Laser-arc hybrid welding filament spacing positioning system and positioning method thereof

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明的焊接过程中的路径示意图。

图3为本发明的方法流程示意图。

实施方式

为更好地理解本发明的技术方案，以下将结合相关图示作详细说明。应理解，以下具体实施例并非用以限制本发明的技术方案的具体实施态样，其仅为本发明技术方案可采用的实施态样。需先说明，本文关于各组件位置关系的表述，如A部件位于B部件上方，其系基于图示中各组件相对位置的表述，并非用以限制各组件的实际位置关系。

实施例

参见图1-2，图1绘制了本发明的系统结构示意。如图所示，本发明的一种激光-电弧复合焊接光丝间距定位系统，应用于激光-电弧复合焊接过程，它包括焊接机器人、激光器、机器人示教器、机器人控制柜、电弧焊枪、光丝间距传感器、送丝机和电弧焊机，所述焊接机器人和机器人示教器分别与机器人控制柜相连，电弧焊枪、送丝机分别与电弧焊机相连。

所述焊接机器人的法兰盘上设有激光器，激光器通过电缆与电源相连；所述电弧焊枪上通过工装夹具设置有一个光丝间距传感器，光丝间距传感器的光斑位置与焊丝尖端互相重合。

在实际操纵过程中，首先启动机器人，打开机器人程序编辑器，根据实际焊接路径进行编辑机器人焊接程序，确定工件坐标和工具坐标，对焊接路径的起始点和终止点进行示教并定位，焊接程序移至例行程序并启动。

在机器人示教器控制面板处，将激光器出光程序备注，防止激光器出光，同时锁定电弧。

在焊接程序上修改机器人焊接速度，在送丝机操纵面板上设置送丝速度。通过安装在电弧焊枪侧面的光丝间距传感器对激光器发射的导引激光光斑进行距离传感，获得路径下光丝间距传感器光斑与激光器导引激光光斑之间的相对距离。将实际焊接路径分成M段，将路径上每个点处的坐标值（X，Y，Z）根据相对应的距离做出调整，调整到TCP点位于焊缝中心合适的位置，根据新的坐标点位生成新的工作路径，使其焊接路径与焊缝在同一条直线上。

以此同时，光丝间距传感器会捕捉到导引激光光斑的位置，将生成的数据传输到机器人控制柜，从而得出当前光丝间距的大小。根据焊接试验要求的光丝间距的大小，通过调节丝杠旋钮来控制光丝间距大小，此时，该信息会立刻通过机器人控制柜传输到机器人示教器，从而光丝间距传感器会与导引激光光斑保持最佳距离。

参见图2，本发明涉及的一种激光-电弧复合焊接光丝间距定位系统的定位方法，包括以下内容：

S1、安装光丝间距传感器并调整光斑；

将光丝间距传感器通过工装夹具安装在电弧焊枪侧面，使得光丝间距传感器光斑与焊丝尖端位置重合，同时保证其与导引激光光斑的连线在一条水平直线上，且与焊缝相互平行；

S2、调整激光器并获得传感器与机器人激光器坐标系之间的转换关系；

调整激光器与焊接母材呈直角关系，通过机器人自带的TCP标定程序分别获得光丝间距传感器、激光器和电弧焊枪的TCP，获得传感器与机器人激光器坐标系之间的转换关系；

S3、固定焊接母材；

将焊接母材加工并清洁，通过夹具固定在焊接平台上；

S4、启动焊接机器人；

启动焊接机器人，通过机器人示教器编辑焊接程序；

S41、编辑焊接程序：在机器人示教器控制面板上编辑激光-电弧复合焊接程序，分别设定焊接起始点与焊接终止点位置；

S5、打开激光器导引激光；

将激光器移动到焊接起始点位置，通过示教器，打开激光器导引激光，移至焊缝上的起始点与终止点，在示教器上修改位置，以这两个点作为原始位置的两端，将这条线段等分为M份；

S6、运行机器人焊接程序；

触发送丝机按钮向外输送焊丝，使得电弧焊丝尖端与焊接母材轻微接触；运行机器人焊接程序，使安装在电弧焊枪一侧的传感器从起始点开始向终止点扫描，得到原始路径与焊接母材表面上整个线段上的分布，看是否两者光斑与焊缝在同一条直线上；光丝间距传感器所发射的光斑应该与焊丝尖端处互相重合，并在焊接过程中始终保持固定；

S7、使激光器始终与焊缝保持垂直状态；根据实际焊接情况，通过选择一定的姿态改变模式，使激光器在焊接过程中始终与焊缝保持垂直状态；

S8、对光丝间距进行调节并校正；

初始的光丝间距信息会通过机器人控制柜反馈到机器人示教器上，根据预先设定好的光丝间距，通过调节丝杠旋钮，光丝间距发生改变，机器人控制柜接收到信息，从而对光丝间距进行调节并校正。

S8的具体步骤如下：

S81、光丝间距传感器扫描在示教器控制面板上所设定的焊接起始点处的导引激光点，检测出导引激光点与光丝间距传感器光斑之间的相对距离；

S82、利用机器人控制柜中的I/O板对光丝间距传感器输出信号进行检测，得到整个焊接过程中导引激光与光丝间距传感器光斑之间的距离分布，确保光丝间距在焊接过程中始终不变，查看并确定光丝间距初始值；

S83、机器人控制柜根据扫描到的光丝间距的大小，调节丝杠旋钮进行光丝间距的实时改变；

S84、示教器反馈得到实际焊接过程中所需的光丝间距大小，焊接机器人以及激光器按照修正后的光丝间距从起始点焊接至终止点。

S81的具体步骤如下：

S811、将光丝间距传感器通过工装夹具安装在电弧焊枪上，通过调节使得光丝间距传感器光斑位置与焊丝尖端处互相重合，保证光丝间距传感器光斑位置与激光器导引激光位置连线在一条水平直线上；

S812、用水平仪测量激光器的角度，使激光器与焊接母材位置相互垂直；

S813、通过机器人自带的TCP标定程序分别获得光丝间距传感器和激光器的TCP，从而获得光丝间距传感器与激光器坐标系之间的转换关系；

S814、打开示教器焊接程序面板，将焊接起始点与终止点定位；

S815、通过示教器编辑焊接程序，并检查是否存在错误；

S816、启动电源，运行机器人焊接程序，使得激光与电弧同时从起始点向终止点扫描；

S817、通过示教器面板查看机器人控制柜所反馈的信息。

S82的具体步骤如下：

S821、机器人控制柜得到原始路径与焊接母材表面在整条焊缝上的分布；

S822、将该条焊缝上已经设定好的分段上的点位的坐标值与目标所需的焊接位置作比较，得到偏差值以及实际焊接的位置，转化为机器人坐标，生成实际焊接的路径；

S823、将设定好光丝间距的激光与电弧在实际焊接的路径上进行调试焊接。

S83步骤中：根据实际焊接的路径决定机器人的姿态和模式，调整机器人焊接过程中的姿态，使激光器在焊接过程中随着工件的变化始终保持与母材相互垂直的状态。

实际焊接过程中的激光器TCP高度可调，通过调整光丝间距传感器给出的基准值，实现路径上点位的变化。

焊接前，务必先确定实际焊接路径，再确定激光与电弧之间的光丝间距大小。

步骤S811中坐标系之间的转化，通过机器人原始工具坐标系tool0作为媒介，分别设定激光器TCP和光丝间距传感器TCP，实现激光器与光丝间距传感器之间的坐标转化。

关于实际的焊接工作模式：光丝间距传感器预先按照程序所设定的路径进行扫描，通过对外部信息的感知，看光斑是否与焊缝在同一条直线上，并计算光丝间距光斑与导引激光光斑之间的相互距离，从而进行反馈、调节并校正。

焊接过程的激光器姿态的调整，主要是指路径上已有点位的姿态值的改变，通过赋予相关位置的姿态值来实现焊接过程的姿态变化。

参见图2，图2为焊接过程中的路径示意图。如图2所示，P10为示教定位的起始点，P30为示教定位的终止点，P20为路径的中心点处。

通过机器人示教，在示教过程中，查看初始的光丝间距值，根据试验的要求，通过调节丝杠旋钮来控制激光与电弧之间的相对距离。此时，机器人示教器面板上会实时同步机器人控制柜传输的信号。如果焊缝路径过长时，启动焊接程序，可以在焊缝路径的中心点处P20停止焊接程序，通过查看控制面板上的光丝间距值，是否与起始点处的值相等，这是由于在焊接过程中，光丝间距可能会由于各种因素发生轻微变化，比如夹具的松紧状态等。光丝间距的变化会引起焊缝上不同位置处的焊接质量不同，会产生焊接缺陷，比如未焊透、咬边、焊瘤等。因此，在焊接过程之前，对光丝间距的调节与校正至关重要。

在调试与校正光丝间距后，将激光头移至初始焊接点P10，启动焊接程序，沿着实际路径开始焊接，直至焊接到终止点P30，停止工作。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。