基于激光視覺(jué)焊縫跟蹤技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人焊接智能產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

魏文鋒

摘 ?要：為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人對(duì)工件的精確焊接，文章根據(jù)某建筑企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)要求設(shè)計(jì)智能產(chǎn)線，對(duì)新技術(shù)和工藝流程進(jìn)行深入探討。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，運(yùn)用激光視覺(jué)焊縫跟蹤技術(shù)設(shè)計(jì)的焊接智能產(chǎn)線能很好地解決了因工件擺放位置誤差、工裝誤差、工件標(biāo)定誤差等造成的工業(yè)機(jī)器人加工軌跡偏差，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，大大提高工作效率，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;智能產(chǎn)線;激光視覺(jué)焊縫跟蹤系統(tǒng);制造執(zhí)行系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）24-0084-02

Abstract： In order to realize the accurate welding of the workpiece by industrial robot， an intelligent production line is designed according to the technical requirements for products of a construction enterprise， and the new technology and technological process are discussed deeply. It is proved by practice that the welding intelligent production line designed by laser vision seam tracking technology can effectively solve the machining trajectory deviation of industrial robot caused by workpiece position error， tooling error， workpiece calibration error， and so on， and the quality is stable and reliable. All this greatly improves the work efficiency and has high practical value.

Keywords： industrial robot; intelligent production line; laser vision welding seam tracking system; manufacturing execution system

隨著機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展，激光視覺(jué)焊縫跟蹤技術(shù)已廣泛應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，并以其精確的軌跡誤差補(bǔ)償、先掃描再焊接、實(shí)時(shí)跟蹤、焊接工藝自適應(yīng)調(diào)整、焊縫自動(dòng)檢測(cè)等優(yōu)越功能提高了生產(chǎn)效率。由此，本文以某大型企業(yè)建筑型材的焊接智能產(chǎn)線進(jìn)行分析，通過(guò)新技術(shù)的應(yīng)用，徹底解決了該企業(yè)規(guī)模生產(chǎn)能力不足、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證、員工管理困難等問(wèn)題，希望能為同類生產(chǎn)線優(yōu)化改進(jìn)提供參考。

1 激光視覺(jué)焊縫跟蹤技術(shù)的組成和原理

激光視覺(jué)焊縫跟蹤系統(tǒng)是應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人焊接的三維視覺(jué)傳感器系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)由傳感器頭、工控機(jī)和系統(tǒng)軟件等三部分組成，如圖1所示。傳感器系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)接口和機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊協(xié)議對(duì)接，通過(guò)機(jī)器人的實(shí)時(shí)位置信息以及傳感器檢測(cè)的位置信息檢測(cè)焊縫位置及特征。

激光視覺(jué)焊縫跟蹤系統(tǒng)是為了解決工業(yè)機(jī)器人復(fù)雜三維激光焊接編程的問(wèn)題，將工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)、激光視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人焊接軌跡自適應(yīng)規(guī)劃和機(jī)器人程序生成一套智能系統(tǒng)。此外，將常用的焊接工藝集成到離線軟件的后處理模塊中，使系統(tǒng)生成的機(jī)器人程序直接用于實(shí)際加工生產(chǎn)。

2 制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用研究

本智能產(chǎn)線的設(shè)計(jì)以典型金屬焊接領(lǐng)域?yàn)楸尘埃Y(jié)合制造執(zhí)行系統(tǒng)MES和激光視覺(jué)焊縫跟蹤系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，提升生產(chǎn)過(guò)程信息化、智能化的水平，從而構(gòu)建一套完整的智能制造生產(chǎn)線。MES實(shí)時(shí)反映整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的信息變化狀態(tài)，監(jiān)控全部生產(chǎn)過(guò)程，記錄生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品所使用的材料、設(shè)備，產(chǎn)品檢測(cè)的數(shù)據(jù)和結(jié)果以及產(chǎn)品在每個(gè)工序上生產(chǎn)的時(shí)間、人員等信息。這些收集的信息經(jīng)過(guò)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES加以分析，就能生成報(bào)表，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)進(jìn)度、目標(biāo)達(dá)成狀況、產(chǎn)品品質(zhì)狀況，以及產(chǎn)品的人、機(jī)、料的利用狀況，這樣讓整個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)完全透明化，利于用戶及時(shí)掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。

3 焊接智能產(chǎn)線分析與設(shè)計(jì)

綜上所述，在充分考慮工藝節(jié)拍最優(yōu)選擇和保障焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)車間特征，從人機(jī)工程學(xué)角度出發(fā)，最終不僅要完成生產(chǎn)任務(wù)，也要確保產(chǎn)品質(zhì)量，盡量減少空運(yùn)行和輔助時(shí)間，適合同類型多規(guī)格大批量的建筑型材的焊接要求。設(shè)計(jì)布局見(jiàn)圖2。智能產(chǎn)線主要由四臺(tái)工業(yè)機(jī)器人、一套大型四工位回轉(zhuǎn)式變位機(jī)、五個(gè)料倉(cāng)、一個(gè)成品緩存架、一套PLC電氣控制柜和制造執(zhí)行系統(tǒng)MES及激光視覺(jué)焊縫跟蹤系統(tǒng)等組成。產(chǎn)線通過(guò)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES進(jìn)行訂單下發(fā)實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，然后PLC控制各設(shè)備執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)，具體工藝流程如圖2。

（1）RMD50碼垛機(jī)器人①?gòu)墓ぷ咒揃料倉(cāng)⑤取料放置到變位機(jī)⑥工位1上的定位工裝，離開(kāi)工位進(jìn)行定位裝夾。（2）變位機(jī)⑥工位1裝夾完成后，自動(dòng)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90度。（3）RB08A3-1840搬運(yùn)機(jī)器人③分別從仿工字鋼外形管料倉(cāng)⑧、矩形管料倉(cāng)⑨和前擋板料倉(cāng)⑩將零部件取出放置旋轉(zhuǎn)90度后的工位1對(duì)應(yīng)的定位工裝上，然后離開(kāi)工位并進(jìn)行定位裝夾;同時(shí)，RMD50碼垛機(jī)器人①?gòu)墓ぷ咒揃料倉(cāng)⑤取料放置到變位機(jī)⑥工位4上的定位工裝，離開(kāi)工位進(jìn)行定位裝夾。（4）變位機(jī)⑥工位1裝夾完成后，自動(dòng)順時(shí)針?lè)较蛟傩D(zhuǎn)90度。（5）RMD50碼垛機(jī)器人②從工字鋼C料倉(cāng) ?將零部件取出放置到旋轉(zhuǎn)180度后的工位1對(duì)應(yīng)的定位工裝上，然后離開(kāi)工位并進(jìn)行定位裝夾;RB08A3-1840搬運(yùn)機(jī)器人③分別從仿工字鋼外形管料倉(cāng)⑧、矩形管料倉(cāng)⑨和前擋板料倉(cāng)⑩將零部件取出放置到工位4對(duì)應(yīng)的定位工裝上，然后離開(kāi)工位并進(jìn)行定位裝夾;同時(shí)，RMD50碼垛機(jī)器人①?gòu)墓ぷ咒揃料倉(cāng)⑤取料放置到變位機(jī)⑥工位3上的定位工裝，并離開(kāi)工位進(jìn)行定位裝夾。（6）變位機(jī)⑥工位1裝夾完成后，自動(dòng)順時(shí)針?lè)较蛟傩D(zhuǎn)90度。（7）激光視覺(jué)焊縫跟蹤系統(tǒng) ?控制RH06A3-1840焊接機(jī)器人④進(jìn)行焊接作業(yè);RMD50碼垛機(jī)器人②從工字鋼C料倉(cāng) ?將零部件取出放置到旋轉(zhuǎn)180度后工位1對(duì)應(yīng)的定位工裝上，然后離開(kāi)工位并進(jìn)行定位裝夾;同時(shí)，RMD50碼垛機(jī)器人①?gòu)墓ぷ咒揃料倉(cāng)⑤取料放置到變位機(jī)⑥工位2上的定位工裝，并離開(kāi)工位進(jìn)行定位裝夾;RB08A3-1840搬運(yùn)機(jī)器人③分別從仿工字鋼外形管料倉(cāng)⑧、矩形管料倉(cāng)⑨和前擋板料倉(cāng)⑩將零部件取出放置到工位3對(duì)應(yīng)的定位工裝上，然后離開(kāi)工位并進(jìn)行定位裝夾;RMD50碼垛機(jī)器人②從工字鋼C料倉(cāng) ?將零部件取出放置到變位機(jī)工位4對(duì)應(yīng)的定位工裝上，然后離開(kāi)工位并進(jìn)行定位裝夾。（8）焊接完成后，變位機(jī)⑥自動(dòng)順時(shí)針?lè)较蛟傩D(zhuǎn)90度回到零度位置。（9）RMD50碼垛機(jī)器人①?gòu)淖兾粰C(jī)工位1上取出成品放置到成品緩存架 ?上，并從工字鋼B料倉(cāng)⑤取料放置到工位1上的定位工裝，然后離開(kāi)工位進(jìn)行定位裝夾;RB08A3-1840搬運(yùn)機(jī)器人③分別從仿工字鋼外形管料倉(cāng)⑧、矩形管料倉(cāng)⑨和前擋板料倉(cāng)⑩將零部件取出放置到工位2對(duì)應(yīng)的定位工裝上，然后離開(kāi)工位并進(jìn)行定位裝夾;RMD50碼垛機(jī)器人②從工字鋼C料倉(cāng) ?將零部件取出放置到工位3對(duì)應(yīng)的定位工裝上，然后離開(kāi)工位并進(jìn)行定位裝夾;激光視覺(jué)焊縫跟蹤系統(tǒng) ?控制RH06A3-1840焊接機(jī)器人④進(jìn)行焊接作業(yè)。（10）焊接完成后，變位機(jī)⑥自動(dòng)順時(shí)針?lè)较蛟傩D(zhuǎn)90度。（11）RMD50碼垛機(jī)器人①?gòu)淖兾粰C(jī)⑥旋轉(zhuǎn)后工位上取出成品放置到成品緩存架 ?上，并從工字鋼B料倉(cāng)⑤取料放置到變位機(jī)⑥該工位上的定位工裝，然后離開(kāi)工位進(jìn)行定位裝夾;RB08A3-1840搬運(yùn)機(jī)器人③分別從仿工字鋼外形管料倉(cāng)⑧、矩形管料倉(cāng)⑨和前擋板料倉(cāng)⑩將零部件取出放置到工位對(duì)應(yīng)的定位工裝上，然后離開(kāi)工位并進(jìn)行定位裝夾;RMD50碼垛機(jī)器人②從工字鋼C料倉(cāng) ?將零部件取出放置到工位對(duì)應(yīng)的定位工裝上，然后離開(kāi)工位并進(jìn)行定位裝夾;激光視覺(jué)焊縫跟蹤系統(tǒng) ?控制RH06A3-1840焊接機(jī)器人④進(jìn)行焊接作業(yè)。（12）如此循環(huán)執(zhí)行第（10）和（11）步進(jìn)行持續(xù)生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上論述了通過(guò)制造執(zhí)行系統(tǒng)和激光視覺(jué)焊縫跟蹤技術(shù)設(shè)計(jì)的智能產(chǎn)線有效保障產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。這種基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合的智能制造，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，是具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]李航，宋春華，羅勝彬，等.機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].微特電機(jī)，2013，41（4）：49-51.

[2]徐廣林，林貢欽.工業(yè)4.0背景下傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新思維研究[J].上海經(jīng)濟(jì)研究，2015（10）：107-113.

[3]歐陽(yáng)勁松，劉丹，杜曉輝.制造的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化的思考與建議[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2018（02）：1-6.