錢金法　周斌　周英華　殷榮幸

摘 要：弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)可有效提高機(jī)器人的焊接質(zhì)量?；『笝C(jī)器人激光焊縫跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般包括激光傳感器、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人專用控制器、機(jī)器人本體及焊接設(shè)備等。傳感器采集到信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)據(jù)處理過(guò)程后，計(jì)算機(jī)與機(jī)器人專用控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，然后將控制信號(hào)傳送給機(jī)器人本體控制焊接過(guò)程的正確運(yùn)行。該文就激光焊縫跟蹤系統(tǒng)的形式和結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)單論述，并對(duì)多角度離散采樣的示教程序糾偏式焊縫跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理作了具體的介紹，以作為焊縫跟蹤技術(shù)應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：激光焊縫跟蹤系統(tǒng) 多角度離散采樣 糾偏式

中圖分類號(hào)：TP14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（a）-218-03

Abstract：Welding seam tracking system can effectively improve the welding quality of robot.The structure of laser welding seam tracking system of arc welding robot includes laser sensor，computer，robot controller， robot body and welding equipment.The sensor is transmitted to the computer.After a series of data processing，the computer and the robot controller for data communication.In this paper，the form and structure of laser welding seam tracking system are discussed，and the structure and working principle of the multi angle discrete sampling system are introduced.

Key Words：LaserWelding Seam tracking System；Multi angle Discrete Sampling System；Deviation Correction

弧焊機(jī)器人激光焊縫跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般包括激光傳感器、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人專用控制器、機(jī)器人本體及焊接設(shè)備等。傳感器采集到信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)據(jù)處理過(guò)程后，計(jì)算機(jī)與機(jī)器人專用控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，然后將控制信號(hào)傳送給機(jī)器人本體控制焊接過(guò)程的正確運(yùn)行。傳感器的位置一般通過(guò)機(jī)械接口與機(jī)器人本體連接，甚至采用鋼性連接并一起移動(dòng)。計(jì)算機(jī)在弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)中的應(yīng)用在近幾年發(fā)展很快，在跟蹤過(guò)程中，計(jì)算機(jī)可以對(duì)傳感器接收的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)圖像處理軟件在可視化界面上顯示焊接過(guò)程的工作狀態(tài)，計(jì)算機(jī)與機(jī)器人專用控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，可以按照用戶的要求在離線編程的情況下對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行跟蹤控制。

目前，焊接機(jī)器人多為可編程的示教再現(xiàn)機(jī)器人，如，安川MA1400機(jī)器人等，這種機(jī)器人可以在其工作空間內(nèi)精確地完成示教的操作。在施焊過(guò)程中，如果焊接條件基本穩(wěn)定，則機(jī)器人能夠保證焊接質(zhì)量。但實(shí)際的焊接條件經(jīng)常發(fā)生變化，使焊炬偏離焊縫，從而造成焊接質(zhì)量下降。因此，焊接條件的這種變化要求弧焊機(jī)器人能夠有效檢測(cè)出焊縫的偏差，并調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù)，以保證焊接質(zhì)量的可靠性。

1 激光焊縫跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

一般，造成焊縫偏移的原因很多，而主要原因是夾具裝夾精度、變位機(jī)定位精度和工件熱變形等?，F(xiàn)代焊縫跟蹤技術(shù)主要形式有兩種：一是全過(guò)程跟蹤方式，通過(guò)對(duì)焊縫的全程實(shí)時(shí)參數(shù)提取確定焊接軌跡參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人跟蹤焊接；二是多角度焊縫檢測(cè)和定位后對(duì)機(jī)器人原示教程序進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整（示教程序糾偏式）并進(jìn)行焊接。該文研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象為鋁管件相貫線焊接，一般，焊管端口加工好后，其相貫線形狀是一定的，如果確定鋁管件相貫線的位置偏移量并對(duì)機(jī)器人作相應(yīng)偏移調(diào)整，則機(jī)器人可在原示教程序上作坐標(biāo)偏移調(diào)整后即可按原示教軌跡完成焊接過(guò)程。該文所研究的焊縫跟蹤系統(tǒng)由激光傳感器、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人專用控制器、機(jī)器人本體及焊接設(shè)備等構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 激光傳感器

在整個(gè)焊縫跟蹤系統(tǒng)中，傳感器起著非常重要的作用，它決定著整個(gè)系統(tǒng)對(duì)焊縫的跟蹤精度。在焊接過(guò)程中，傳感器必須精確地檢測(cè)出焊縫的位置和形狀信息，然后傳送給控制器進(jìn)行處理。

Servo-robot激光跟蹤傳感器是目前世界上最先進(jìn)的跟蹤傳感器，可實(shí)現(xiàn)6-D跟蹤，與安川機(jī)器人有良好接口。i-cubeTM激光攝像機(jī)（如圖2）是一個(gè)用于通用工業(yè)機(jī)器人實(shí)時(shí)控制的混合傳感集成系統(tǒng)，它集成了如激光測(cè)距等多種功能。其堅(jiān)固的設(shè)計(jì)和車載實(shí)時(shí)控制電子使它非常適合工業(yè)環(huán)境如焊接等。

3 激光定位跟蹤的基本原理

激光定位跟蹤的基本原理是激光攝像機(jī)固定于焊接機(jī)器人末端一側(cè)并隨焊槍圍繞管件焊縫旋轉(zhuǎn)，采用多角度離散采樣方式，即按不同角度分時(shí)投射一條激光條紋到焊縫表面（如圖3所示），傳感器內(nèi)部的攝像頭采集激光條紋的圖像，處理器對(duì)圖像進(jìn)行處理和模式識(shí)別，計(jì)算出焊槍與焊縫相對(duì)的偏差，當(dāng)焊槍位置與焊縫坡口超過(guò)預(yù)定（示教）偏差范圍時(shí)，數(shù)字化處理系統(tǒng)進(jìn)行快速運(yùn)輸算并執(zhí)行比例控制，調(diào)整焊槍方向和焊接位置，控制焊槍在焊縫坡口尺寸范圍內(nèi)。

4 激光定位跟蹤的基本流程

激光定位跟蹤的基本流程如圖4所示。

過(guò)程說(shuō)明：系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過(guò)機(jī)器人示教，確定焊槍的焊接軌跡，并將焊接軌跡對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)，作為首次焊接初始數(shù)據(jù)的設(shè)定值。首次焊接完成后，由于焊接材料的變位、更換、受熱等因素的影響，下次焊接時(shí)焊槍與焊縫之間將偏離原示教軌跡，此時(shí)將啟動(dòng)激光信息采集裝置，并將3次不同角度采集的圖像數(shù)據(jù)交由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出產(chǎn)生的偏移量，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳給機(jī)器人控制柜，控制柜將對(duì)機(jī)器人的焊接軌跡進(jìn)行微調(diào)，從而保證焊接質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

近幾年來(lái)隨著微電子技術(shù)、視覺(jué)技術(shù)等的大力發(fā)展，焊縫識(shí)別和跟蹤技術(shù)得到了很大的發(fā)展。與其他傳感器相比，激光傳感具有提供信息量豐富，靈敏度和測(cè)量精度高，抗電磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)，與工件無(wú)接觸的優(yōu)點(diǎn)，適合于各種坡口形狀。并且，隨著電子技術(shù)、智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等的進(jìn)一步發(fā)展，弧焊機(jī)器人的焊縫跟蹤技術(shù)逐漸向網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展，激光傳感器和人工智能技術(shù)將在焊縫跟蹤技術(shù)中得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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