機器人弧焊系統示教程序糾偏式激光焊縫跟蹤技術研究

錢金法　周斌　周英華　殷榮幸

摘 要：弧焊機器人焊縫跟蹤系統可有效提高機器人的焊接質量。弧焊機器人激光焊縫跟蹤系統的結構一般包括激光傳感器、計算機、機器人專用控制器、機器人本體及焊接設備等。傳感器采集到信號傳送到計算機，經過一系列的數據處理過程后，計算機與機器人專用控制器進行數據通訊，然后將控制信號傳送給機器人本體控制焊接過程的正確運行。該文就激光焊縫跟蹤系統的形式和結構作簡單論述，并對多角度離散采樣的示教程序糾偏式焊縫跟蹤系統的結構和工作原理作了具體的介紹，以作為焊縫跟蹤技術應用參考。

關鍵詞：激光焊縫跟蹤系統 多角度離散采樣 糾偏式

中圖分類號：TP14 文獻標識碼：A 文章編號：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

弧焊機器人激光焊縫跟蹤系統的結構一般包括激光傳感器、計算機、機器人專用控制器、機器人本體及焊接設備等。傳感器采集到信號傳送到計算機，經過一系列的數據處理過程后，計算機與機器人專用控制器進行數據通訊，然后將控制信號傳送給機器人本體控制焊接過程的正確運行。傳感器的位置一般通過機械接口與機器人本體連接，甚至采用鋼性連接并一起移動。計算機在弧焊機器人焊縫跟蹤系統中的應用在近幾年發展很快，在跟蹤過程中，計算機可以對傳感器接收的信號進行預處理，通過圖像處理軟件在可視化界面上顯示焊接過程的工作狀態，計算機與機器人專用控制器進行數據通訊，可以按照用戶的要求在離線編程的情況下對焊接過程進行跟蹤控制。

目前，焊接機器人多為可編程的示教再現機器人，如，安川MA1400機器人等，這種機器人可以在其工作空間內精確地完成示教的操作。在施焊過程中，如果焊接條件基本穩定，則機器人能夠保證焊接質量。但實際的焊接條件經常發生變化，使焊炬偏離焊縫，從而造成焊接質量下降。因此，焊接條件的這種變化要求弧焊機器人能夠有效檢測出焊縫的偏差，并調整焊接路徑和焊接參數，以保證焊接質量的可靠性。

1 激光焊縫跟蹤系統的結構

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、變位機定位精度和工件熱變形等?，F代焊縫跟蹤技術主要形式有兩種：一是全過程跟蹤方式，通過對焊縫的全程實時參數提取確定焊接軌跡參數，實現機器人跟蹤焊接；二是多角度焊縫檢測和定位后對機器人原示教程序進行自動調整（示教程序糾偏式）并進行焊接。該文研究實驗對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機器人作相應偏移調整，則機器人可在原示教程序上作坐標偏移調整后即可按原示教軌跡完成焊接過程。該文所研究的焊縫跟蹤系統由激光傳感器、計算機、機器人專用控制器、機器人本體及焊接設備等構成，結構如圖1所示。

2 激光傳感器

在整個焊縫跟蹤系統中，傳感器起著非常重要的作用，它決定著整個系統對焊縫的跟蹤精度。在焊接過程中，傳感器必須精確地檢測出焊縫的位置和形狀信息，然后傳送給控制器進行處理。

Servo-robot激光跟蹤傳感器是目前世界上最先進的跟蹤傳感器，可實現6-D跟蹤，與安川機器人有良好接口。i-cubeTM激光攝像機（如圖2）是一個用于通用工業機器人實時控制的混合傳感集成系統，它集成了如激光測距等多種功能。其堅固的設計和車載實時控制電子使它非常適合工業環境如焊接等。

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固定于焊接機器人末端一側并隨焊槍圍繞管件焊縫旋轉，采用多角度離散采樣方式，即按不同角度分時投射一條激光條紋到焊縫表面（如圖3所示），傳感器內部的攝像頭采集激光條紋的圖像，處理器對圖像進行處理和模式識別，計算出焊槍與焊縫相對的偏差，當焊槍位置與焊縫坡口超過預定（示教）偏差范圍時，數字化處理系統進行快速運輸算并執行比例控制，調整焊槍方向和焊接位置，控制焊槍在焊縫坡口尺寸范圍內。

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。

過程說明：系統啟動后，通過機器人示教，確定焊槍的焊接軌跡，并將焊接軌跡對應的數據傳給計算機，作為首次焊接初始數據的設定值。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，下次焊接時焊槍與焊縫之間將偏離原示教軌跡，此時將啟動激光信息采集裝置，并將3次不同角度采集的圖像數據交由計算機進行處理，計算出產生的偏移量，并通過通信網絡傳給機器人控制柜，控制柜將對機器人的焊接軌跡進行微調，從而保證焊接質量。

5 結語

近幾年來隨著微電子技術、視覺技術等的大力發展，焊縫識別和跟蹤技術得到了很大的發展。與其他傳感器相比，激光傳感具有提供信息量豐富，靈敏度和測量精度高，抗電磁場干擾能力強，與工件無接觸的優點，適合于各種坡口形狀。并且，隨著電子技術、智能技術、網絡技術、機器人技術等的進一步發展，弧焊機器人的焊縫跟蹤技術逐漸向網絡化、智能化的方向發展，激光傳感器和人工智能技術將在焊縫跟蹤技術中得到更加廣泛的應用。

參考文獻

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