机器人弧焊系统示教程序纠偏式激光焊缝跟踪技术研究

钱金法　周斌　周英华　殷荣幸

摘 要：弧焊机器人焊缝跟踪系统可有效提高机器人的焊接质量。弧焊机器人激光焊缝跟踪系统的结构一般包括激光传感器、计算机、机器人专用控制器、机器人本体及焊接设备等。传感器采集到信号传送到计算机，经过一系列的数据处理过程后，计算机与机器人专用控制器进行数据通讯，然后将控制信号传送给机器人本体控制焊接过程的正确运行。该文就激光焊缝跟踪系统的形式和结构作简单论述，并对多角度离散采样的示教程序纠偏式焊缝跟踪系统的结构和工作原理作了具体的介绍，以作为焊缝跟踪技术应用参考。

关键词：激光焊缝跟踪系统 多角度离散采样 纠偏式

中图分类号：TP14 文献标识码：A 文章编号：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

弧焊机器人激光焊缝跟踪系统的结构一般包括激光传感器、计算机、机器人专用控制器、机器人本体及焊接设备等。传感器采集到信号传送到计算机，经过一系列的数据处理过程后，计算机与机器人专用控制器进行数据通讯，然后将控制信号传送给机器人本体控制焊接过程的正确运行。传感器的位置一般通过机械接口与机器人本体连接，甚至采用钢性连接并一起移动。计算机在弧焊机器人焊缝跟踪系统中的应用在近几年发展很快，在跟踪过程中，计算机可以对传感器接收的信号进行预处理，通过图像处理软件在可视化界面上显示焊接过程的工作状态，计算机与机器人专用控制器进行数据通讯，可以按照用户的要求在离线编程的情况下对焊接过程进行跟踪控制。

目前，焊接机器人多为可编程的示教再现机器人，如，安川MA1400机器人等，这种机器人可以在其工作空间内精确地完成示教的操作。在施焊过程中，如果焊接条件基本稳定，则机器人能够保证焊接质量。但实际的焊接条件经常发生变化，使焊炬偏离焊缝，从而造成焊接质量下降。因此，焊接条件的这种变化要求弧焊机器人能够有效检测出焊缝的偏差，并调整焊接路径和焊接参数，以保证焊接质量的可靠性。

1 激光焊缝跟踪系统的结构

一般，造成焊缝偏移的原因很多，而主要原因是夹具装夹精度、变位机定位精度和工件热变形等。现代焊缝跟踪技术主要形式有两种：一是全过程跟踪方式，通过对焊缝的全程实时参数提取确定焊接轨迹参数，实现机器人跟踪焊接；二是多角度焊缝检测和定位后对机器人原示教程序进行自动调整（示教程序纠偏式）并进行焊接。该文研究实验对象为铝管件相贯线焊接，一般，焊管端口加工好后，其相贯线形状是一定的，如果确定铝管件相贯线的位置偏移量并对机器人作相应偏移调整，则机器人可在原示教程序上作坐标偏移调整后即可按原示教轨迹完成焊接过程。该文所研究的焊缝跟踪系统由激光传感器、计算机、机器人专用控制器、机器人本体及焊接设备等构成，结构如图1所示。

2 激光传感器

在整个焊缝跟踪系统中，传感器起着非常重要的作用，它决定着整个系统对焊缝的跟踪精度。在焊接过程中，传感器必须精确地检测出焊缝的位置和形状信息，然后传送给控制器进行处理。

Servo-robot激光跟踪传感器是目前世界上最先进的跟踪传感器，可实现6-D跟踪，与安川机器人有良好接口。i-cubeTM激光摄像机（如图2）是一个用于通用工业机器人实时控制的混合传感集成系统，它集成了如激光测距等多种功能。其坚固的设计和车载实时控制电子使它非常适合工业环境如焊接等。

3 激光定位跟踪的基本原理

激光定位跟踪的基本原理是激光摄像机固定于焊接机器人末端一侧并随焊枪围绕管件焊缝旋转，采用多角度离散采样方式，即按不同角度分时投射一条激光条纹到焊缝表面（如图3所示），传感器内部的摄像头采集激光条纹的图像，处理器对图像进行处理和模式识别，计算出焊枪与焊缝相对的偏差，当焊枪位置与焊缝坡口超过预定（示教）偏差范围时，数字化处理系统进行快速运输算并执行比例控制，调整焊枪方向和焊接位置，控制焊枪在焊缝坡口尺寸范围内。

4 激光定位跟踪的基本流程

激光定位跟踪的基本流程如图4所示。

过程说明：系统启动后，通过机器人示教，确定焊枪的焊接轨迹，并将焊接轨迹对应的数据传给计算机，作为首次焊接初始数据的设定值。首次焊接完成后，由于焊接材料的变位、更换、受热等因素的影响，下次焊接时焊枪与焊缝之间将偏离原示教轨迹，此时将启动激光信息采集装置，并将3次不同角度采集的图像数据交由计算机进行处理，计算出产生的偏移量，并通过通信网络传给机器人控制柜，控制柜将对机器人的焊接轨迹进行微调，从而保证焊接质量。

5 结语

近几年来随着微电子技术、视觉技术等的大力发展，焊缝识别和跟踪技术得到了很大的发展。与其他传感器相比，激光传感具有提供信息量丰富，灵敏度和测量精度高，抗电磁场干扰能力强，与工件无接触的优点，适合于各种坡口形状。并且，随着电子技术、智能技术、网络技术、机器人技术等的进一步发展，弧焊机器人的焊缝跟踪技术逐渐向网络化、智能化的方向发展，激光传感器和人工智能技术将在焊缝跟踪技术中得到更加广泛的应用。

参考文献

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