，为钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成提供工艺数据参考。

首先，通过对钣金件模型进行工艺分解，提取并获得各折弯加工工序中包括钣金折弯边长、折弯半径及折弯角度等在内的基础折弯工艺数据。

其次，实际生产中，钣金折弯加工操作进行所依据的工艺数据判定条件，除了折弯边长、折弯半径及折弯角度等基础折弯工艺信息外，还包括退刀方式、折弯刀角、折弯刀长及机械手是否翻转等其他折弯工艺数据。而传统钣金件折弯加工过程中，主要依据操作人员的经验，通过对折弯边长、折弯半径、折弯角度等基础折弯工艺信息的分析判断，实现退刀方式、折弯刀角、折弯刀长及机械手是否翻转等折弯工艺数据的生成。

本方法设计中，以获取的各基础折弯数据为参考依据，建立此钣金件模型的折弯工艺数据库，通过判定条件，实现对各折弯加工工序中其他折弯工艺信息如退刀方式、机械手是否翻转等折弯特征信息的规划及设计，并将结果保存为此钣金件模型的折弯工艺表。同时，根据已完成规划的折弯工艺数据，实现折弯刀具种类、刀具数量等拼刀方式的自动筛选、参数化建模及三维装配效果预览；

最后，钣金件折弯工艺设计完成后，获得相应钣金件折弯工艺表及折弯刀具拼刀结果，为最终的折弯示教点坐标智能生成提供钣金件折弯工艺数据及折弯刀具拼刀数据。

步骤三：通过对虚拟折弯环境配置及钣金件折弯工艺设计过程中获得的钣金件折弯工艺数据、折弯刀具拼刀数据以及折弯环境空间坐标信息进行归纳汇总及数据分析，实现折弯示教点坐标智能生成；

钣金折弯加工过程中，折弯机械手在工作时主要流程包括：机械手到原料区吸取钣金原料；将原材料送入定位台上，松开吸盘，完成定位；将定位后的原材料再次吸起；将原材料送入折弯机刀口下，并板与后挡指靠死；折弯机进行动作，机械手随料运动进行折弯；重复送料、折弯操作，直到板料完成所有折弯工序；折弯结束，将成品送入成品摆放区等。

当前实际生产加工中，钣金折弯加工操作的进行主要依靠操作人员在实际加工环境中人工辅助在线示教获取折弯示教点及人工设计钣金件折弯工艺，折弯机器人通过识别人工操作输入的钣金件折弯工艺信息及折弯示教点坐标，规划设计折弯路径并进行折弯操作，这样的生产方式存在诸多不足。本发明设计中，旨在通过设计，根据钣金件折弯工艺数据、折弯刀具拼刀数据以及折弯环境空间坐标信息等辅助信息，实现钣金折弯机器人折弯示教点坐标的智能生成。

首先，通过汇总分析钣金件折弯工艺数据及折弯刀具拼刀数据，得到相应钣金件折弯加工过程中每道折弯工序所对应的折弯工艺数据和刀具数据。依据折弯工艺数据及刀具数据计算得到各折弯加工工序所对应的钣金件位姿变化数据，即钣金件与折弯机床、折弯刀具之间的相对位置变化；

其次，根据虚拟折弯环境配置中建立的虚拟折弯环境，可得到钣金折弯机器人折弯运动空间坐标参考，通过最优折弯运动路径设计，结合钣金件位姿变化数据，最终实现折弯示教点坐标的智能生成。

与传统人工在线示教获取示教点坐标的方式相比，钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成系统和方法，通过建立虚拟折弯环境形成折弯空间坐标系，结合代替人工进行钣金件工艺设计的钣金件折弯工艺自动生成，通过对各数据的分析与计算，最终智能生成折弯机器人折弯示教点坐标，解决了在线示教操作方式不简便，企业生产效率低及工作人员自身安全无法保障的问题，加快了企业自动化生产方式的发展。

参见图2所示，为虚拟折弯环境配置的方法流程图。如图所示，虚拟折弯环境配置具体实施步骤如下：

(1)每一次新的钣金件加工，都作为企业的一个新项目，系统通过将不同钣金件加工项目中包括订单编号、产品名称、零件图号、客户名称及订单日期在内的各项目基本信息录入保存进订单数据库，实现对产品信息更高效的管理；

(2)为实现系统最终智能生成的折弯示教点坐标可在实际加工中直接使用，参照实际钣金折弯加工环境，根据钣金件加工项目基本信息，对此钣金件加工进行虚拟折弯环境的配置，构建与实际钣金折弯加工环境相一致的虚拟折弯环境。

对大多中小型折弯加工企业来说，实际钣金折弯加工生产中，企业通常会根据所要加工的钣金件类别进行折弯环境的调整，如对折弯机床、吸盘架或吸盘等折弯部件的型号进行更换，以满足针对不同类别钣金件均可实现折弯加工最优操作的目的。

(3)参数化配置虚拟折弯环境过程中，采用参数化建模的形式，将各折弯部件模型的具体结构尺寸参数设置为可调项。通过对需要进行折弯加工的钣金件基本信息进行分析，确定折弯加工操作所需各折弯部件型号，根据型号确定各折弯部件模型的具体结构尺寸大小并对其参数数据进行设置，完成对折弯机床、吸盘、吸盘架及其他折弯部件的参数化建模。

为满足折弯加工的柔性化需求，针对不同尺寸钣金件的加工，可进行不同型号折弯机床、定位台槽、吸盘架及吸盘的配置，根据企业已有机床、定位台槽、吸盘架及吸盘类型或参考市场现有标准，构建相应折弯部件型号信息数据库。对各折弯部件进行参数数据设置过程中，通过连接已有折弯折弯部件型号信息数据库，确定各折弯部件模型的具体结构尺寸大小，将选定型号的折弯部件模型参数化配置进虚拟折弯加工环境中；

(4)将各折弯部件参数化设计并配置进虚拟折弯加工环境中后，开始进行各折弯部件的自动化装配。从装配的角度来说，零件的特征包括：主体特征和配合特征。其中，配合特征包括配合的尺寸特征、几何特征等。目前，大多数三维建模软件的装配环境中，将零件配合的几何特征作为零件装配的主要配合特征。

本方法设计中，结合钣金折弯加工环境中各折弯部件的装配特点，提出一种基于辅助配合特征的自动化装配方法。通过在零件上创建辅助基准面、辅助基准轴或辅助基准点等辅助配合特征，其它子零件在父零件的基础上自动识别辅助配合特征并判定配合约束，达到零件准确定位的目的，最终实现虚拟折弯加工环境中各折弯部件的自动化装配。具体实现方法为：将参数化配置进虚拟折弯加工环境中的具有典型结构的支撑横梁部件作为父零件，其他折弯部件为子零件。在各折弯部件配合特征上创建相应的辅助配合特征，即辅助基准面、辅助基准面以及辅助基准点，并将辅助配合特征作为配合特征的配合基准；同时，辅助配合特征和各折弯部件配合特征之间建立相应的尺寸约束关联，保证辅助配合特征与折弯部件配合特征的尺寸关系一一对应，这些辅助配合特征与折弯部件建立尺寸的约束关联，当折弯部件自身的尺寸特征发生改变时，建立的辅助配合特征也发生相应的改变。如此，即便折弯部件参数化变型后，系统也能够实现多样化虚拟折弯加工环境中各折弯部件的自动化装配。

(5)当各折弯部件完成参数化配置并实现自动化装配后，各折弯部件所处位置的空间坐标便可确定，通过自定义虚拟折弯环境空间坐标原点，建立折弯环境空间坐标系，为最终钣金折弯机器人折弯示教点坐标智能生成提供空间坐标信息参考。

参见图3所示，为钣金件折弯工艺设计的方法流程图。通过钣金件折弯工艺设计，获得相应钣金件折弯工艺表及折弯刀具拼刀结果，为最终的折弯示教点坐标智能生成提供钣金件折弯工艺数据及折弯刀具拼刀数据。如图所示，钣金件折弯工艺设计具体实施步骤如下：

(1)首先，在三维软件的钣金件设计模块中，通常通过对折弯边长、折弯半径及折弯角度等基础折弯特征进行设计以实现常规钣金件的折弯设计。因此，通过对导入系统的钣金件模型进行工艺分解，可提取并获得每道折弯工序所对应的相关折弯工艺信息，折弯工艺信息内容主要包括：折弯边长、折弯半径、折弯角度等；

(2)其次，钣金件折弯加工过程中，每道折弯工序对应的折弯边长、折弯半径、折弯角度等折弯工艺信息只是钣金件模型所能提取出的基础折弯工艺数据。实际生产中，折弯加工操作进行所依据的判定条件，除了折弯边长、折弯半径及折弯角度等基础折弯工艺数据外，还包括退刀方式、折弯刀角、折弯刀长及机械手是否翻转等其他折弯工艺数据。

传统钣金件折弯加工过程中，主要依据操作人员的经验，通过对折弯边长、折弯半径、折弯角度等基础折弯工艺数据的分析判断，实现退刀方式、折弯刀角、折弯刀长及机械手是否翻转等折弯工艺数据的生成。

本方法设计中，以获取的各基础折弯数据为参考依据，建立此钣金件模型的折弯工艺数据库。折弯边长、折弯半径、折弯角度等基础折弯信息皆为已提取信息，通过特征数据判定条件，关联折弯边长、折弯半径、折弯角度等基础折弯信息，实现对各折弯加工工序中其他折弯工艺信息如退刀方式、折弯刀角、折弯刀长及机械手是否翻转等折弯特征信息的规划及设计，并将最终折弯工艺数据集成结果，保存为此钣金件模型的折弯工艺表。

(3)最后，根据已完成规划的钣金件折弯工艺数据，实现折弯刀具种类、刀具数量等拼刀方式的自动筛选、参数化建模及三维装配效果预览。在钣金折弯加工整体过程中，有的工序使用的刀具可能相同，这为参数化拼刀的筛选造成了困难，因此在参数化拼刀之前，通过对刀具长度和折弯刀角等刀具信息进行归纳整理，筛选并删除重复刀具信息，对折弯刀具进行参数化建模并自动装配进虚拟折弯环境中的折弯机床指定位置上，最终实现参数化自动拼刀，减少人为进行折弯刀具选择判断造成的误差。

参见图4所示，为折弯示教点坐标智能生成的方法流程图。如图所示，折弯示教点坐标智能生成具体实施步骤如下：

(1)首先，根据钣金件折弯工艺设计部分中获得的钣金件折弯工艺数据及折弯刀具拼刀数据，实现对相应折弯加工工序钣金件位姿变化的求解。

钣金件位姿变化求解过程中，首先根据折弯工艺表中的折弯边长数据确定钣金件与折弯机床之间的相对位置；其次，根据折弯工艺表中的折弯刀具信息，结合参数化自动拼刀结果，确定钣金件与折弯刀具之间的相对位置；最后，根据折弯工艺表中的折弯半径、折弯角度等折弯信息，确定折弯机器人机械臂的运动位置变化。在此过程中，同时根据折弯工艺表中每道工序对退刀方式、机械手是否翻转等折弯工艺的判断，确定折弯伴随机器人是否做出相应响应动作变化。由此，可获得每道折弯加工工序所对应的钣金件位姿变化数据。

(2)其次，根据钣金件折弯工艺数据及折弯刀具拼刀数据而获得的钣金件位姿变化数据，是钣金件在折弯加工过程中与折弯机床及折弯刀具之间的位置变化，而在实际加工过程中，具体折弯工序的折弯操作只是折弯加工流程的一部分。实现钣金折弯机器人完成整体折弯加工运动的折弯示教点坐标包括：取料点、定位点上、定位点下(与定位点上配合使用)、快下点、安全点(由安全距离确定的翻转点)、慢速点(加工运动时降速处理的位置点)、折弯预备点(考虑钣金件韧性会产生一定的变形)、折弯点1(折弯角度小)、折弯点2(折弯角度大，与翻边点配合使用)及放料点等。

因此，同时需要对具体折弯操作之外的折弯示教点坐标进行求解。根据虚拟折弯环境配置中建立的虚拟折弯环境，可得到钣金折弯机器人折弯运动空间坐标参考，结合钣金件位姿变化数据及规划好的折弯运动路径，将折弯运动路径上所对应的空间坐标节点与各折弯加工工序钣金件位姿变化所产生的坐标节点相结合，通过分析与计算，实现折弯示教点坐标的智能生成。