本發(fā)明主要地涉及一種焊接機(jī)器人系統(tǒng)和方法，且更具體地，涉及一種焊接機(jī)器人系統(tǒng)的點(diǎn)焊伺服焊槍的取向的校正方法。

背景技術(shù)：
具有點(diǎn)焊槍的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，例如，在Takahashi等的公開號(hào)為No.2011/0089146的美國專利申請和Nagasawa等的美國專利No.5898285中被描述。一種典型的點(diǎn)焊伺服焊槍包括一種具有固定電極頭和可動(dòng)電極頭的主體。固定電極頭相對著所述可動(dòng)電極頭而設(shè)置。固定電極頭相對于點(diǎn)焊槍的主體而通常是不可動(dòng)的，并且可動(dòng)電極頭安裝在主體上、并且在焊接操作期間被打開和關(guān)閉。為了好的焊接品質(zhì)，兩個(gè)電極頭都必須以相等的力而擠壓一種部件。如果電極頭沒有接觸/觸及所述部件，則需要重新示教或示教校正。然而，焊接機(jī)器人的示教校正是耗時(shí)的。已知的自動(dòng)示教校正方法不能確定焊槍電極是否垂直于被焊接部件的表面，因此點(diǎn)焊槍的取向不被校正。取向誤差，其中點(diǎn)焊伺服焊槍不垂直于待焊接部件，不期望地導(dǎo)致不均勻的力分布、整個(gè)焊點(diǎn)上不均勻的電流密度，且最終導(dǎo)致不良的/差的焊接品質(zhì)。對取向誤差進(jìn)行校正是困難和耗時(shí)的，特別是當(dāng)焊槍電極之一不是完全地可見時(shí)。持續(xù)地需要一種用于校正一種點(diǎn)焊焊槍的取向的方法，包括相對于待焊接的部件的表面而確定法向矢量。期望地，該信息被用來在焊接操作之前校正所述點(diǎn)焊焊槍的取向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
依照隨即公開的內(nèi)容，驚奇地發(fā)現(xiàn)一種用于校正點(diǎn)焊槍取向的方法，包括相對于待焊接的部件的表面而確定法向矢量，并在焊接操作之前校正點(diǎn)焊槍的取向。在一種說明性的實(shí)施例中，目前公開的方法提供了自動(dòng)地確定用于伺服焊槍的正確/校正取向(例如，法向取向)的能力，不需要外部的傳感器。取向校正方法可經(jīng)由一種程序編輯器而被啟動(dòng)來校正單獨(dú)一個(gè)點(diǎn)，或者經(jīng)由一種數(shù)字輸入來校正整個(gè)程序。在程序校正模式，機(jī)器人順序地/循序地移動(dòng)通過焊接程序來確定合適的取向，并校正伺服焊槍的取向。在校正過程期間一種焊接次序可被執(zhí)行，以增加這種功能的靈活性。例如，程序校正模式可根據(jù)需要在制造或離線過程期間被使用。該方法還可以生成一種報(bào)告了曾被校正的點(diǎn)或位置、校正的量和其它數(shù)據(jù)的文檔。如果需要，位置校正可被限于特定的公差。此方法還可運(yùn)用來自于對伺服焊槍的可動(dòng)電極進(jìn)行著控制的至少一個(gè)馬達(dá)的擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩反饋以在三維空間的多個(gè)點(diǎn)處檢測部件位置。其中基于多點(diǎn)的位置而發(fā)現(xiàn)了一種法向矢量，機(jī)器人取向可被相應(yīng)地改變。在焊接程序中，機(jī)器人的位置和取向中的至少一個(gè)可被更新或記錄。應(yīng)當(dāng)理解的是，點(diǎn)焊點(diǎn)周圍的平面可能改變或可能不存在。而且，當(dāng)移動(dòng)至點(diǎn)焊點(diǎn)周圍的測試點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人臂可能與在工作單元中的部件或工作單元中其它物體相碰撞。簡而言之，在每個(gè)點(diǎn)處可用于檢測的存在的實(shí)際表面是有限的，也就是，是依賴于點(diǎn)的。這樣，搜索模式可以基于可用的表面而被選擇。這些模式可利用點(diǎn)指令而被指定/確定(例如，在運(yùn)行時(shí)間，在程序內(nèi))，或者通過搜索配置的選擇(例如，離線由操作者實(shí)現(xiàn)，經(jīng)由程序編輯器)。一定數(shù)目的搜索模式形狀可被使用。搜索模式形狀包括了在中心處的測試點(diǎn)，以獲得以下的益處：-有所減少的用于搜索的伺服焊槍打開距離；-在所有的測試點(diǎn)處使用相同的檢測閾值；-用于交叉檢驗(yàn)/驗(yàn)證的參考值；以及-在所有的測試點(diǎn)處使用相同的偏移量和焊槍打開距離。在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于對具有一種具備著可動(dòng)電極頭和固定電極頭的伺服焊槍的焊接機(jī)器人進(jìn)行控制的方法，包括以下步驟：利用可動(dòng)電極頭來接觸著部件的表面以測量基本測試點(diǎn)，以及從基本測試點(diǎn)移位開的至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)。從附加測試點(diǎn)的測量中生成了兩個(gè)非共線矢量，以及從這些矢量中計(jì)算出法向矢量。伺服焊槍的取向被修正為此法向矢量。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，附加的測試點(diǎn)提供預(yù)定的搜索模式形狀。再一次，伺服焊槍的取向被修正為此法向矢量。在另一個(gè)實(shí)施例中，在機(jī)器人焊接程序中的伺服焊槍的位置可基于伺服焊槍的取向與法向矢量的對比而被校正。附圖說明當(dāng)參照附圖而考慮時(shí)，本發(fā)明的上述、及其他優(yōu)點(diǎn)，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，從下面對于優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明將變得顯而易見，其中：圖1是根據(jù)公開的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人焊槍的示意圖示，并進(jìn)一步示出了用于機(jī)器人焊槍取向規(guī)范化的方法；圖2-4是圖1中所示機(jī)器人焊槍的可動(dòng)電極頭的示意圖示，并進(jìn)一步示出了逐步的取向校正、位置校正和距離校正以為伺服焊槍提供期所需點(diǎn)焊位置；圖5是可由圖1中所示機(jī)器人焊槍執(zhí)行的各種測試位置模式的示意圖示，使用所述的用于取向規(guī)范化的方法；以及圖6是圖1中所示的機(jī)器人焊槍的可動(dòng)電極頭和固定電極頭的示意圖示，并進(jìn)一步示出了使用來自于控制著可動(dòng)電極的馬達(dá)的擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩反饋而在三維空間內(nèi)逐步檢測部件位置；圖7是圖示出根據(jù)本公開的一個(gè)特定實(shí)施例的用于取向規(guī)范化的方法、并使用圖1中所示的機(jī)器人焊槍的流程圖。具體實(shí)施方式下面的描述本質(zhì)上僅是示例性的，并且并非旨在用于限制本公開的內(nèi)容、應(yīng)用或者使用。應(yīng)當(dāng)理解的是，整個(gè)附圖中，對應(yīng)的附圖標(biāo)記也指示著類似或者對應(yīng)的部件或特征。關(guān)于所披露的方法，展示的步驟本質(zhì)上是示例性的，且因而，不是必需或關(guān)鍵性的。圖1示出了使用根據(jù)本公開的方法的機(jī)器人焊接系統(tǒng)100。機(jī)器人焊接系統(tǒng)100包括了一種具有伺服焊槍104的焊接機(jī)器人102，伺服焊槍104具有可動(dòng)電極頭106和固定電極頭108。焊接機(jī)器人102被配置為用以焊接一種部件110，諸如一種用于汽車的金屬面板。也可以利用本公開的機(jī)器人焊接系統(tǒng)100來焊接其它類型的部件110。例如，可動(dòng)電極頭106可以聯(lián)接到至少一個(gè)馬達(dá)111，馬達(dá)111配置為用以在朝向著工件110的方向上驅(qū)動(dòng)所述可動(dòng)電極頭106。該至少一個(gè)馬達(dá)111可以是伺服電機(jī)，例如，配置為用以提供針對精確位置控制的自動(dòng)反饋。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可根據(jù)需要運(yùn)用其它手段驅(qū)動(dòng)所述可動(dòng)電極頭106。如圖1中進(jìn)一步地示出，本公開的方法包括步驟：利用可動(dòng)電極頭106接觸所述部件110的表面112來測量一種基礎(chǔ)測試點(diǎn)114，并且隨后利用可動(dòng)電極頭106接觸所述表面112來測量從基礎(chǔ)測試點(diǎn)114移位開的至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122。從所述至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122計(jì)算出兩個(gè)非共線矢量。從這兩個(gè)矢量中計(jì)算出法向矢量，并確定介于此法向矢量與初始伺服焊槍104的取向的矢量之間的角度。該方法可進(jìn)一步包括相對于法向矢量調(diào)節(jié)所述伺服焊槍104的取向的步驟。該步驟可有條件地執(zhí)行，基于介于初始取向(矢量)與法向矢量之間的角度。例如，如果介于法向矢量與伺服電機(jī)的初始取向之間的角度很大，則取向校正可被跳過。在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)還可以使用伺服焊槍104取向的其它調(diào)節(jié)類型。在圖2-4中所示的特定的實(shí)施例中，伺服焊槍102的可動(dòng)電極頭106可經(jīng)歷一種逐步的取向校正(圖2)、位置校正(圖3)以及距離校正(圖4)，以針對伺服焊槍102提供所需的點(diǎn)焊位置124。特別是，一旦法向矢量被計(jì)算，則伺服焊槍104可被移動(dòng)到用于所需點(diǎn)焊124的法向或校正的位置?？蓜?dòng)電極頭106相對于法向矢量的角度也可被確定，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)后，相應(yīng)地對可動(dòng)電極頭106做出調(diào)節(jié)以維持與部件110接觸?，F(xiàn)在參照圖5，本公開的方法可以進(jìn)一步包括指定一種測試點(diǎn)形狀，根據(jù)其計(jì)算法向矢量的步驟。例如，測試點(diǎn)形狀可由待焊接部件110的表面112的形狀確定。機(jī)器人焊接系統(tǒng)100可通過以預(yù)定的模式把伺服焊槍104和可動(dòng)電極頭106從基礎(chǔ)測試點(diǎn)114移動(dòng)到至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122來生成測試點(diǎn)形狀。在焊接操作開始之前測試點(diǎn)形狀被快速地處理。例如，可動(dòng)電極頭106從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置的速度可為250mm/sec。在公開的范圍內(nèi)還可以使用用于形成測試點(diǎn)形狀的其它的速度。在需要在多個(gè)不同的方向校正取向(諸如相對于伺服焊槍104在外部的方向和橫向上)的情況下，測試點(diǎn)形狀可包括基礎(chǔ)測試點(diǎn)114，和附加的測試點(diǎn)116、118、120、122中的至少三個(gè)。作為非限制性的實(shí)例，測試點(diǎn)形狀可以包括菱形126、向外指向的三角形128、和向內(nèi)指向的三角形130之一。在其中需要在單一方向上校正取向(諸如相對于伺服焊槍104僅在外部的方向上、或僅在橫向上)的情況下，測試點(diǎn)形狀可包括基礎(chǔ)測試點(diǎn)114和兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118。作為非限制性的實(shí)例，測試點(diǎn)形狀可包括向外指向的線132和橫向指向的線134之一。在另一個(gè)實(shí)例中，測試點(diǎn)形狀可以通過提供圍繞基礎(chǔ)測試點(diǎn)114的搜索半徑而生成，在所述半徑上至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122被測試。在一個(gè)實(shí)施例中，默認(rèn)半徑大約是源自基礎(chǔ)測試點(diǎn)114的大約+/-5mm。還可以使用其它類型的具有附加的測試點(diǎn)116、118、120、122的不同數(shù)量和配置，以及不同搜索半徑的測試點(diǎn)形狀。還應(yīng)當(dāng)理解的是，至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122可與部件110對齊，并且可具有基于在基礎(chǔ)測試點(diǎn)114與至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122之間的平移距離的針對轉(zhuǎn)動(dòng)誤差的預(yù)定間隙?？筛鶕?jù)需要對每個(gè)特定的部件110選擇針對該轉(zhuǎn)動(dòng)誤差的預(yù)定間隙。在部件110的表面112上確定基礎(chǔ)測試點(diǎn)114和至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122的過程中，本方法可包括測量介于可動(dòng)電極頭106與表面112之間的距離。特別是，如圖2-4中所示，該距離可以是在Z向上的距離。例如，對于每個(gè)原始的和附加的測試點(diǎn)114、116、118、120、122，直到發(fā)生與表面112接觸則可記錄Z向上的距離。多個(gè)所測量的距離可被用來相對于部件110的表面112而確定平面和規(guī)范化的矢量。在一種特定的實(shí)施例中，在接觸著部件110的步驟的過程期間檢測所述基礎(chǔ)測試點(diǎn)114和至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122的步驟可包括一種電氣連續(xù)性(electricalcontinuity)測量。例如，當(dāng)部件110被接地時(shí)，當(dāng)由于可動(dòng)電極頭106與接地的部件110的接觸而使得電極電壓下降到預(yù)定值水平以下時(shí)，可動(dòng)電極頭106被確認(rèn)為已接觸到表面112。如圖1中所示，作為非限制性的實(shí)例，電氣連續(xù)性測量可以經(jīng)由信號(hào)線131而被連通至計(jì)算機(jī)133，諸如一種伺服焊槍控制器或一種機(jī)器人控制器。預(yù)定電壓和用于測量可動(dòng)電極頭106的電壓的裝置可根據(jù)需要由本領(lǐng)域的技術(shù)人員而選擇。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖1中所示，在接觸所述部件110的步驟的過程期間檢測所述基礎(chǔ)測試點(diǎn)114和至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122的步驟可包括一種非接觸式光學(xué)傳感器135通過信號(hào)線137而與計(jì)算機(jī)133相連通。非接觸式光學(xué)傳感器135可測量可介于可動(dòng)電極頭106與部件110表面112之間的在Z向上的距離。例如，非接觸式光學(xué)傳感器135可以是光電管/電眼(electriceye)和激光束檢測器中的至少之一。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇其他類型的非接觸式光學(xué)傳感器135以用于測量可動(dòng)電極頭106與部件110表面112的接觸。在接觸所述部件110的步驟期間，檢測所述基礎(chǔ)測試點(diǎn)114和至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122的步驟通過測量在馬達(dá)111處所述可動(dòng)電極頭106的擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩反饋而進(jìn)行。擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩反饋也可根據(jù)需要通過信號(hào)線131而被連通至計(jì)算機(jī)133，或通過其它的方式。圖6示出了針對位置116、118、120、122中的每個(gè)使用擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩反饋的一種例解性檢測次序。在初始位置，當(dāng)部件110的表面112的位置未知時(shí)(圖6中的虛線所示)，伺服焊槍104可被打開至一定預(yù)定備份距離。伺服焊槍104和可動(dòng)電極頭106然后被加速至下一位置，并且伺服焊槍的速度被檢測。然后通過向著部件110驅(qū)動(dòng)所述可動(dòng)電極頭106，則伺服焊槍104開始關(guān)閉。可動(dòng)電極頭106的移動(dòng)便利了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)的讀取，因?yàn)樵诳蓜?dòng)電極頭106開始移動(dòng)之后所述轉(zhuǎn)矩讀數(shù)/讀取變得穩(wěn)定。在獲得了轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)以后，部件110開始自檢測、并且當(dāng)檢測到與轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)不同的轉(zhuǎn)矩反饋時(shí)完成，其標(biāo)志著可動(dòng)電極頭106已經(jīng)接觸著所述部件110的表面112。由此使用擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩反饋而提供了基礎(chǔ)測試點(diǎn)114和至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122的測量，其有利地不需要使用單獨(dú)的傳感器或設(shè)備來測量到表面112的距離。在本公開的范圍內(nèi)還可以使用其它的方式用于測量到基礎(chǔ)測試點(diǎn)114和至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122的距離。參照附圖7，示出了使用機(jī)器人焊槍102的一個(gè)特定取向規(guī)范化方法136。在一種初始化步驟138之后，其中使用者開始了用于待焊接部件110的取向規(guī)范化方法136，在基線步驟140中所述取向規(guī)范化方法136確定并儲(chǔ)存了所述機(jī)器人102的當(dāng)前位置(CURPOS)和伺服焊槍104的當(dāng)前位置。在初始位置步驟142中可動(dòng)電極頭106隨后被移動(dòng)至部件110的表面112，其提供了基礎(chǔ)測試點(diǎn)114。在測試形狀步驟144中，伺服焊槍104，以及同樣地可動(dòng)電極頭106然后被移動(dòng)到至少兩個(gè)附加的測試點(diǎn)116、118、120、122中的每一個(gè)，如下面進(jìn)一步描述的。從測試點(diǎn)測量中計(jì)算了兩個(gè)非共線的矢量。在法向矢量計(jì)算步驟148中，法向矢量從兩個(gè)測量的矢量而被計(jì)算出。預(yù)先限定的計(jì)算包括，但不限于，圖7中示出的計(jì)算。在步驟150中確定了介于初始取向(矢量)與法向矢量之間的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。如果使用者允許出現(xiàn)校正，則隨后在校正步驟152中，伺服焊槍104移動(dòng)至所計(jì)算出的坐標(biāo)，由法向矢量所定義/限定。在完成步驟154中，伺服焊槍104被打開并做好在部件110上進(jìn)行焊接操作的準(zhǔn)備。該方法進(jìn)一步包括了在機(jī)器人焊接程序中校正所述伺服焊槍104的位置的步驟，例如，在機(jī)器人控制器(沒有示出)上執(zhí)行?？苫谠谒欧笜?04的初始取向(矢量)與法向矢量之間角度的對比而在程序中校正所述程序中伺服焊槍104的位置。待執(zhí)行的程序的校正根據(jù)需要，除了允許伺服焊槍104和可動(dòng)電極頭106相對于工件110表面112的取向的規(guī)范化之外，或者還可作為取向規(guī)范化的一種選擇/替代方案。有利地，例如，本公開的方法提供了不使用外部傳感器，而自動(dòng)地確定校正，例如，規(guī)范化的，用于機(jī)器人102的伺服焊槍104的取向的能力。由于避免了取向誤差，其中在誤差處為伺服焊槍104不垂直于部件110的情況，則在力分布不均、在整個(gè)焊點(diǎn)有不均勻的電流密度，并最終在不良的焊接品質(zhì)下降方面造成了不利影響。盡管為了說明本發(fā)明的目的已經(jīng)示出了一些代表性的實(shí)施例和細(xì)節(jié)，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)顯而易見的是，在沒有脫離本公開范圍的情況下可以進(jìn)行各種不同的變化，其將在下面所附權(quán)利要求中進(jìn)一步的描述。