机器人三维激光加工头tcp坐标修正方法及装置制造方法

文档序号:6231123阅读:347来源:国知局
机器人三维激光加工头tcp坐标修正方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及机器人三维加工【技术领域】,提供一种机器人三维激光加工头TCP坐标修正方法及装置。该方法包括步骤:激光加工头在工具坐标系平行于XOY平面的任一平面内,沿垂直于任一坐标轴的方向以反向姿态划线两次;测量两次划线之间的距离,计算该距离/2的值作为TCP在该坐标轴方向的标定误差;以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。该装置包括:划线模块;标定误差测定模块以及坐标修正模块。通过上述方法及装置,可以得到激光加工头TCP标定误差,以该标定误差修正TCP坐标值,即可提高TCP的准确程度,从而保证三维激光加工的精度。
【专利说明】机器人三维激光加工头TCP坐标修正方法及装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人三维加工【技术领域】,尤其涉及机器人三维激光加工头TCP坐标 修正方法及装置。

【背景技术】
[0002] 机器人三维激光加工设备用于对三维工件进行激光加工,如激光切割、激光焊接 等,其切割或焊接轨迹通过手动示教编程或三维离线编程得以形成。手动示教编程即利 用示教器,对事先针对切割或焊接轨迹划好线的样件,逐点记录机器人位姿,由此生成由直 线、圆弧组成的切割或焊接程序,存储在机器人控制器中。手动示教操作简便,适用于形状 简单,记录位姿点较少,所需加工精度不高的情况。而对于切割或焊接轨迹复杂,机器人位 姿多变,加工精度要求较高的情况,则采用离线编程的方式。
[0003] 机器人三维离线编程的要素包括工具坐标点TCP (Tool Coordinate Point)和工件 坐标系,其中工件坐标系亦是依据TCP参考制作,因此,TCP的准确程度直接决定三维离线 编程的准确程度,最终会决定三维工件的激光加工精度。在实际操作中,机器人三维激光加 工设备的TCP -般是通过目测参考点手动对点的方式制作的,因此必然存在误差,且误差 程度难于准确控制,从而导致三维离线编程所产生的轨迹也存在误差。在机器人三维激光 加工过程中,加工头姿态需要根据工件情况随时进行调整,当TCP误差较大时,实际切割或 焊接轨迹会严重偏离理想状态,甚至出现首尾不能对接的情况,无法满足切割精度的要求。


【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种方法及装置,可以提高机器人三维激光加 工头TCP的准确程度,从而保证激光加工精度。
[0005] 为解决该问题,本发明提供一种机器人三维激光加工头TCP坐标修正方法,包括 以下步骤:
[0006] S101,激光加工头在工具坐标系平行于Χ0Υ平面的任一平面内,沿垂直于任一坐 标轴的方向以反向姿态划线两次;
[0007] S102,测量两次划线之间的距离,计算该距离/2的值作为TCP在该坐标轴方向的 标定误差;
[0008] S103,以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。
[0009] 进一步地,步骤S101包括:
[0010] S201,离线编程制作两条垂直于工具坐标系X方向的直线加工轨迹,两直线位置 相同,激光加工头姿态分别朝向X+、X-方向,按照该轨迹划线;
[0011] S202,离线编程制作两条垂直于工具坐标系Y方向的直线加工轨迹,两直线位置 相同,激光加工头姿态分别朝向Y+、Y-方向,按照该轨迹划线。
[0012] 进一步地,步骤S103包括:
[0013] 将TCP在X、Y方向的坐标值分别减去相应方向的标定误差。
[0014] 进一步地,该方法还包括:
[0015] S104,重复 S101-S103 至少一次。
[0016] 本发明同时提供一种机器人三维激光加工头TCP坐标修正装置,该装置包括:
[0017] 划线模块,用于控制激光加工头在工具坐标系平行于Χ0Υ平面的任一平面内,沿 垂直于任一坐标轴的方向以反向姿态划线两次;
[0018] 标定误差测定模块,用于测量两次划线之间的距离,计算该距离/2的值作为TCP 在该坐标轴方向的标定误差;
[0019] 以及坐标修正模块,用于以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。
[0020] 进一步地,所述划线模块包括:
[0021] X方向划线模块,用于离线编程制作两条垂直于工具坐标系X方向的直线加工轨 迹,两直线位置相同,激光加工头姿态分别朝向x+、x-方向,并按照该轨迹划线;
[0022] Y方向划线模块,用于离线编程制作两条垂直于工具坐标系Y方向的直线加工轨 迹,两直线位置相同,激光加工头姿态分别朝向Y+、Y-方向,并按照该轨迹划线。
[0023] 进一步地,该装置还包括:
[0024] 迭代修正模块,用于对TCP坐标进行迭代修正。
[0025] 与现有技术相比,本发明控制激光加工头在工具坐标系平行于Χ0Υ平面的任一坐 标平面内,沿垂直于任一坐标轴的方向以反向姿态划线两次,并通过计算两次划线间距/2 的值即可得到激光加工头TCP标定误差,以该标定误差修正TCP坐标值,即可提高TCP的准 确程度,从而保证三维激光加工的精度。

【专利附图】

【附图说明】
[0026] 图1为TCP标定误差对激光加工精度影响示意图;
[0027] 图2为TCP坐标修正过程示意图。

【具体实施方式】
[0028] 以下结合附图及实施例,对本发明进行详细说明。
[0029] 机器人默认工具点设置在其第六轴机械末端安装法兰的中点,但实际上,激光加 工轨迹经过加工头末端中心,即切割嘴或焊接嘴的末端中心。因此在三维离线编程中,参与 激光加工轨迹计算的工具点TCP,也应位于切割嘴或焊接嘴的末端中心。因此实际使用的 TCP是一组实际工具点相对于默认工具点的相对坐标值。该相对坐标值一般需要通过手动 目测的方式制作获得,其与实际理想值之间不可避免地存在误差,该误差即TCP标定误差。
[0030] 激光加工头的工具坐标系是固连在加工头上的,其以加工头的有效方向作为Z 轴,激光加工过程中,加工头随动平行于工具坐标系Z方向。因此,Z方向的误差通常可以 被随动功能覆盖,可不予考虑,而仅需考虑X、Y方向的误差。
[0031] 图1给出了该标定误差对激光加工精度影响的示意图,图中实线与虚线分别表示 实际加工轨迹及理想轨迹,加工头1的尖角部位朝向不同表示加工头1不同的姿态。如 图1(a)所示,为加工过程中加工头姿态不发生调整时,实际加工轨迹相对理想轨迹偏移的 情况,该偏移量即为TCP标定误差;而如图1 (b)所示,为加工过程中加工头姿态顺次调整 180°,即加工头最终姿态与初始姿态呈反向时,实际加工轨迹相对理想轨迹偏移的情况, 此时实际加工轨迹首尾不能相接,其变形量为TCP标定误差值的两倍。
[0032] 基于以上分析,本发明给出一种TCP坐标修正方法,包括以下步骤:
[0033] S101,激光加工头在工具坐标系平行于Χ0Υ平面的任一平面内,沿垂直于任一坐 标轴的方向以反向姿态划线两次;
[0034] S102,测量两次划线之间的距离,计算该距离/2的值作为TCP在该坐标轴方向的 标定误差;
[0035] S103,以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。
[0036] 步骤S101具体包括:
[0037] S201,离线编程制作两条垂直于工具坐标系X方向的直线加工轨迹,两直线位置 相同,激光加工头姿态分别朝向X+、X-方向,按照该轨迹划线;
[0038] S202,离线编程制作两条垂直于工具坐标系Y方向的直线加工轨迹,两直线位置 相同,激光加工头姿态分别朝向Y+、Y-方向,按照该轨迹划线。
[0039] 其中,离线编程所依据的TCP坐标值为(X,y,z,Rx,Ry,Rz),即通过手动目测的方 式制作获得的坐标值。
[0040] 相应地,步骤S102包括:
[0041] S301,测量垂直于X方向两划线间的距离δΧ,计算δΧ/2的值即为激光加工头 TCP在X方向上相对于其理想值的偏差即X方向标定误差δ X,如图2(a)所示;
[0042] S302,测量垂直于Υ方向两划线间的距离δΥ,计算δΥ/2的值即为激光加工头 TCP在Υ方向上相对于其理想值的偏差即Υ方向标定误差δ y,如图2(b)所示。
[0043] TCPX、Y轴坐标值修正方向与该轴划线的偏移方向相向,因此以上述计算结果对 TCP坐标进行修正后,得到更接近理想值的TCP坐标值应为:(X- δ X,y- δ y,Z,RX,Ry,RZ)。
[0044] 经过以上步骤对TCP坐标进行修正后,虽然缩小了其与理想值之间的误差,但是 由于单次修正尚存在一定误差,为了得到更精确的TCP坐标值,可利用上述方法对修正后 的TCP坐标值进行迭代修正。实验证明,经过两次修正,即可将误差控制在视觉无法察觉的 范围内,从而提高机器人三维激光加工的精度。当然,为了进一步提高加工精度,还可以增 加迭代修正的次数。因此本发明的修正方法还包括:
[0045] 步骤S104,重复步骤S101-S103至少一次。
[0046] 本发明的TCP坐标修正装置包括:
[0047] 划线模块,用于控制激光加工头在工具坐标系平行于Χ0Υ平面的任一平面内,沿 垂直于任一坐标轴的方向以反向姿态划线两次;
[0048] 标定误差测定模块,用于测量两次划线之间的距离,计算该距离/2的值作为TCP 在该坐标轴方向的标定误差;
[0049] 以及坐标修正模块,用于以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。 [0050] 划线模块具体包括:
[0051] X方向划线模块,用于离线编程制作两条垂直于工具坐标系X方向的直线加工轨 迹,两直线位置相同,激光加工头姿态分别朝向x+、X-方向,并按照该轨迹划线;
[0052] 及Y方向划线模块,用于离线编程制作两条垂直于工具坐标系Y方向的直线加工 轨迹,两直线位置相同,激光加工头姿态分别朝向Y+、Y-方向,并按照该轨迹划线。
[0053] 为了进一步减小误差,该修正装置还包括:用于对TCP坐标进行迭代修正的迭代 修正模块。
【权利要求】
1. 机器人三维激光加工头TCP坐标修正方法,其特征在于,包括以下步骤: S101,激光加工头在工具坐标系平行于XOY平面的任一平面内,沿垂直于任一坐标轴 的方向以反向姿态划线两次; 5102, 测量两次划线之间的距离,计算该距离/2的值作为TCP在该坐标轴方向的标定 误差; 5103, 以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。
2. 根据权利要求1所述的坐标修正方法,其特征在于,步骤S101包括: S201,离线编程制作两条垂直于工具坐标系X方向的直线加工轨迹,两直线位置相同, 激光加工头姿态分别朝向X+、X-方向,按照该轨迹划线; S202,离线编程制作两条垂直于工具坐标系Y方向的直线加工轨迹,两直线位置相同, 激光加工头姿态分别朝向Y+、Y-方向,按照该轨迹划线。
3. 根据权利要求2所述的坐标修正方法,其特征在于,步骤S103包括: 将TCP在X、Y方向的坐标值分别减去相应方向的标定误差。
4. 根据权利要求1或2或3所述的坐标修正方法,其特征在于,该方法还包括: 5104, 重复 S101-S103 至少一次。
5. 机器人三维激光加工头TCP坐标修正装置,其特征在于,该装置包括: 划线模块,用于控制激光加工头在工具坐标系平行于XOY平面的任一平面内,沿垂直 于任一坐标轴的方向以反向姿态划线两次; 标定误差测定模块,用于测量两次划线之间的距离,计算该距离/2的值作为TCP在该 坐标轴方向的标定误差; 以及坐标修正模块,用于以所述标定误差对TCP相应方向的坐标值进行修正。
6. 根据权利要求5所述的坐标修正装置,其特征在于,所述划线模块包括: X方向划线模块,用于离线编程制作两条垂直于工具坐标系X方向的直线加工轨迹,两 直线位置相同,激光加工头姿态分别朝向X+、X-方向,并按照该轨迹划线; Y方向划线模块,用于离线编程制作两条垂直于工具坐标系Y方向的直线加工轨迹,两 直线位置相同,激光加工头姿态分别朝向Y+、Y-方向,并按照该轨迹划线。
7. 根据权利要求5或6所述的坐标修正装置,其特征在于,该装置还包括: 迭代修正模块,用于对TCP坐标进行迭代修正。
【文档编号】G01B21/00GK104061888SQ201410275776
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】唐茗, 林汉清, 刘旭飞, 赵剑, 陈根余, 陈燚, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司
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