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

背景技術(shù)：
具有點焊槍的焊接機器人系統(tǒng)，例如，在Takahashi等的公開號為No.2011/0089146的美國專利申請和Nagasawa等的美國專利No.5898285中被描述。一種典型的點焊伺服焊槍包括一種具有固定電極頭和可動電極頭的主體。固定電極頭相對著所述可動電極頭而設(shè)置。固定電極頭相對于點焊槍的主體而通常是不可動的，并且可動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，焊接機器人的示教校正是耗時的。已知的自動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，因此點焊槍的取向不被校正。取向誤差，其中點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、整個焊點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)。對取向誤差進行校正是困難和耗時的，特別是當焊槍電極之一不是完全地可見時。持續(xù)地需要一種用于校正一種點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焊焊槍的取向。

技術(shù)實現(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焊槍的取向。在一種說明性的實施例中，目前公開的方法提供了自動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來校正單獨一個點，或者經(jīng)由一種數(shù)字輸入來校正整個程序。在程序校正模式，機器人順序地/循序地移動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告了曾被校正的點或位置、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。此方法還可運用來自于對伺服焊槍的可動電極進行著控制的至少一個馬達的擾動轉(zhuǎn)矩反饋以在三維空間的多個點處檢測部件位置。其中基于多點的位置而發(fā)現(xiàn)了一種法向矢量，機器人取向可被相應(yīng)地改變。在焊接程序中，機器人的位置和取向中的至少一個可被更新或記錄。應(yīng)當理解的是，點焊點周圍的平面可能改變或可能不存在。而且，當移動至點焊點周圍的測試點時，機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，在每個點處可用于檢測的存在的實際表面是有限的，也就是，是依賴于點的。這樣，搜索模式可以基于可用的表面而被選擇。這些模式可利用點指令而被指定/確定(例如，在運行時間，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，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；-在所有的測試點處使用相同的檢測閾值；-用于交叉檢驗/驗證的參考值；以及-在所有的測試點處使用相同的偏移量和焊槍打開距離。在一個實施例中，一種用于對具有一種具備著可動電極頭和固定電極頭的伺服焊槍的焊接機器人進行控制的方法，包括以下步驟：利用可動電極頭來接觸著部件的表面以測量基本測試點，以及從基本測試點移位開的至少兩個附加的測試點。從附加測試點的測量中生成了兩個非共線矢量，以及從這些矢量中計算出法向矢量。伺服焊槍的取向被修正為此法向矢量。在進一步的實施例中，附加的測試點提供預(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。在另一個實施例中，在機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。附圖說明當參照附圖而考慮時，本發(fā)明的上述、及其他優(yōu)點，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，從下面對于優(yōu)選實施例的詳細說明將變得顯而易見，其中：圖1是根據(jù)公開的一個實施例的機器人焊槍的示意圖示，并進一步示出了用于機器人焊槍取向規(guī)范化的方法；圖2-4是圖1中所示機器人焊槍的可動電極頭的示意圖示，并進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焊位置；圖5是可由圖1中所示機器人焊槍執(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中所示的機器人焊槍的可動電極頭和固定電極頭的示意圖示，并進一步示出了使用來自于控制著可動電極的馬達的擾動轉(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)本公開的一個特定實施例的用于取向規(guī)范化的方法、并使用圖1中所示的機器人焊槍的流程圖。具體實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)當理解的是，整個附圖中，對應(yīng)的附圖標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)本公開的方法的機器人焊接系統(tǒng)100。機器人焊接系統(tǒng)100包括了一種具有伺服焊槍104的焊接機器人102，伺服焊槍104具有可動電極頭106和固定電極頭108。焊接機器人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器人焊接系統(tǒng)100來焊接其它類型的部件110。例如，可動電極頭106可以聯(lián)接到至少一個馬達111，馬達111配置為用以在朝向著工件110的方向上驅(qū)動所述可動電極頭106。該至少一個馬達111可以是伺服電機，例如，配置為用以提供針對精確位置控制的自動反饋。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可根據(jù)需要運用其它手段驅(qū)動所述可動電極頭106。如圖1中進一步地示出，本公開的方法包括步驟：利用可動電極頭106接觸所述部件110的表面112來測量一種基礎(chǔ)測試點114，并且隨后利用可動電極頭106接觸所述表面112來測量從基礎(chǔ)測試點114移位開的至少兩個附加的測試點116、118、120、122。從所述至少兩個附加的測試點116、118、120、122計算出兩個非共線矢量。從這兩個矢量中計算出法向矢量，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中所示的特定的實施例中，伺服焊槍102的可動電極頭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提供所需的點焊位置124。特別是，一旦法向矢量被計算，則伺服焊槍104可被移動到用于所需點焊124的法向或校正的位置?？蓜与姌O頭106相對于法向矢量的角度也可被確定，并且在轉(zhuǎn)動后，相應(yīng)地對可動電極頭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一步包括指定一種測試點形狀，根據(jù)其計算法向矢量的步驟。例如，測試點形狀可由待焊接部件110的表面112的形狀確定。機器人焊接系統(tǒng)100可通過以預(yù)定的模式把伺服焊槍104和可動電極頭106從基礎(chǔ)測試點114移動到至少兩個附加的測試點116、118、120、122來生成測試點形狀。在焊接操作開始之前測試點形狀被快速地處理。例如，可動電極頭106從一個位置移動到另一個位置的速度可為250mm/sec。在公開的范圍內(nèi)還可以使用用于形成測試點形狀的其它的速度。在需要在多個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，測試點形狀可包括基礎(chǔ)測試點114，和附加的測試點116、118、120、122中的至少三個。作為非限制性的實例，測試點形狀可以包括菱形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，測試點形狀可包括基礎(chǔ)測試點114和兩個附加的測試點116、118。作為非限制性的實例，測試點形狀可包括向外指向的線132和橫向指向的線134之一。在另一個實例中，測試點形狀可以通過提供圍繞基礎(chǔ)測試點114的搜索半徑而生成，在所述半徑上至少兩個附加的測試點116、118、120、122被測試。在一個實施例中，默認半徑大約是源自基礎(chǔ)測試點114的大約+/-5mm。還可以使用其它類型的具有附加的測試點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形狀。還應(yīng)當理解的是，至少兩個附加的測試點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114與至少兩個附加的測試點116、118、120、122之間的平移距離的針對轉(zhuǎn)動誤差的預(yù)定間隙。可根據(jù)需要對每個特定的部件110選擇針對該轉(zhuǎn)動誤差的預(yù)定間隙。在部件110的表面112上確定基礎(chǔ)測試點114和至少兩個附加的測試點116、118、120、122的過程中，本方法可包括測量介于可動電極頭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，對于每個原始的和附加的測試點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114和至少兩個附加的測試點116、118、120、122的步驟可包括一種電氣連續(xù)性(electricalcontinuity)測量。例如，當部件110被接地時，當由于可動電極頭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，可動電極頭106被確認為已接觸到表面112。如圖1中所示，作為非限制性的實例，電氣連續(xù)性測量可以經(jīng)由信號線131而被連通至計算機133，諸如一種伺服焊槍控制器或一種機器人控制器。預(yù)定電壓和用于測量可動電極頭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。在另一個實施例中，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114和至少兩個附加的測試點116、118、120、122的步驟可包括一種非接觸式光學(xué)傳感器135通過信號線137而與計算機133相連通。非接觸式光學(xué)傳感器135可測量可介于可動電極頭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114和至少兩個附加的測試點116、118、120、122的步驟通過測量在馬達111處所述可動電極頭106的擾動轉(zhuǎn)矩反饋而進行。擾動轉(zhuǎn)矩反饋也可根據(jù)需要通過信號線131而被連通至計算機133，或通過其它的方式。圖6示出了針對位置116、118、120、122中的每個使用擾動轉(zhuǎn)矩反饋的一種例解性檢測次序。在初始位置，當部件110的表面112的位置未知時(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)動所述可動電極頭106，則伺服焊槍104開始關(guān)閉?？蓜与姌O頭106的移動便利了實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩標準的讀取，因為在可動電極頭106開始移動之后所述轉(zhuǎn)矩讀數(shù)/讀取變得穩(wěn)定。在獲得了轉(zhuǎn)矩標準以后，部件110開始自檢測、并且當檢測到與轉(zhuǎn)矩標準不同的轉(zhuǎn)矩反饋時完成，其標志著可動電極頭106已經(jīng)接觸著所述部件110的表面112。由此使用擾動轉(zhuǎn)矩反饋而提供了基礎(chǔ)測試點114和至少兩個附加的測試點116、118、120、122的測量，其有利地不需要使用單獨的傳感器或設(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114和至少兩個附加的測試點116、118、120、122的距離。參照附圖7，示出了使用機器人焊槍102的一個特定取向規(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確定并儲存了所述機器人102的當前位置(CURPOS)和伺服焊槍104的當前位置。在初始位置步驟142中可動電極頭106隨后被移動至部件110的表面112，其提供了基礎(chǔ)測試點114。在測試形狀步驟144中，伺服焊槍104，以及同樣地可動電極頭106然后被移動到至少兩個附加的測試點116、118、120、122中的每一個，如下面進一步描述的。從測試點測量中計算了兩個非共線的矢量。在法向矢量計算步驟148中，法向矢量從兩個測量的矢量而被計算出。預(yù)先限定的計算包括，但不限于，圖7中示出的計算。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移動至所計算出的坐標，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上進行焊接操作的準備。該方法進一步包括了在機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，而自動地確定校正，例如，規(guī)范化的，用于機器人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、在整個焊點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施例和細節(jié)，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會顯而易見的是，在沒有脫離本公開范圍的情況下可以進行各種不同的變化，其將在下面所附權(quán)利要求中進一步的描述。