《工业机器人系统操作与运维》 第33讲 示教误差理论课教案

厦门培训基地机器人焊接理论课教案课程名称示教误差授课人刘伟内容1、示教误差对焊接的影响2、示教误差产生的原因及对策审批意见授课班级机器人焊接厦门培训基地授课日期2014.9.15授课时数1授课方法思维导图仪器教具投影仪教学目的1.熟知示教误差产生的原因及解决办法；2.熟悉示教误差对焊接产生的影响；3.理解观测误差理论及示教中正确的观测方法；4.掌握系统误差的产生原因及消除方法；5.了解其他它误差的解决方法。教学重点观测误差及对策教学难点示教误差的量化指标及误差的集合课后练习通过视角和视距的变化观测铅笔尖对准白纸上某几个点，将观测过程及各自最佳观测距离记录下来。教学建议通过学生间互相检查的方式确定观测点的正确性。第1页厦门培训基地机器人焊接课程教案教学内容、方法和过程附记1.示教误差对焊接的影响1.1.何谓示教？操作者通过示教器移动机器人和焊枪，按照工作顺序确定焊枪姿态并存储焊丝端部轨迹点的过程。如图1所示：图1:示教编程示意图1.2.何谓示教误差？示教点位置与真实点位置之间的偏离程度。示教误差过大将导致焊偏或焊接失败。人工示教时，会不同程度产生示教误差，CO2焊时，示教误差超过±0.5mm；TIG焊时，示教误差超过±0.2mm；，将导致焊偏或焊接失败，因此，力求示教的点要精准。示教误差对焊接的影响2.1观测误差：误差是指测量结果偏离“真值”的程度。对任何一个物理量进行的测量都不可能得出一个绝对准确的数值，即用测量技术所能达到的最完善的方法，测出的数值也和真实值存在差异，这种观测值和真实值的差异称为误差。结合机器人示教编程工作，观测误差主要反映在视距误差和视角误差。对于焊接机器人设备而言，系统的重复定位精度一般小于±0.1mm，对于薄板焊接，焊丝的示教偏离程度不能大于±0.5mm，否则可能导致焊接失败。由于焊接机器人的编程示教过程是通过“眼”→“脑”→“手（动作）”的配合，所以，示教的精度完全取决于示教者的经验和目测结果，对于复杂路径难以取得令人满意的示教效果。如图2所示:图2：示教过程的眼、脑、手配合示意开场白：我们知道：焊接机器人操作员应具备两项技能，一项机器人焊接技能，另一项是操作技能（即编程示教技能），今天的内容是针对这项技能的课程。2分钟引入示教误差概念，阐明示教误差对对示教工作质量的影响非常大。3分钟观测误差是这节课的重点内容，着重以眼、脑、手的配合与视角误差产生的原因及消除方法进行讲述。5分钟2.1.1视距误差眼睛可以观测较远和较近的物体，当物体与眼睛的晶状体（凸透镜）的距离大于透镜的焦距时，眼睛从较远处向物体靠近时，成像会逐渐变大。如图3所示:（a）（b）图3：眼睛成像放大的原理图3（a）为人眼观测物体的图示，图3（b）为凸透镜（类似眼睛的晶状体）成像画法，图中L代表凸透镜、F为透镜焦距，P代表视网膜、AB代表物体、AˊBˊ代表视网膜上的成像。结合编程示教工作，眼睛离工件位置越近、成像越大，焊缝看得越清楚。焊缝离眼睛越远，成像越小，越不利于观察。实际工作中，编程示教人员容易出现在较远的距离观察示教点位置，造成视距误差的产生，致使焊丝偏离焊缝的情况发生。编程示教人员眼睛与示教点的最佳观测距离为100mm-500mm。2.1.2视角误差人以左右眼看同样的对象，两眼所观测的角度不同，在视网膜上形成的像并不完全相同，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近，从而产生立体视觉。还有一种情况：如果示教编程人员处于高位向斜下目测焊丝端部与焊缝位置来确定位置点，这时，便容易产生视角误差。如图4所示：图4：视角误差假设图中左右眼在高处观察景物位置，此时，近处景物为前点（实际位置点），远处景物为后点（眼睛观测到的位置点），这时就产生了视角误差。所以，对一个示教点的确定，一是要近距离观察，另外，需要前后、左右、上下观察并修正焊枪位置，以消除从一个角度观察所产生的视角误差。重点内容:拿一本书，看上面的文字，调整眼睛与书的远近位置变化，近点在什么位置出现模糊，远点在什么位置看不清晰文字。将自已的视距范围记录下来。6分钟重点内容讲解后作课堂课堂试验：闭上右眼，用左眼观看正前方的一支笔，再换另一只眼，最后用双眼观看，将观察到的现象叙述出来。6分钟2.2方法误差2.2.1忽视焊丝干伸长变化（错误）。干伸长变化会导致弧长及焊接电流变化。正确干伸长：薄板15mm、厚板20mm。2.2.2用手掰直焊丝端部（错误）。保持焊丝端部自然状态；注意导电嘴磨损孔径扩大。2.2.3焊枪姿态不对。正确的焊枪行走角与工作角。2.3系统误差2.3.1TCP工具点不准，TCP点不准会造成在线示教误差。定期进行TCP工具点校准、或设置一个基准点(尖点)，定期检查TCP点是否偏离。2.3.2机器人重复定位精度不够，大于±0.1mm，通知机器人生产企业维修。2.3.3工装夹具设计制作不合格，要改进工装夹具或重新设计。2.4工件误差2.4.1工件的重复精度不够。属上道工序问题，CO2焊接时，工件的重复精度大于±0.5mm；TIG焊接时，工件的重复精度大于±0.2mm，会导致焊偏或焊接失败。解决方法是改进制造工艺2.5其它2.5.1对示教工作产生影响的因素a.光线不足在较暗的光线下，瞳孔会变大，是让更多的光线进入眼中，而在明亮有光线下，瞳孔变得很小，是为了防止过多的光线射入眼中损坏视网膜。所以，示教现场的光线强弱对眼睛的视力会有一定影响。应增加示教处的照明和亮度。b.示教人员身体条件应满足现场示教要求；c.身体疲劳以视觉疲劳为例：看远时晶状体扁平，眼睛在看近处物体时，晶状体变凸，屈折力就要增加，以使近物能聚合在视网膜上，形成清晰的物象。眼睛的这种调节功能是通过睫状肌的收缩和晶状体固有的弹性两个因素完成的。所以，要维持眼睛的正常调节作用，必须要有健全的睫状肌功能及晶状体的可塑性，二者缺一不可。应适度休息。如果晶状体的肌肉总是处于紧张状态，时间长了，肌肉就会疲劳，失去调节能力。看到的景物就会模糊。如图5所示。晶状体变厚晶状体变厚图5：由远至近眼睛的晶状体的调节作用图示提问：为什么机器人焊枪上的导电嘴要长出喷嘴一小段？5分钟测试题：能否用三角尺测量出一张白纸的厚度？6分钟注意眼部疲劳的调节，举目远眺，晶状体变得扁平，屈折力减低，有助于眼部放松。d.工作态度：由于工作责任心不强造成的示教误差，应着力培养认真、快速、精准、规范的职业特质。最佳示教姿势如图6所示图6：最佳示教姿势如总结：焊接机器人虽然是一种自动化程度很高的现代装备，但它还是要通过操作者进行编程和示教，这就需要从业者不仅应具有操作应用技能，而且要有精益求精的工作责任感，才能使机器人设备在工业生产中发挥更大的作用。课后作业：找一张白纸和一根铅笔，在白纸上点几个点，模拟焊