CN113751890A - 一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割方法及切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割方法，属于激光切割领域，包括：获取待切割工件的切割参数信息；根据切割参数信息处理后的扫描轨迹对待切割工件进行扫描，映射形成一切割轨迹并获取切割轨迹相对于扫描轨迹的第一距离信息；根据第一距离信息得到第二距离信息；根据切割轨迹和第二距离信息得到切割姿态并生成曲面切割轨迹；机器人根据第二距离信息和曲面切割轨迹移动并对待切割工件进行切割。本发明的有益效果在于：通过激光位移传感器对工件进行扫描，获取数据并生成曲面切割轨迹，实现曲面工件的自动化切割；同时对工件实时扫描，误差小，精度高，适用于多种不同的工件，适应性较强，生产效率高。

Description

一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割方法及切割 系统

技术领域

本发明涉及激光切割领域，尤其涉及一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割方法及切割系统。

背景技术

现有机器人通过采用离线编程和现场示教两种结合的方式生成曲线切割轨迹。需要先在机器人三维软件中制作数模，利用工件数模对切割轨迹进行快速编程示教，由软件生成机器人切割轨迹及相应程序；在实际生产时，再将事先生成的相应程序导入机器人并根据工件的实际位置进行轨迹验证及调整，通过离线程序和实际修正最终完成对曲面工件的切割；每一次离线编程只能针对一种工件，当工件改变时，需要制作相应的数模再次重复编程工作。

目前，在实际曲面切割过程中，由于工件数模与实际工件存在偏差，难以保证实际工件以及工件的定位和工件数模保持一致，导致预先生成的离线程序无法与实际工件契合，每次对实际工件进行切割前都需要根据工件的实际情况进行现场验证以及调整，大大增加了调试的时间，生产效率低，无法实现自动化生产；为了达到切割工艺要求，切割头需要垂直于待切割曲面，对于现场调试时，由于人眼观察会存在一定偏差，切割精度及切割质量无法保证，因此针对以上问题，迫切需要设计出一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割方法及切割系统，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割方法及切割系统。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割方法，提供一机器人，所述机器人包括一切割执行器，所述切割执行器用于对一待切割工件进行切割；

所述曲面轨迹切割方法包括：

步骤S1：获取所述待切割工件的切割参数信息；

步骤S2：对所述切割参数信息处理后得到一扫描轨迹；

步骤S3：根据所述扫描轨迹对所述待切割工件进行扫描，于所述待切割工件上映射形成一切割轨迹，并获取所述切割轨迹相对于所述扫描轨迹的第一距离信息；

步骤S4：根据所述第一距离信息得到所述切割轨迹相对于所述切割执行器的第二距离信息；

步骤S5：根据所述切割轨迹和所述第二距离信息得到所述切割执行器相对于所述待切割工件的切割姿态，根据所述切割姿态拟合生成所述曲面切割轨迹；

步骤S6：所述机器人根据所述第二距离信息和所述曲面切割轨迹移动至预定位置，控制所述切割执行器对所述待切割工件进行切割。

优选地，所述步骤S1中，所述参数信息包括平面切割投影图，和/或切割位置，和/或切割方向，和/或切割坡口。

优选地，所述步骤S3中，所述机器人于所述待切割工件的上空同一平面内沿着所述扫描轨迹移动，于所述待切割工件上映射形成所述切割轨迹，并对所述切割轨迹进行分段，通过多个点位拟合形成所述切割轨迹，并获取每个所述点位一一对应的第一距离，形成所述第一距离信息。

优选地，根据每个所述第一距离得到所述切割轨迹相对于所述切割执行器的第二距离，形成所述第二距离信息，每个所述点位一一对应于所述第二距离；

根据所述第二距离信息和所述切割轨迹得到每个所述点位对应的法线方向，并将所述法线方向作为所述切割姿态。

一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割系统，应用了上述基于激光位移传感器的机器人曲面切割轨迹生成方法，所述系统包括所述机器人，还包括：

一切割电源，电连接所述切割执行器，用于给所述切割执行器提供电源；

一机器人控制柜，分别电连接所述机器人和所述切割电源，用于控制所述机器人移动到所述预定位置，并通过所述切割电源来控制所述切割执行器的工作状态；

一激光位移传感器，安装于所述切割执行器上，用于对所述待切割工件进行扫描，获取所述待切割工件相对所述激光位移传感器的所述第一距离信息；

一传感器控制器，分别连接所述激光位移传感器和所述机器人控制柜，用于控制所述激光位移传感器，并将所述第一距离信息传输至所述机器人控制柜。

优选地，所述传感器控制器包括：

输入单元，用于用户输入所述待切割工件的切割参数信息；

处理单元，连接所述输入单元，用于对所述切割参数信息进行处理，得到扫描轨迹；

第一控制单元，分别连接所述处理单元和所述激光位移传感器，用于控制所述激光位移传感器根据所述扫描轨迹对所述待切割工件进行扫描并接收所述第一距离信息；

第一通讯单元，分别连接所述第一控制单元和所述机器人控制柜，用于将所述第一距离信息传输至所述机器人控制柜。

优选地，所述机器人控制柜还包括：

第二通讯单元，连接所述第一通讯单元，用于接收所述第一距离信息；

转换单元，连接所述第二通讯单元，用于将所述第一距离信息转化为所述切割轨迹相对于所述切割执行器的所述第二距离信息；

计算单元，连接所述转换单元，用于根据所述第二距离信息和所述切割轨迹计算得到每个所述点位对应的法线方向；

轨迹生成单元，连接所述计算单元，用于根据所述法线方向拟合生成所述曲面切割轨迹；

存储单元，连接所述轨迹生成单元，用于存储所述曲面切割轨迹；

第二控制单元，分别连接所述存储单元、所述机器人和所述切割电源，用于根据所述曲面切割轨迹控制所述机器人移动，并控制所述切割电源的通断。

优选地，所述第一通讯单元通过以太网通信的方式连接所述第二通讯单元。

优选地，所述切割执行器为一激光切割头。

本发明的有益效果在于：

本发明只需要通过激光位移传感器根据扫描轨迹对待切割工件进行扫描，获取数据信息并生成曲面切割轨迹，机器人根据数据信息和曲面切割轨迹移动至预定切割位置，即可实现曲面工件的自动化切割，无需制作三维数模，编程方式简单；同时通过激光位移传感器对工件进行实时扫描，误差较小，切割精度高，切割质量有保障，适用于多种不同的工件，适应性较强，生产效率高。

附图说明

图1为本发明中，一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割方法的流程图；

图2为本发明中，机器人曲面轨迹切割系统的结构框图；

图3为本发明中，传感器控制器的结构框图；

图4为本发明中，机器人控制柜的结构框图；

图5为本发明中，一具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割方法及切割系统，属于激光切割领域，如图1-5所示，提供一机器人1，所述机器人1包括一切割执行器7，所述切割执行器7用于对一待切割工件2进行切割；

曲面轨迹切割方法包括：

步骤S1：获取待切割工件2的切割参数信息；

步骤S2：对切割参数信息处理后得到一扫描轨迹；

步骤S3：根据扫描轨迹对待切割工件2进行扫描，于待切割工件2上映射形成一切割轨迹，并获取切割轨迹相对于扫描轨迹的第一距离信息；

步骤S4：根据第一距离信息得到切割轨迹相对于切割执行器7的第二距离信息；

步骤S5：根据切割轨迹和第二距离信息得到切割执行器7相对于待切割工件2的切割姿态，根据切割姿态拟合生成曲面切割轨迹；

步骤S6：机器人1根据第二距离信息和曲面切割轨迹移动至预定位置，控制切割执行器7对待切割工件2进行切割。

具体的，该曲面轨迹切割方法作用于一曲面待切割工件2，预先对待切割工件2曲面进行扫描，得到曲面的整体轮廓，用户输入待切割工件2的切割参数信息，对输入的切割参数信息进行提取处理得到扫描轨迹，扫描轨迹为切割投影面形状，切割投影面形状为圆、长方形、梯形等简单的几何图形；激光位移传感器3根据扫描轨迹对待切割工件2进行扫描，扫描过程中，在待切割工件2曲面上映射形成切割轨迹，并获取扫描轨迹和切割轨迹上一一对应的点的距离信息，得到切割轨迹相对于扫描轨迹的第一距离信息，扫描轨迹即激光位移传感器3在空间中划过的轨迹，即第一距离信息为激光位移传感器3相对于曲面切割轨迹之间的距离，激光位移传感器3和切割执行器7相对设置，可于同一水平面设置，也可间隔一定角度设置，可基于三维空间将第一距离信息转化为切割执行器7相对于曲面切割轨迹的第二距离信息，具体的，在本实施例中，激光位移传感器3的扫描底端和切割执行器7设于同一水平面上；根据待切割工件2的曲面轮廓和第二距离信息，计算得到切割轨迹的点一一对应的点的法线方向，该法线方向即待切割工件2的切割姿态，切割轨迹上的所有采样点一一对应的切割姿态拟合形成曲面切割轨迹；对待切割工件2进行切割时，机器人1控制切割执行器7移动至扫描轨迹处并向下移动至切割轨迹处，根据切割轨迹上的点拟合的曲面切割姿态，对待切割工件2进行切割，实现曲面工件的自动化切割，无需制作三维数模，同时激光位移传感器3对曲面待切割工件2进行实时扫描，误差较小，适用于多种不同的工件，生产效率高。

作为优选的实施方式，该曲面轨迹切割方法，其中步骤S1中，参数信息包括平面切割投影图，和/或切割位置，和/或切割方向，和/或切割坡口。

作为优选的实施方式，该曲面轨迹切割方法，其中步骤S1中，步骤S3中，机器人1于待切割工件2的上空同一平面内沿着扫描轨迹移动，于待切割工件2上映射形成切割轨迹，并对切割轨迹进行分段，通过多个点位拟合形成切割轨迹，激光位移传感器3获取每个点位一一对应的第一距离，形成第一距离信息。

作为优选的实施方式，该曲面轨迹切割方法，其中步骤S1中，根据每个第一距离得到切割轨迹相对于切割执行器7的第二距离，形成第二距离信息，每个点位一一对应于第二距离；

根据第二距离信息和切割轨迹得到每个点位对应的法线方向，并将法线方向作为切割姿态。

一种基于激光位移传感器3的机器人1曲面轨迹切割系统，应用于上述基于激光位移传感器3的机器人1曲面切割轨迹生成方法，系统包括上述机器人，还包括：

一切割电源6，电连接切割执行器7，用于给切割执行器7提供电源；

一机器人控制柜5，分别电连接机器人1和切割电源6，用于控制机器人1移动到预定位置，并通过切割电源6来控制切割执行器7的工作状态；

一激光位移传感器3，安装于切割执行器7上，用于对待切割工件2进行扫描，获取待切割工件2相对激光位移传感器3的第一距离信息；

一传感器控制器4，分别连接激光位移传感器3和机器人控制柜5，用于控制激光位移传感器3，并将第一距离信息传输至机器人控制柜5。

作为优选的实施方式，该曲面轨迹切割系统，其中步骤S1中，传感器控制器4包括：

输入单元41，用于用户输入待切割工件2的切割参数信息；

处理单元42，连接输入单元41，用于对切割参数信息进行处理，得到扫描轨迹；

第一控制单元43，分别连接处理单元42和激光位移传感器3，用于控制激光位移传感器3根据扫描轨迹对待切割工件2进行扫描并接收第一距离信息；

第一通讯单元44，分别连接第一控制单元43和机器人控制柜5，用于将第一距离信息传输至机器人控制柜5。

作为优选的实施方式，该曲面轨迹切割系统，其中机器人控制柜5还包括：

第二通讯单元51，连接第一通讯单元44，用于接收第一距离信息；

转换单元52，连接第二通讯单元51，用于将第一距离信息转化为切割轨迹相对于切割执行器7的第二距离信息；

计算单元53，连接转换单元52，用于根据第二距离信息和切割轨迹计算得到每个点位对应的法线方向；

轨迹生成单元54，连接计算单元53，用于根据法线方向拟合生成曲面切割轨迹；

存储单元55，连接轨迹生成单元54，用于存储曲面切割轨迹；

第二控制单元56，分别连接存储单元55、机器人1和切割电源6，用于根据曲面切割轨迹控制机器人1移动，并控制切割电源6的通断。

作为优选的实施方式，该曲面轨迹切割系统，其中第一通讯单元44通过以太网通信的方式连接第二通讯单元51，通过局域网的方式连通第一通讯单元44和第二通讯单元51，成本低，安全可靠。

作为优选的实施方式，该曲面轨迹切割系统，其中切割执行器7为一激光切割头。

作为优选的实施方式，该曲面轨迹切割系统，其中受到设备性能的限制，激光位移传感器3的扫描速度不超过100mm/s。

作为优选的实施方式，该曲面轨迹切割系统，其中扫描轨迹的轨迹精度≤1mm，轨迹精度高，误差小。

现提供一具体实施例对本技术方案进行阐释和说明：

如图5所示，待切割工件2为一波浪板，激光位移传感器3预先对待切割工件2曲面进行扫描，得到波浪板的整体轮廓，用户通过输入单元41输入待切割工件2的需求切割参数信息，处理单元42对输入的切割参数信息进行提取处理得到扫描轨迹；第一控制单元43根据扫描轨迹控制激光位移传感器3移动至预设的切割位置对待切割工件2进行扫描，扫描时于待切割工件2曲面上映射形成切割轨迹，并获取扫描轨迹和切割轨迹上一一对应的点的第一距离信息，得到切割轨迹相对于扫描轨迹的第一距离信息，第一控制单元43控制第一通讯单元44将第一距离信息通过以太网的通信方式传输至第二通讯单元51，转换单元52可基于空间参数将第一距离信息转化为切割执行器7相对于曲面切割轨迹的第二距离信息；计算单元53根据待切割工件2的曲面轮廓和第二距离信息，计算得到切割轨迹的点一一对应的点的法线方向，该法线方向即待切割工件2的切割姿态，轨迹生成单元54根据切割轨迹上的所有采样点一一对应的法线方向(即切割姿态)拟合形成曲面切割轨迹；机器人控制柜5控制机器人1的移动，进而控制切割执行器7移动至扫描轨迹处并向下移动至切割轨迹处，根据切割轨迹上的点拟合的曲面切割姿态，控制切割电源6的通断来控制切割头对待切割工件2进行切割，实现波浪板的自动化切割。

本发明的有益效果在于：

本发明只需要通过激光位移传感器根据扫描轨迹对待切割工件进行扫描，获取数据信息并生成曲面切割轨迹，机器人根据数据信息和曲面切割轨迹移动至预定切割位置，即可实现曲面工件的自动化切割，无需制作三维数模，编程方式简单；同时通过激光位移传感器对工件进行实时扫描，误差较小，切割精度高，切割质量有保障，适用于多种不同的工件，适应性较强，生产效率高。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割方法，其特征在于，提供一机器人，所述机器人包括一切割执行器，所述切割执行器用于对一待切割工件进行切割；

所述曲面轨迹切割方法包括：

步骤S1：获取所述待切割工件的切割参数信息；

步骤S2：对所述切割参数信息处理后得到一扫描轨迹；

步骤S3：根据所述扫描轨迹对所述待切割工件进行扫描，于所述待切割工件上映射形成一切割轨迹，并获取所述切割轨迹相对于所述扫描轨迹的第一距离信息；

步骤S4：根据所述第一距离信息得到所述切割轨迹相对于所述切割执行器的第二距离信息；

步骤S5：根据所述切割轨迹和所述第二距离信息得到所述切割执行器相对于所述待切割工件的切割姿态，根据所述切割姿态拟合生成所述曲面切割轨迹；

步骤S6：所述机器人根据所述第二距离信息和所述曲面切割轨迹移动至预定位置，控制所述切割执行器对所述待切割工件进行切割。

2.根据权利要求1所述的机器人曲面轨迹切割方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述参数信息包括平面切割投影图，和/或切割位置，和/或切割方向，和/或切割坡口。

3.根据权利要求1所述的机器人曲面轨迹切割方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述机器人于所述待切割工件的上空同一平面内沿着所述扫描轨迹移动，于所述待切割工件上映射形成所述切割轨迹，并对所述切割轨迹进行分段，通过多个点位拟合形成所述切割轨迹，并获取每个所述点位一一对应的第一距离，形成所述第一距离信息。

4.根据权利要求3所述的机器人曲面轨迹切割方法，其特征在于，根据每个所述第一距离得到所述切割轨迹相对于所述切割执行器的第二距离，形成所述第二距离信息，每个所述点位一一对应于所述第二距离；

根据所述第二距离信息和所述切割轨迹得到每个所述点位对应的法线方向，并将所述法线方向作为所述切割姿态。

5.一种基于激光位移传感器的机器人曲面轨迹切割系统，应用了如权利要求1-4任意一项所述的基于激光位移传感器的机器人曲面切割轨迹生成方法，其特征在于，所述系统包括所述机器人，还包括：

一切割电源，电连接所述切割执行器，用于给所述切割执行器提供电源；

一机器人控制柜，分别电连接所述机器人和所述切割电源，用于控制所述机器人移动到所述预定位置，并通过所述切割电源来控制所述切割执行器的工作状态；

一激光位移传感器，安装于所述切割执行器上，用于对所述待切割工件进行扫描，获取所述待切割工件相对所述激光位移传感器的所述第一距离信息；

一传感器控制器，分别连接所述激光位移传感器和所述机器人控制柜，用于控制所述激光位移传感器，并将所述第一距离信息传输至所述机器人控制柜。

6.根据权利要求5所述的机器人曲面切割系统，其特征在于，所述传感器控制器包括：

输入单元，用于用户输入所述待切割工件的切割参数信息；

处理单元，连接所述输入单元，用于对所述切割参数信息进行处理，得到扫描轨迹；

第一控制单元，分别连接所述处理单元和所述激光位移传感器，用于控制所述激光位移传感器根据所述扫描轨迹对所述待切割工件进行扫描并接收所述第一距离信息；

第一通讯单元，分别连接所述第一控制单元和所述机器人控制柜，用于将所述第一距离信息传输至所述机器人控制柜。

7.根据权利要求5所述的机器人曲面切割系统，其特征在于，所述机器人控制柜还包括：

第二通讯单元，连接所述第一通讯单元，用于接收所述第一距离信息；

转换单元，连接所述第二通讯单元，用于将所述第一距离信息转化为所述切割轨迹相对于所述切割执行器的所述第二距离信息；

计算单元，连接所述转换单元，用于根据所述第二距离信息和所述切割轨迹计算得到每个所述点位对应的法线方向；

轨迹生成单元，连接所述计算单元，用于根据所述法线方向拟合生成所述曲面切割轨迹；

存储单元，连接所述轨迹生成单元，用于存储所述曲面切割轨迹；

第二控制单元，分别连接所述存储单元、所述机器人和所述切割电源，用于根据所述曲面切割轨迹控制所述机器人移动，并控制所述切割电源的通断。

8.根据权利要求5所述的机器人曲面切割系统，其特征在于，所述第一通讯单元通过以太网通信的方式连接所述第二通讯单元。

9.根据权利要求5所述的机器人曲面切割系统，其特征在于，所述切割执行器为一激光切割头。

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