一种用于膜式水冷壁销钉焊接的机器人闭环加工系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106891111A(43)申请公布日2017.06.27(21)申请号201710178602.X(22)申请日2017.03.23(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人陈友东冯强国(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人周长琪(51)Int.Cl.B23K37/00(2006.01)B23K37/02(2006.01)G05B19/404(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种用于膜式水冷壁销钉焊接的机器人闭环加工系统(57)摘要本发明公开一种用于膜式水冷壁销钉焊接的机器人闭环加工系统，根据用户输入的膜式水冷壁尺寸参数和传感器检测参数自动规划传感器检测路径和焊接机器人理论加工路径，传感器连接于焊接机器人上跟随焊枪头运动，对膜式水冷壁的轮廓进行实时检测，将检测数据返回至校正模块，对理论加工路径进行补偿和校正，并生成焊接机器人的运动指令，通过控制器控制焊接机器人将销钉按照工艺参数焊接到膜式水冷壁上，实现了闭环加工。本发明系统融合了传感器检测算法，通过用户输入加工工艺参数自动规划焊接机器人加工路径，通过传感器实时检测现场数据对理论加工路径进行补偿和校正，自动生成焊接机器人加工指令，提高了加工精度，具有良好的社会效益和经济效益。CN106891111ACN106891111A权利要求书1/2页1.一种用于膜式水冷壁销钉焊接的机器人闭环加工系统，包括焊接机器人与焊接机器人上安装的焊枪头；其特征在于：还包括传感器、上位机、控制器，通讯设备；所述传感器固定安装于焊接机器人上，对膜式水冷壁的轮廓进行扫描；上位机用于接收用户输入的工艺参数，包括膜式水冷壁的钢管半径、膜式水冷壁的纵向总长度、膜式水冷壁横向总长度与传感器检测参数；其中，传感器检测参数包括：A、当传感器沿着膜式水冷壁纵向方向检测，需沿着纵向方向对膜式水冷壁进行分区域检测，则传感器检测参数为每个分区的纵向检测距离；B、当传感器沿着膜式水冷壁横向方向检测，需沿着横向方向对膜式水冷壁分区域检测，则传感器检测参数为每个分区的横向检测距离；上位机根据上述工艺参数，自动规划当前分区内焊接机器人理论加工路径以及传感器检测路径，并生成驱动传感器检测的指令，发送至控制器，由控制器控制焊接机器人运动带动传感器执行检测任务，得到传感器检测数据，经处理后得到各个焊接截面上膜式水冷壁钢管的半径R0与圆心坐标(xc0，yc0，zc0)，并发送至上位机；进而由上位机中设计的校正模块，对理论加工路径中各个焊点坐标进行校正，生成焊接机器人加工指令发送到控制器，控制焊接机器人进行当前分区内的焊接加工任务；当完成当前分区的膜式水冷壁加工任务后，则重新对下一分区进行上述理论加工路径规划、传感器路径规划、以及焊点位置坐标校正后，进行下一分区内模式水冷壁的加工，直至完成整个膜式水冷壁的加工任务。2.如权利要求1所述一种用于膜式水冷壁销钉焊接的机器人闭环加工系统，其特征在于：传感器为激光截面传感器。3.如权利要求1所述一种用于膜式水冷壁销钉焊接的机器人闭环加工系统，其特征在于：所述上位机通过以太网线与路由器相连，路由器通过以太网线与控制器和传感器相连，实现上位机、控制器与传感器三者间的通信。所述控制器和焊接机器人通过电缆连接，实现两者间的通讯。4.如权利要求1所述一种用于膜式水冷壁销钉焊接的机器人闭环加工系统，其特征在于：焊接机器人的理论加工路径规划方法为：上位机按照销钉的排布规则，沿着膜式水冷壁纵向方向等间隔的焊接截面平面内，按照下述公式规划焊点，得到膜式水冷壁各个焊接截面上的焊点坐标值：式(1)中，x,y,z为规划的焊点坐标，x方向为横向方向，y方向为膜式水冷壁纵向方向，Z方向为与xy平面垂直方向；xc，zc为圆心的X与Z轴坐标，R为理论加工路径规划的焊接截面圆半径；α为膜式水冷壁各个焊接截面内销钉焊接方向与竖直方向的夹角；step为传感器每次沿着纵向方向的检测距离；n为当前传感器检测次数。5.如权利要求1所述一种用于膜式水冷壁销钉焊接的机器人闭环加工系统，其特征在于：传感器检测数据为传感器按传感器检测路径上各个焊接截面周向上点坐标集合；上位机对传感器检测数据通过最小二乘法拟合圆的方法进行拟合，得到各个焊接截面上膜式水冷壁钢管的半径R0与圆心坐标(xc0，yc0，zc0)。2CN106891111A权利要求书2/2页6.如权利要求1所述一种用于膜式水冷壁销钉焊接的机器人闭环加工系统，其特征在于：校正模块通过下述方法计算膜式水冷壁传感器检测路径上各个扫描截面上获取的焊点坐标值与理论加工路径规划焊点坐标值的误差值Δxc，Δyc，Δzc，以及焊接截面圆半径的