激光焊接机器人焊缝跟踪方法

激光焊接机器人焊缝跟踪方法

激光焊接机器人焊缝跟踪控制方法

陈智龙 120160033

摘要：当前激光焊接机器人在实际的工业生产中应用的越来越广泛，在汽车制造业以及其他机器制造业激光焊接机器人在生产中的作用也越来越大。如何提高焊接机器人的焊缝精度问题以及控制焊缝轨迹已成为激光焊接机器人发展的首要难题。

关键词：激光焊接机器人；焊缝轨迹；控制

0引言

激光作为焊接和切割的新手段应用于工业制造，具有很大发展潜力。在国际汽车工业领域，激光加工技术已广泛得到了应用，激光切割与焊接逐渐成为标准的汽车车身生产工艺．国内也已积极推广应用，但目前主要还是以引进成套激光加工设备为主，用于激光钎焊、激光渗透焊、激光对接焊、白车身激光三维切割和激光金属零件表面热处理[1].

由于成本考虑，有些汽车厂家则直接进口国外激光加工的零部件．为提升我国汽车制造的技术能力，我们应依靠国内技术能力，自主创新，在更广范围和更深层次上，加快激光加工在制造业的应用发展．车身在整车制造中占有重要地位，不仅车身成本占整车的40％～50﹪，而且对汽车安全、节能、环保和快速换型有重要影响。

人口老龄化不断逼近，各制造业工厂着手进行技术改造工程设计，采用了许多工业机器人，以提高生产线的柔性程度为基础，为制造厂家提供了生产产品多样化，更新转型的可能性．以上汽大众汽车车

身生产车间为例，机器人能独立完成工件的移动搬运、输送、组装夹紧定位，可完成工件的点焊、弧焊、激光焊、打磨、滚边、涂胶等工作．有的工位上把上件、夹具、工具以机器人为中心布置，以便机器人能完成多个工序，实现多品种、不同批量的生产自动化．采用机器人使焊接生产线更具柔性化、自动化，使多种车身成品可在一条车身装焊生产线上制造，实现多车型混线生产．因此，焊接生产线必须很容易地因产品结构、外形的改变而改变，具有较高的柔性程度[2]

。

由于柔性车身焊接生产线可以适应汽车多品种生产及换型的需要，是汽车车身制造自动化的必然趋势，特别是进入上世纪90年代以后，各大汽车厂家都

在考虑车身焊接生产线柔性化。

1激光焊接与自动控制技术

焊接机器人在汽车装焊生产线上采用的数量及机器人类型（载荷能力、自由度数、工作方式等），反映焊接生产线柔性程度和生产水平。为充分发挥激光加工精益、敏捷和柔性的技术优势，基于激光的安全特性，以工业机器人为基础，将激光设备与工业机器人、安全工作场所进行软硬件耦合是激光技术工业应用的解决方案。

在汽车生产工厂，一个比较完整的激光焊工位包含的主要设备有8种：Laserline激光源、Fnius送丝机构、高精度KUKA机器人、Scansonic-ALO自适应激光加工镜头、QS400激光加工镜组防撞系统、LLK激光光缆、Rediel加工镜头外部冷却设备、Herding激光工位除尘设备．这么多的关键设备，是如何将其通过工业自动控制联系到一起，使其

能够自如地按照人们的思想进行生产呢？高精度KUKA机器人是个关键点．KUKA机器人是一种多用途的机器人，具有良好的加速性能，重复精度可达±0.35mm，因此，它广泛应用在汽车行业进行自动焊接方。

KUKA机器人之所以是激光焊接众多设备投入工业生产的关键，是因为在PLC控制柜和机器人附属设备之间通过IBS卡（见图1）起了呈上启下的作用，IBS卡安装在KUKA-PC主板PCI卡槽上，有Slave卡和Master卡两张卡片耦合而成.在Laser-line激光发生器中，与PLC/KUKA的通讯模块同样以Interbus 为基础（见图2）.

图一 KUKA工业机器人IBS 卡

图二 Lserline激光发生器IBS模板

2 焊缝跟踪的原理及方法

机器人视觉伺服控制[3]是当今智能机器人研究和发展的一个重要领域。与传统的机器人控制方法相比，机器人视觉伺服控制具有精度高实时性好、灵活性高等众多优点，在工业中得到更多的关注与应用，驱使机器人技术向智能化方向发展。机器人视觉伺服控制因其自身的优越性而在众多领域中得以应用，其中在机器人焊缝跟踪领域应用最广泛。目前，基于视觉传感器的机器人焊缝跟踪控制方法主要包括两种：视觉示教跟踪与自动跟踪。视觉示教跟踪指的是预先通过视觉传感器检测焊缝位置信息，然后指导离线编程系统完成轨迹规划。

但是该方法不能消除在焊接过程中因热变形而产生的动态误差，因此容易导致跟踪性能不佳。对于传统的自动跟踪方法，机器人能够通过视觉传感器感知外部环境的变化，实时地调整自身姿态和运动方向以较好地完成跟踪任务。国内外的学者已经在这方面进行了较多的研究。例如，Liu提出了一种基于激光视觉的机器人实时焊缝跟踪方法[4]，Ma提出了一种针对薄板对焊的焊缝跟踪方法。这些方法都表现出了较好的跟踪精度和稳定性，可是这些方法都只是适用于低速和焊缝近似为直线型的情况，在高速和焊缝为锯齿形等非纯直线型的情况下并没有进行讨论[5]。关于控制方法鲁棒性的研究，Kim曾指出一种具有鲁棒性的基于视觉的焊缝跟踪方法[6]，Huag也试图利用新的算法来消除焊接过程中产生的飞溅和强光对图像处理的影响[7]。国内陈忠也提出了一种基于线激光视觉的机器人焊缝跟踪鲁棒控制方法[8]。

机器人视觉焊缝跟踪系统由两部分组成，分别是工业机器人和基于线激光

的视觉系统。其中工业相机和激光器均固定在计算机测量与控制机械手的末端，组成eye-in-hand手眼系统。焊缝轮廓的重建原理根据三角测量原理，对焊缝轮廓进行重建。如图3所示，当机器人向前运动时，激光器发射出一束线激光照射在焊缝表面，相机捕获得到变形的激光条纹图像。激光条纹的变形情况与焊缝的轮廓形状、激光器和工业相机的位置关系均有十分密切的关系。而且，激光条纹的形状偏差和不连续性与焊缝的深度息息相关。当激光器和工业相机的位置关系经过标定且保持不变时，焊缝轮廓的空间信息可通过激光条纹的图像坐标来获得[9]。

图3 系统框架图

3 伺服控制方法

步骤一：焊缝轮廓预测量。为了更好地利用焊缝轮廓信息，可通过视觉系统预先对工件进行测量。首先控制机器人以较低的速度沿着焊缝的延伸方向运动，然后使固定在机械手末端的相机开始捕获图像，并将识别出的特征点进行坐标变换，将空间坐标信息传送到控制器中。该过程需

要确保相机和工件在一个合适的距离范围内以保证特征点能始终出现在相机的视场中。另外，为了获得更多的焊缝轮廓点以求取更精确的轮廓信息，机器人的运动速度也需控制在较低的范围内。最后预测量得到的焊缝轮廓将以点数据的形式保存在控制器的数据存储器中。

步骤二：拐点识别与拐角辨认。如图４所示，焊缝轮廓由拐角与直线段组成。因为当机器人运动到拐角处时容易出现视野盲区或发生速度突变，进而影响跟踪的准确性与运动的稳定性，因此为了获得更好的跟踪性能，应在不同的轮廓段使用不同的控制策略。为了辨认拐角区域的位置，因此为了获得更好的跟踪性能，应在不同的轮廓段使用不同的控制策略。为了辨认拐角区域的位置，需快速有效地对拐点进行识别。首先，在直线段上任意选取５个均匀分布的点并拟合成一条直线，然后按顺序计算出其他各点到该拟合直线的距离。当某一点与拟合直线之间的距离大于设定阈值，而与它相邻的前一个点与拟合直线的距离小于或等于设定阈值时，该点就被识别为拐点，而与拐点相邻的前后５个点所覆盖的区域则被认为是拐角区域。

图4 锯齿形焊缝工件

步骤三：实时焊缝跟踪。机器人会根据视觉系统的检测和判断进行跟踪运动。每一次的检测循环都会识别一个特征点，该特征点在这过程中也被称为检测点。检测过后系统会进行判断，并根据不同的轮廓部分采用不同的控制策略。具体的流程如图５所示。在轮廓为直线段的部分，因为两个检测点之间的轮廓可以近似认为是一条直线，因此可以用简单的直线插补进行插补运动。为了使机器人的运动更加稳定，在两个相邻的检测点之间插补合适个数的插补点以确保相邻的运动点之间的距离足够小。该运动点指的是输入到控制器中的数据点。机器人在进行实时焊缝跟踪时，由于相邻的两个检测点之间的距离会随着运动速度的增加而增大，因此在拐角处使用直线插补会导致运动轨迹与实际工件轮廓不符，产生变形失真问题，且速度越大变形失真越严

重。为了避免变形失真问题，系统在拐角处将不再单纯地使用直线插补，而是将检测点与存储在数据存储器中的预测量焊缝轮廓数据点进行比较，截取一部分合适的数据点作为当前拐角处的轮廓，并在下一个检测循环到来之前，控制机器人根据辨认的数据点进行运动。

4结束语

激光焊接不仅可以使车身结构设计中有效降低材料消耗，简化车身结构，减轻车身质量，更容易实现车身焊接的自动化和智能化[10]．上汽大众汽车是国内率先使用白车身激光焊接的，在激光焊接领域的研究也不曾停止．从最先推广的Ｔｒｕｍｐｆ通快激光发生器到现在最新最前沿的Ｌａｓｅｒｌｉｎｅ二极管激光发生器的使用，上汽大众汽车不曾对中国汽车生产工业技术的革新停止步伐．激光焊接作为一种先进制造方法，加之工业机器人结构的模块化和可重构化、控制技术的开放化、P C化和网络化、伺服驱动技术的数字化和分散化、多传感器融合技术的实用化、工作环境设计的优化和作业的柔性化

以及系统的网络化和智能化等方面不断发展，激光自动焊接技术将在国内会带动工业制造其他领域的发展，前景广阔。

参考文献

[1]刘彬，许立铭. Laserline激光发生器在KUKA 机器人系统中的应用[J]. 上海交通大学学报.2016.

[2]我国激光产业发展报告[R].2003,2.

[4]Liu S Y, Liu L T , et al. Study of robot steam tracking system with laser vision [A]. IEEE international conference on mechatronics and automation [C]. 2009: 1296-1301.

[5]Ma H B , Wei S C, Sheng Z X, et al. Robot Welding seam tracking method based on passive vision for thin plate closed-gap butt welding [J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2009, 48(9-12)

[6]Kim J S,Son Y T, Cho HS, et al. A robust method for vision based seam tracking in robotic are welding[A],IEEE international conference on mechatronics and automation

[C].1995

[7]Huag K,Pritschow G,Reducing distortions caused by the welding are in a laser stripe sensor system for automated seam tracking[A].Proceedings of the IEEE international conference on mechatronics and automation [C].1999

[8]陈忠，邓汛. 基于线激光视觉的机器人焊缝跟踪鲁棒控制方法[J]. 计算机测量与控制，2016.

[9]肖珺，何京文，张广军，等. 不同型号双焊接机器人协调控制 [J].上海交通大学学报，2010.

[10]崔文旭，机器人在汽车焊接生产线柔性化中的应用[J]. 焊接技术，2003.32（5）.

基于激光视觉的焊缝跟踪系统方案

基于激光视觉的焊缝跟踪系统 一、焊缝自动跟踪系统构成 基于激光视觉传感,具有主动性、非接触、能获取物体的三维信息、灵敏度精度高、抗电磁场干扰能力强等优点,被认为是焊缝检测的主要发展方向。线激光法是一种直接获取深度图像的方法,它可以获取焊缝的二维半信息。基于激光视觉的焊缝跟踪系统如图1所示，主要有3个组成部分，分别是视觉传感、图像处理和跟踪控制。CCD摄像机垂直对准工件,激光器倾斜布置，激光器打出的激光,经柱透镜形成一光片照射到工件上形成一条宽度很窄的光带。当该光带被工件反射或折射后,经滤光片保留激光器发出的特定波长的光,而滤除其他波长的光,最后进入CCD摄像机成像。由于坡口各处与工件在垂直方向深度不同,故从垂直工件的方向看去,反射光成一折线,折线反映了光纹中心与焊缝坡口中心的三维位置关系。计算机对采集图像进行图像预处理，减少图像中的噪声污染，并加强焊缝特征信息信号，通过一定的算法提取焊缝特征点，得到焊缝与电弧偏差。此偏差作为跟踪控制系统的输入条件，依据控制算法进行处理，最后获得驱动信号控制焊炬运动，实现焊缝跟踪过程实时控制。 图像采集卡 图像预处理 焊缝识别 控制器 驱动系统 焊机控制 工件 激光器摄像机 滤光片 焊炬 焊缝 柱透镜 图1 系统构成 二、焊缝自动跟踪硬件设计 1.激光器 在本系统中决定采用半导体激光器。半导体激光器是以半导体为工作介质，具有超小形、高效率、结构简单、价格便宜、工作速度快、波长范围宽等一系列优点。本视觉系统中采用的激光器是红光一字线激光器，由点激光二极管发光通过一柱透镜变换成直线形的激光条纹。 有文献通过测量MIG焊弧光的光谱范围，提出弧光的范围为150～970nm。通过比较弧光波长与普通激光二极管波长，认为弧焊传感器中所用激光二极管的中心波长最好为467nm，594nm，610nm，632nm和950nm。从而可选择适当波长的激光感器以减少弧光对

激光焊缝跟踪系统机器人用技术手册

Meta Vision Systems 机器人用激光焊缝 跟踪系统 技术手册 原作者：Jonathan Moore 翻译：Dr. Lin Sanbao (林三宝博士)

前言 尽管我们在编写这个手册时已经尽了最大努力，但是我们不接受任何由通过使用或者错误使用本手册中的信息，或者可能包含在本手册中的错误，而引发的责任和义务。本手册所提供的信息只是用于培训的目的。 英文版权所有 ? Meta Vision Systems 2000。 中文版版权所有? 中国哈尔滨AWPT－RDC联合实验室 所有权力保留，未经允许，不得以任何形式复制本手册或本手册中的任何部分。 联系方式： Meta Vision Systems Ltd. Oakfield House Oakfield Industrial Estate Eynsham Oxfordshire OX8 1TH UNITED KINGDOM Tel: +44 (0) 1865 887900 Fax: +44 (0) 1865 887901 Email: support@https://www.wendangku.net/doc/8910010083.html, 中国地区: 地址：珠海市九洲大道兰埔白石路105号二楼西 邮编：519000 电话：0756 --- 8509695、8508516、6680610、6602419、6626464 传真：0756 --- 8500745 联系人：魏占静 电邮：jbw@https://www.wendangku.net/doc/8910010083.html, wzj0756@https://www.wendangku.net/doc/8910010083.html, 网址：https://www.wendangku.net/doc/8910010083.html,

目录 1.概述 (3) 1.1传感头 (3) 1.2控制系统 (3) 1.3应用 (3) 1.4典型应用 (4) 1.5焊缝类型 (4) 2.传感器 (9) 2.1激光的安全性 (9) 2.2规格 (9) 2.3MT 产品系列的规格 (11) 2.4传感器的物理规格 (12) 2.5焊缝的特征尺寸 (12) 3.控制系统 (14) 3.1MTF – Finder(MTF 定位控制系统) (14) 3.2MTR (15) 3.3MTR Integrated(集成型MTR系统) (16) 3.4MTX-HS (16) 4.软件的主要特征 (18) 4.1焊缝定义 (18) 4.2间隙测量 (18) 4.3真实路径(True Path) (18) 4.4搜索 (18) 4.5体积&高度错边测量 (19) 4.6交替式激光器 (19) 4.7示教跟踪(Teach Track) (20) 5.配置和可选项 (21) 5.1应用概述 (21) 5.2硬件和软件可选项 (22)

激光焊接焊缝跟踪

应用背景 与传统焊接技术相比，激光焊接在焊接质量和效率等各方面都具有明显优势。由于激光束的光斑直径较小，使得激光束准确对中焊缝成为实现高质量焊接的前提。因此，准确跟踪焊缝是激光焊接的关键所在。机器视觉检测是焊缝跟踪的主要方法之一，通过高速视觉传感器拍摄动态熔池图像序列，获取熔池特征参数，分析焊缝路径偏差与熔池特征参数之间的内在规律，建立焊缝路径与激光束偏差实时测量的视觉模型。然后输出调整量给机器人控制器,控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。 应用优势 1、拍摄过程缓慢，可以获取高度清晰的熔池特征参数； 2、可以控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。 拍摄效果 科天健已有多款高速相机用于焊缝跟踪项目应用中中，下面介绍两款常用高速相机。。

1、德国Optronis的CP80-4-M-500，该相机为Coaxpress接口，全分辨率为1696X1710下可达500fps，开窗分辨率为512X512时可达5000fps，它的这些特点可使拍摄画面更清晰，拍摄过程更缓慢。 图一CP80-4-M-500在5000fps@512X512下的拍摄效果 2、瑞士Photonfocus的MV-D1024E-160，该相机采用Photonfocus的LINLOG技术，动态范围高达120dB；在全分辨率1024*1024分辨率下可达150帧/秒；开窗分辨率256*256时，帧率达到2241帧/秒。在Linlog功能下能有效抑制强等离子干扰，在焊机电压、电流较小时可直接用相机拍摄，无需光学辅助系统即可得到对比度较好的图像，借助光学辅助手段可得到高清晰的、细节清晰的图像。 图二MV-D1024E-160相机的拍摄效果

视觉焊缝跟踪系统

蓝鼎视觉智能焊缝控制系统 一、系统简介 本系统主要功能是对有缝不锈钢管的氩弧焊接进行自动跟踪与矫正，解决目前人力成本日益提高，人工操作时的视觉疲劳带来的焊接质量问题。系统采用先进的智能视觉技术，融合光机电技术为一体，目前国内尚未发现同类产品。本系统由视觉采集系统捕捉焊缝与钨棒的焊接视频，再运用视觉技术计算钨棒的偏移量，进而控制机电装置实时矫正钨棒位置，达到钢管焊接自动跟踪的目的，从而实现无人值守高质量焊接的要求。 焊接现场实际焊接画面 二、系统特点及技术指标 性能特点 ?非接触式，长时间运行无磨损 ?识别精度高 ?可视化效果，钨棒熔池焊缝图像三位一体 ?稳定性好，采用嵌入式系统，比基于PC机控制系统更加稳定可靠 ?人性化的界面，操作界面的设计基于窗口方式，使用简单，无需专业技 术人员即可操作运行 技术指标 ?额定功率：150W ?识别速率：40ms

? 识别精度：0.05mm ? 响应时间：≤200ms ? 工作温度：-10°~60° ? 焊接速度：≤5m/min ? 管子直径：≥4mm 三、系统主要部件 电机及传动机 械 采集相机 声光报 警装置 焊接控制箱 系统关系框图 本系统包括主要部件为系统控制箱、焊接视频捕获装置、焊枪移动机构、电流及测速模块。 1. 系统控制箱 系统主板、开关电源、电气控制与驱动、声光报警，输入输出接口等主要模块安装在控制箱内，其外设包括触摸显示屏、鼠标、电源开关、电源指示灯、电机左右微调按键、各类插座（220V 电源插座、鼠标孔、12V 工业摄像机电源插口、电流检测及测速模块接口、电机接口） 2. 专用焊接视频捕获装置 根据氩弧焊弧光光谱特点，定制专用焊接视觉捕捉装置，获取钨棒熔池及焊缝实况细节。 3. 焊枪移动机构 根据视觉识别出的焊枪偏差，正转或反转步进电机，经丝杆联动、带动焊枪

激光焊缝跟踪系统机器人用技术手册讲解

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原作者：Jonathan Moore 翻译：Dr. Lin Sanbao (林三宝博士)

前言 尽管我们在编写这个手册时已经尽了最大努力，但是我们不接受任何由通过使用或者错误使用本手册中的信息，或者可能包含在本手册中的错误，而引发的责任和义务。本手册所提供的信息只是用于培训的目的。 英文版权所有 ? Meta Vision Systems 2000。 中文版版权所有? 中国哈尔滨AWPT－RDC联合实验室 所有权力保留，未经允许，不得以任何形式复制本手册或本手册中的任何部分。 联系方式： Meta Vision Systems Ltd. Oakfield House Oakfield Industrial Estate Eynsham Oxfordshire OX8 1TH UNITED KINGDOM Tel: +44 (0) 1865 887900 Fax: +44 (0) 1865 887901 Email: support@https://www.wendangku.net/doc/8910010083.html, 中国地区: 地址：珠海市九洲大道兰埔白石路105号二楼西 邮编：519000 电话：0756 --- 8509695、8508516、6680610、6602419、6626464 传真：0756 --- 8500745 联系人：魏占静 电邮：jbw@https://www.wendangku.net/doc/8910010083.html, wzj0756@https://www.wendangku.net/doc/8910010083.html, 网址：https://www.wendangku.net/doc/8910010083.html,

基于激光视觉的焊缝跟踪及纠偏系统

硕士学位论文 MASTER DISSERTATION 基于激光视觉的焊缝跟踪及纠偏系统 Welding Seam Tracking and Correcting System Based on Laser Vision 作者沈鹏程 校内导师孙坚教授 校外导师倪鹏 专业领域控制工程 中国计量学院 二〇一五年六月

Welding Seam Tracking and Correcting System Based on Laser Vision By Pengcheng Shen A Dissertation Submitted to China Jiliang University In partial fulfillment of the requirement For the degree of Master of Engineering China Jiliang University June, 2015

中图分类号TP242.2 学校代码10356 UDC621.3 密级公开 硕士学位论文 MASTER DISSERTATION 基于激光视觉的焊缝跟踪及纠偏系统 Welding Seam Tracking and Correcting System Based on Laser Vision 作者沈鹏程专业领域控制工程 校内导师孙坚教授校外导师倪鹏 申请学位工学硕士论文类型应用研究 二〇一五年六月

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留、使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日

焊缝跟踪研究

弧焊机器人焊缝跟踪方法的研究现状 (2010-11-18 8:53:12) 95人次浏览 随着科技水平的进步，人们对焊接质量的要求也越来越高。而人工焊接时，由于受到技术水平、疲劳程度、责任心、生理极限等客观和主观因素的应影响，难以较长时间保持焊接工作的稳定性和一致性。而且，由于焊接恶劣的工作条件，愿意从事手工焊接的人在减少，熟练的技术工人更有短缺的趋势。另一方面，电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为焊接过程的自动化提供了有利的条件，并已渗透到焊接的各个领域。 近年来，焊接自动化程度在不断的增加，2000年时，中国焊接生产的机械化自动化率,按熔敷金属计算约为30%,而发达国家的焊接自动化率已经达到65%以上[1]。焊接自动化生产已是必然的趋势。焊接机器人是焊接自动化的革命性的进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化的生产方式[2]。 目前，用于工业生产的弧焊机器人主要是示教再现型机器人，在机器人弧焊过程中，它们可以在其工作空间内高精度重复已经示教的动作。但这也带来一定的局限性，那就是应变能力很差，对工件的装配精度要求较严，重复性要好。如果焊接条件基本稳定，则机器人能够保证焊接质量。但在实际焊接过程中，因为机器人工作时为了避免发生危险，操作人员不准或不宜进入机器人的工作区域，使得操作者不能近距离实时监视焊接过程并作必要的调节控制，所以当实际的焊接条件发生变化时，例如焊接过程中的工件在加工、装配过程中的尺寸误差和位置偏差以及工件加热变形等因素的变化会使接头位置偏离所示教的路径，这样会造成焊接质量下降甚至失败。所以精确的焊缝跟踪是保证焊接质量的关键，它是实现焊接过程自动化的重要研究方向。 1 弧焊机器人在焊接中的应用现状 自从60年代机器人进入工业领域以来，发展较为迅速。预计从1999-2003年，世界实际装备工业机器人数量将由1999年的743,000台增加到892,000台，其中在“机器人王国”日本有370，000

激光焊接机器人焊缝跟踪方法

激光焊接机器人焊缝跟踪方法

激光焊接机器人焊缝跟踪控制方法 陈智龙 120160033 摘要：当前激光焊接机器人在实际的工业生产中应用的越来越广泛，在汽车制造业以及其他机器制造业激光焊接机器人在生产中的作用也越来越大。如何提高焊接机器人的焊缝精度问题以及控制焊缝轨迹已成为激光焊接机器人发展的首要难题。 关键词：激光焊接机器人；焊缝轨迹；控制 0引言 激光作为焊接和切割的新手段应用于工业制造，具有很大发展潜力。在国际汽车工业领域，激光加工技术已广泛得到了应用，激光切割与焊接逐渐成为标准的汽车车身生产工艺．国内也已积极推广应用，但目前主要还是以引进成套激光加工设备为主，用于激光钎焊、激光渗透焊、激光对接焊、白车身激光三维切割和激光金属零件表面热处理[1]. 由于成本考虑，有些汽车厂家则直接进口国外激光加工的零部件．为提升我国汽车制造的技术能力，我们应依靠国内技术能力，自主创新，在更广范围和更深层次上，加快激光加工在制造业的应用发展．车身在整车制造中占有重要地位，不仅车身成本占整车的40％～50﹪，而且对汽车安全、节能、环保和快速换型有重要影响。 人口老龄化不断逼近，各制造业工厂着手进行技术改造工程设计，采用了许多工业机器人，以提高生产线的柔性程度为基础，为制造厂家提供了生产产品多样化，更新转型的可能性．以上汽大众汽车车 身生产车间为例，机器人能独立完成工件的移动搬运、输送、组装夹紧定位，可完成工件的点焊、弧焊、激光焊、打磨、滚边、涂胶等工作．有的工位上把上件、夹具、工具以机器人为中心布置，以便机器人能完成多个工序，实现多品种、不同批量的生产自动化．采用机器人使焊接生产线更具柔性化、自动化，使多种车身成品可在一条车身装焊生产线上制造，实现多车型混线生产．因此，焊接生产线必须很容易地因产品结构、外形的改变而改变，具有较高的柔性程度[2] 。 由于柔性车身焊接生产线可以适应汽车多品种生产及换型的需要，是汽车车身制造自动化的必然趋势，特别是进入上世纪90年代以后，各大汽车厂家都

焊接自动化智能化的关键-焊缝的查找、自动跟踪寻位引导-激光焊缝跟踪传感器

焊接自动化、智能化的关键问题是焊缝的自动查找、自动跟踪寻位-焊缝跟踪传感 1.焊接行业发展趋势 焊接行业是关乎工业制造生产与维护服务的核心行业之一，是大型安装工程建设期间的一项关键工作，其进度直接影响到计划的工期，其质量的好坏直接影响到工程的安全运行和使用寿命，其效率的高低直接影响工程的建造周期和建造成本。为了减少人为因素对焊接质量的影响、提高生产效率就需要使焊接过程更加自动化和智能化，这也是焊接行业发展的必然趋势。 焊接自动化、智能化的关键问题是焊缝的自动查找、自动跟踪，苏州博智慧达自主研发的3D激光焊缝跟踪系统可以轻松获取焊缝位置、焊缝偏转角度、焊缝宽度、高度、深度等信息，并支持市面上大部分机器人品牌的数据通讯，如FANUC、ABB、KUKA、安川、川崎等。将数据实时反馈至上位机，已达到最佳工艺控制要求。

焊缝自动跟踪系统的作用是精确检测出焊缝的位置和形状信息并传递给焊枪（机器人）控制系统，控制系统根据检测结果调整焊枪位置，从而实现焊缝自动跟踪。 2.工作原理 激光焊缝跟踪传感器采用激光三角反射式原理，即激光束被放大形成一条激光线投射到被测物体表面上，反射光透过高质量光学系统，被投射到成像矩阵上，经过计算得到传感器到被测表面的距离（Z轴）和沿着激光线的位置信息（X轴）。移动被测物体或轮廓仪探头，就可以得到一组三维测量值。所获得的信息可用于焊缝搜索定位、焊缝跟踪、自适应焊接参数控制、焊缝成形检测并将信息实时传递到机械手单元，完成各种复杂焊接，避免焊接质量偏差，实现无人化焊接。 传感器通过复杂的程序算法完成对常见焊缝的在线实时检测。对于检测范围、检测能力以及针对焊接过程中的常见问题都有相应的功能设置。设备通过计算检测

电弧传感器焊缝跟踪系统

电弧传感器焊缝跟踪系统 1 前言 随着电弧传感技术的发展，焊缝跟踪引入了电弧传感技术，电弧传感器作为一种实时传感的器件与其它类型的传感器相比，具有结构较简单、成本低和响应快等特点，是焊接传感器的一个重要的发展方向，具有强大的生命力和应用前景主要应用在两方面：一方面主要用在弧焊机器人上，另一方面主要用在带有十字滑块的自动焊上。本文对国内外焊缝跟踪系统电弧传感技术、信号处理技术和控制技术的研究现状分别做一介绍，在此基础上总结出一套较为先进的焊缝跟踪系统的实施方案，为焊缝跟踪系统研制提供依据。 2、电弧传感焊缝跟踪技术的发展状况 2.1 电弧传感器发展概述 焊缝自动跟踪方面，传感器提供着系统赖以进行处理和控制所必须的有关焊缝的信息。我们研究电弧传感器就是要从焊接电弧信号中提取出能够实时并准确反映焊炬与焊缝中心的偏移变化信号，并将此信号采集出来，作为气体保护焊焊缝自动跟踪系统的输入信号，即气体保护焊焊缝自动跟踪系统的传感信号。 目前，国际、国内焊接界对电弧传感器的研究非常活跃，用于焊缝跟踪的电弧传感器主要有以下几种类型: (1)并列双丝电弧传感器。利用两个彼此独立的并列电弧对工件施焊，当焊枪的中心线未对准坡口中心时，其作用焊丝具有不同的干伸长度，对于平外特性电源将造成两个电流不相等，因此根据两个电流差值即可判别焊炬横向位置并实现跟踪。 (2)旋转扫描电弧传感器。在带有焊丝导向的喷嘴旋转时，旋转速度与焊接电流之间存在一定的关系。高速旋转电弧传感器可用于厚板间隙及角接焊缝的跟踪，在结构上比摆动式电弧传感器复杂，还需要在焊接工艺、信息处理等方面进行深入的研究。 (3)焊炬摆动式电弧传感器。当电弧在坡口中摆动时，焊丝端部与母材之间距离随焊炬对中位置而变化，它会引起焊接电流与电压的变化。由于受机械方面限制，摆动式电弧传感器的摆动频率一般较低，限制了在高速和薄板搭接接头焊接中的应用。在弧焊其他参数相同的条件下，摆动频率越高，摆动式电弧传感器的灵敏度越高。 2.2 电弧传感器的工作原理 电弧传感器的基本原理是：利用焊炬与工件之间距离变化引起的焊接参数变化来探测焊炬高度和左右偏差，在等速送丝调节系统中，送丝速度恒定，焊接电源一般采用平或缓降的外特性，在这种情况下，焊接电流将随着电弧长度的变化而变化。电弧传感器的工作原理如图1所示。 L为电源外特性曲线，在稳定焊接状态时，电弧工作点为A0，弧长L0 ，电流I0 ，当焊炬与工件表面距离发生阶跃变化增大时.弧长突然被拉长为L1.此时干伸长还来不及变化，电弧在新的工作点A1.燃烧，电流突变为I1，电流瞬时变化为△I1反之亦然。从上述分析可以得出，电弧位置的变化将引起电弧长度的变化，焊接电流也相应变化，从而可以判断焊炬与焊缝间的相对位置。 2.3 电弧传感器的数学模型 控制系统包括控制器和对象二大部分，其中被控对象的动态特性是主要的，所以建立被控对象的数学模型是所有工作的第一步，所谓“系统建模”，就是对软件中过程的抽象描述。 常用的建模方法有：a机理分析法;b统计建模法;c神经网络建模法;d智能建模法。 我们在这要分析的是旋转电弧焊炬长度和焊接电流之间的数学模型H(s)—I(s)，其中输入量是弧长，输出量是实时的焊接电流。虽然不同系统中具体的结果各异，但结果均为二阶的对应关系。根据文献有如下结论： 设G(s)为焊炬高度H(s)到电流I(s)的传递函数，则它在理论上可表示为：

焊缝跟踪的实时跟踪控制算法

焊缝跟踪的控制算法 （一）理论模型 虚线 Y( t )为焊炬的跟踪调节曲线, 可视作系统执行机构的输出量,即 ： ()()t Y t S t dt =? 传感器在焊缝坡口 B 点的偏移量e1（t ）实际上是 R ( t )曲线上B 点相对于 Y( t )上 A 点的偏差量,即 1()()()()()t e t R t Y t R t S t dt τ τ-=--=-? 设焊接速度V ( mm/ s)，则焊接点 A 滞后检测点B 时间为：V λ τ= （s ） 再设()S τ是焊炬从t τ-时刻到t 时刻的调节量,即: ()()t t S S t dt τ τ-=? 则焊炬行走 时间后与坡口中心的实际误差应为: ()1()()1()()t t e t e t S e t S t dt τ τ-=-=-? 理论上 ,只要知道机械系统的传递函数, ()S τS 便可 知道 ,但实际系统 的传输 函数 往往很难准确得到,因此△S 直接求解比较困难 焊接起始点 实际焊缝的坡口中心曲线 焊枪的跟踪曲线

（二）由模型得出的简易控制算法 实际的焊缝跟踪过程中，视觉系统提供的位置偏差是经过传感器经过一帧一帧的图像采 集后，再经过一系列的图像处理，最终得出位置偏差信息提供给控制器。因此，需做以下设定： (1) 位置请求指令发送时间间隔和执行机构调整时间间隔同步； (2) 在每次位置请求时，在上一调整周期内焊枪已完成所需的调整量； (3) λ为采样间隔点的整数倍。 设O 点为初始参考点，O 0为焊枪开始纠正起始点，从O 点到O 0点，视觉传感器只做图像采集，焊枪并不进行跟踪，这一段距离属于“盲区”。i e 为每次识别的坡口中心点与初始参考点之间的差值，i m 为每一步的焊枪实际跟踪量。 系统焊枪实时跟踪量m i 的算法为： 1 () i i i a i i a m e m ---=-∑ （ i=a ，a+1， ···，n ） 焊接方向

电弧传感器焊缝跟踪系统

电弧传感器焊缝跟踪系统 2、电弧传感焊缝跟踪技术的发展状况 2、1 电弧传感器发展概述 焊缝自动跟踪方面，传感器提供着系统赖以进行处理和控制所必须的有关焊缝的信息。我们研究电弧传感器就是要从焊接电弧信号中提取出能够实时并准确反映焊炬与焊缝中心的偏移变化信号，并将此信号采集出来，作为气体保护焊焊缝自动跟踪系统的输入信号，即气体保护焊焊缝自动跟踪系统的传感信号。 目前，国际、国内焊接界对电弧传感器的研究非常活跃，用于焊缝跟踪的电弧传感器主要有以下几种类型: (1)并列双丝电弧传感器。利用两个彼此独立的并列电弧对工件施焊，当焊枪的中心线未对准坡口中心时，其作用焊丝具有不同的干伸长度，对于平外特性电源将造成两个电流不相等，因此根据两个电流差值即可判别焊炬横向位置并实现跟踪。 (2)旋转扫描电弧传感器。在带有焊丝导向的喷嘴旋转时，旋转速度与焊接电流之间存在一定的关系。高速旋转电弧传感器可用于厚板间隙及角接焊缝的跟踪，在结构上比摆动式电弧传感器复杂，还需要在焊接工艺、信息处理等方面进行深入的研究。 (3)焊炬摆动式电弧传感器。当电弧在坡口中摆动时，焊丝端部与母材之间距离随焊炬对中位置而变化，它会引起焊接电流与电压的变化。由于受机械方面限制，摆动式电弧传感器的摆动频

率一般较低，限制了在高速和薄板搭接接头焊接中的应用。在弧焊其他参数相同的条件下，摆动频率越高，摆动式电弧传感器的灵敏度越高。 2、2 电弧传感器的工作原理 电弧传感器的基本原理是：利用焊炬与工件之间距离变化引起的焊接参数变化来探测焊炬高度和左右偏差，在等速送丝调节系统中，送丝速度恒定，焊接电源一般采用平或缓降的外特性，在这种情况下，焊接电流将随着电弧长度的变化而变化。电弧传感器的工作原理如图1所示。 L为电源外特性曲线，在稳定焊接状态时，电弧工作点为 A0，弧长L0 ，电流I0 ，当焊炬与工件表面距离发生阶跃变化增大时、弧长突然被拉长为L1、此时干伸长还来不及变化，电弧在新的工作点A1、燃烧，电流突变为I1，电流瞬时变化为△I1反之亦然。从上述分析可以得出，电弧位置的变化将引起电弧长度的变化，焊接电流也相应变化，从而可以判断焊炬与焊缝间的相对位置。 2、3 电弧传感器的数学模型 控制系统包括控制器和对象二大部分，其中被控对象的动态特性是主要的，所以建立被控对象的数学模型是所有工作的第一步，所谓“系统建模”，就是对软件中过程的抽象描述。 常用的建模方法有：a机理分析法;b统计建模法;c神经网络建模法;d智能建模法。

弧焊机器人焊缝跟踪方法的研究现状

弧焊机器人焊缝跟踪方法的研究现状 摘要：本文首先对在工业中的应用情况作了简要的介绍，然后较全面的介绍了弧焊机器人的各种焊缝跟踪方法，重点论述了视觉方法在焊缝跟踪中的研究现状。关键词：弧焊机器人焊缝跟踪研究现状 前言 随着科技水平的进步，人们对焊接质量的要求也越来越高。而人工焊接时，由于受到技术水平、疲劳程度、责任心、生理极限等客观和主观因素的应影响，难以较长时间保持焊接工作的稳定性和一致性。而且，由于焊接恶劣的工作条件，愿意从事手工焊接的人在减少，熟练的技术工人更有短缺的趋势。另一方面，电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为焊接过程的自动化提供了有利的条件，并已渗透到焊接的各个领域。 近年来，焊接自动化程度在不断的增加，2000年时，中国焊接生产的机械化自 动化率,按熔敷金属计算约为30%,而发达国家的焊接自动化率已经达到65%以上[1]。焊接自动化生产已是必然的趋势。焊接机器人是焊接自动化的革命性的进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化的生产方式[2]。 目前，用于工业生产的弧焊机器人主要是示教再现型机器人，在机器人弧焊过程中，它们可以在其工作空间内高精度重复已经示教的动作。但这也带来一定的局限性，那就是应变能力很差，对工件的装配精度要求较严，重复性要好。如果焊接条件基本稳定，则机器人能够保证焊接质量。但在实际焊接过程中，因为机器人工作时为了避免发生危险，操作人员不准或不宜进入机器人的工作区域，使得操作者不能近距离实时监视焊接过程并作必要的调节控制，所以当实际的焊接条件发生变化时，例如焊接过程中的工件在加工、装配过程中的尺寸误差和位置偏差以及工件加热变形等因素的变化会使接头位置偏离所示教的路径，这样会造成焊接质量下降甚至失败。所以精确的焊缝跟踪是保证焊接质量的关键，它是实现焊接过程自动化的重要研究方向。 1 弧焊机器人在焊接中的应用现状 自从60年代机器人进入工业领域以来，发展较为迅速。预计从1999-2003年，世界实际装备工业机器人数量将由1999年的743,000台增加到892,000台，其中在“机器人王国”日本有370，000台，世界其他地区通用工业机器人的实际装备数量将由340,000台增加到508,000台。在美国，实际装备通用工业机器人的数量2003年将达到155,000台，欧洲达到262,000台[3] ，其中半数以上为焊接机器人。 焊接是工业机器人应用最重要的领域之一，随着国外对工业机器人在焊接方面的研究应用，我国也开始了焊接机器人的研究应用。在数量上，根据到2001年的统计，全国共有焊接机器人1040台(不包括港、澳、台)，其中弧焊机器多于点焊机器人。汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的

焊缝自动跟踪系统的设计

焊缝自动跟踪系统的设计 0804104班曲竹闽张宁 一、设计内容 有一块铁板上有一条裂缝，要求设计一套装置，能够自动沿缝运动，以便将裂缝焊好。设计过程中应充分考虑焊接时产生的光和热对系统运行的影响，设计的装置能够沿缝从头到尾运动一边就认为可以把焊缝焊好。设置的装置能适应的铁板尺寸由设计者确定，但原则上应适应任意裂缝。系统工作前可人工辅助，但一旦工作应自动完成任务。 二、摘要 本论文将设计一套可以自动跟踪焊缝的焊接系统，详细讨论焊接过程中常用的机械结构、传感器、执行机构、控制方法等问题，并详细叙述系统中各部件的选择和整套系统的工作过程和工作原理。 关键字：自动跟踪传感器执行机构控制系统 三、正文 （一）系统功能概述 本套系统只设置了一个开关，即启动系统开关。在焊接之前，需要人为将需要焊接的有裂缝的铁板放置在焊接平台上，并用固定装 置加以固定。之后开启启动系统开关，系统会自动初始化，并将焊 接小车（焊枪和传感器等装置固定在一起形成的装置）运动到（0， 0）点。之后系统开始扫描，扫描过程中系统会驱动焊接小车扫描铁 板，扫描结束后，系统会自动驱动焊接小车回到（0，0）点。焊接 小车返回零点后，系统会自动开始焊接。焊接过程中系统会驱动小 车沿焊缝运动，直至焊接小车运动到铁板边沿。焊接技术后，系统 自动回到初始化状态，等待下一次指令。使用者可等待铁板冷却后 松开夹紧装置，将铁板取下。 （二）系统设计方案 在焊接系统设计的过程中，我们考虑到焊接时会产生大量的热和强光，会对系统造成十分强烈的干扰，所以在自动跟踪系统的传感器方面， 我们选择了非接触式传感器，以避免由于焊接过程中产生的光和热影响 传感器的正常工作。然而，由于焊接环境不确定，使用何种焊接工艺亦 不确定，所以我们根据所查资料，设计了2套自动跟踪焊缝的焊接系统，以便使用者根据不同的情况加以选择。2套焊接系统的主体结构均相同，只是在传感器的选择方面一种使用了超声波传感器，而另一种使用了 CCD光学传感器。 方案一： 如图1所示，本焊接系统为双层长方体结构，长1米，宽0.5米，高1米。下层为平面工作台，工作台上配有相应的机械夹紧装置，以保证 在焊接过程中铁板的稳定性；上层为两条相互垂直的导轨机构，分别为 x方向导轨和y方向导轨，用于系统的坐标定位。焊接小车固定在y方向 导轨之上，而y方向导轨可沿x方向导轨在x方向水平自由运动，这样

激光跟踪焊接机器人系统技术方案

顺开机械手弧焊工作站 技术方案 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 2009年7月

第一章方案概述 1.方案设计依据 甲方所提出的要求以及图片； 2.项目条件和要求 ?焊接工件名称：箱体总成最大 1000mm*1000mm*1800mm（W*L*H）（长度、宽度和 高度均有变化）。 ?材料：不锈钢；厚度：δ＝3 mm； ?焊接方法：机器人MAG焊接方式； ?设备规划： 配置1套机器人及MAG焊接系统、1套机器人滑台、1台单轴变位机，1套机器人焊接夹具，激光检测和跟踪系统等。具体见设备布局参考图。 第二章焊接工艺分析 1.箱体工序划分： 工序1、人工点固工件（组焊夹具甲方设计制造，甲方自备焊接设备，箱体共4个部件）； 示图：

工序2、人工将工件装在变位机夹具上，机器人焊接。焊接完成后人工卸件。 示图：机器人焊接如图所示的焊缝 2.焊接工艺（MAG）： 1)焊丝直径选用Φ0.8-Φ1.0mm； 2)机器人MIG焊接的平均焊接速度取：6-8 mm/秒； 3)每条焊缝的机器人焊接辅助时间，即机器人平均移动时间取：3秒（包括机器 人变换姿态、加减速、空程运动时间，及焊接起弧、收弧时间）； 第三章系统总体方案 1.方案总体介绍 本方案采用KUKA KR16L/6机器人和弗尼斯的TPS4000焊接系统，通过sevorobot 的DIGI-I激光传感器检测焊缝的位置进行焊接，并增加激光跟踪系统随时对焊接进行修正。 机器人夹具放在单轴变位机上，机器人安装在外部轴滑台上，保证焊接的姿态。 经过仿真：目前需用的机器人基本上可以满足最长1800的焊接。 关于夹具能适应多品种的问题：目前认为一套夹具可以通用，由于工件宽度及高度变动范围太大，为了适应有些型号的工件焊接，需要手工更换夹具上的部分底座。

弧焊机器人焊缝跟踪方法的分析研究现状

弧焊机器人焊缝跟踪方法的研究现状 发布时间：2018-04-09 摘要：近年来，焊接自动化程度在不断的增加，2000年时，中国焊接生产的机械化自动化率,按熔敷金属计算约为30%,而发达国家的焊接自动化率已经达到65%以上[1]。焊接自动化生产已是必然的趋势。焊接机器人是焊接自动化的革命性的进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化的生产方式[2]。 近年来，焊接自动化程度在不断的增加，2000年时，中国焊接生产的机械化自动化率,按熔敷金属计算约为30%,而发达国家的焊接自动化率已经达到65%以上[1]。焊接自动化生产已是必然的趋势。焊接机器人是焊接自动化的革命性的进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化的生产方式[2]。目前，用于工业生产的弧焊机器人主要是示教再现型机器人，在机器人弧焊过程中，它们可以在其工作空间内高精度重复已经示教的动作。但这也带来一定的局限性，那就是应变能力很差，对工件的装配精度要求较严，重复性要好。如果焊接条件基本稳定，则机器人能够保证焊接质量。但在实际焊接过程中，因为机器人工作时为了避免发生危险，操作人员不准或不宜进入机器人的工作区域，使得操作者不能近距离实时监视焊接过程并作必要的调节控制，所以当实际的焊接条件发生变化时，例如焊接过程中的工件在加工、装配过程中的尺寸误差和位置偏差以及工件加热变形等因素的变化会使接头位置偏离所示教的路径，这样会造成焊接质量下降甚至失败。所以精确的焊缝跟踪是保证焊接质量的关键，它是实现焊接过程自动化的重要研究方向。1 弧焊机器人在焊接中的应用现状自从60年代机器人进入工业领域以来，发展较为迅速。预计从1999-2003年，世界实际装备工业机器人数量将由1999年的743,000台增加到892,000台，其中在“机器人王国”日本有370，000台，世界其他地区通用工业机器人的实际装备数量将由340,000台增加到508,000台。在美国，实际装备通用工业机器人的数量2003年将达到155,000台，欧洲达到262,000台[3] ，其中半数以上为焊接机器人。焊接是工业机器人应用最重要的领域之一，随着国外对工业机器人在焊接方面的研究应用，我国也开始了焊接机器人的研究应用。在数量上，根据到2001年的统计，全国共有焊接机器人1040台(不包括港、澳、台>，其中弧焊机器多于点焊机器人。汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占全部焊接机器人的76%，是我国焊接机器人最主要的用户。汽车制造厂的点焊机器人多，弧焊机器人少。而汽车零部件厂则相反[4] 。焊接机器人的技术水平在不断的进步，目前，焊接机器人几乎全部采用交流伺服电机驱动，这种电机因为没有电刷，故障率很低。控制器中普遍采用32位的计算机，除可以控制机器人本体的5-6个轴外，还可以使外围设备和机器人协调联动。在2004年的中国焊接会议上，日本安川公司的新型焊接机器人控制器NX100技术中，一台控制器能同时控制四台机器人共36轴(每台机器人有本体6个轴，3个外部轴>，并且使用软PLC对周围装置进行控制。示教盒也采用了功能强大的Windows CE操作系统。配套焊接系统也有很多新的进展，在1993年的埃森展览会上，日本松下公司把旋转电弧焊技术用于弧焊机器人。由于采用旋转电弧焊时，焊丝能够以50HZ以上的频率旋转，所以用这种技术进行焊缝跟踪时，其跟踪精度比机器人经常采用的摆动焊(摆动频率小于10HZ>要高的多。该公司还于1993年首先销售在控制柜中内藏焊机的机器人，依靠数字通讯技术实现焊机和机器人的

激光焊接机器人焊缝跟踪方法

激光焊接机器人焊缝跟踪控制方法 陈智龙120160033 摘要：当前激光焊接机器人在实际的工业生产中应用的越来越广泛，在汽车制造业以及其他机器制造业激光焊接机器人在生产中的作用也越来越大。如何提高焊接机器人的焊缝精度问题以及控制焊缝轨迹已成为激光焊接机器人发展的首要难题。 关键词：激光焊接机器人；焊缝轨迹；控制 0引言 激光作为焊接和切割的新手段应用于工业制造，具有很大发展潜力。在国际汽车工业领域，激光加工技术已广泛得到了应用，激光切割与焊接逐渐成为标准的汽车车身生产工艺．国内也已积极推广应用，但目前主要还是以引进成套激光加工设备为主，用于激光钎焊、激光渗透焊、激光对接焊、白车身激光三维切割和激光金属零件表面热处理[1]. 由于成本考虑，有些汽车厂家则直接进口国外激光加工的零部件．为提升我国汽车制造的技术能力，我们应依靠国内技术能力，自主创新，在更广范围和更深层次上，加快激光加工在制造业的应用发展．车身在整车制造中占有重要地位，不仅车身成本占整车的40％～50﹪，而且对汽车安全、节能、环保和快速换型有重要影响。 人口老龄化不断逼近，各制造业工厂着手进行技术改造工程设计，采用了许多工业机器人，以提高生产线的柔性程度为基础，为制造厂家提供了生产产品多样化，更新转型的可能性．以上汽大众汽车车 身生产车间为例，机器人能独立完成工件的移动搬运、输送、组装夹紧定位，可完成工件的点焊、弧焊、激光焊、打磨、滚边、涂胶等工作．有的工位上把上件、夹具、工具以机器人为中心布置，以便机器人能完成多个工序，实现多品种、不同批量的生产自动化．采用机器人使焊接生产线更具柔性化、自动化，使多种车身成品可在一条车身装焊生产线上制造，实现多车型混线生产．因此，焊接生产线必须很容易地因产品结构、外形的改变而改变，具有较高的柔性程度[2] 。 由于柔性车身焊接生产线可以适应汽车多品种生产及换型的需要，是汽车车身制造自动化的必然趋势，特别是进入上世纪90年代以后，各大汽车厂家都在考虑车身焊接生产线柔性化。 1激光焊接与自动控制技术 焊接机器人在汽车装焊生产线上采用的数量及机器人类型（载荷能力、自由度数、工作方式等），反映焊接生产线柔性程度和生产水平。为充分发挥激光加工精益、敏捷和柔性的技术优势，基于激光的安全特性，以工业机器人为基础，将激光设备与工业机器人、安全工作场所进行软硬件耦合是激光技术工业应用的解决方案。 在汽车生产工厂，一个比较完整的激光焊工位包含的主要设备有8种：Laserline激光源、Fnius送丝机构、高精度KUKA机器人、Scansonic-ALO自适应激光加工镜头、QS400激光加工镜组防撞系统、LLK激光光缆、Rediel加工镜头

机器人焊接智能化技术

1. 引言 随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势[1 -8]。目前，采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点，受到人们越来越多的重视。在焊接生产中采用机器人技术，可以提高生产率、改善劳动条件、稳定和保证焊接质量、实现小批量产品的焊接自动化[9]。 从60年代诞生和发展到现在，焊接机器人的研究经历了三个阶段，即示教再现阶段、离线编程阶段和自主编程阶段。随着计算机控制技术的不断进步，使焊接机器人由单一的单机示教再现型向多传感、智能化的柔性加工单元（系统）方向发展，实现由第二代向第三代的过渡将成为焊接机器人追求的目标[9,10]。 目前，国内外大量应用弧焊机器人系统从整体上看基本都属于第一代或准二代的焊接由于焊接路径和焊接参数是根据实际作业条件预先设置的，在焊接时缺少外部信息传感和实时调整控制功能，这类弧焊机器人对焊接作业条件的稳定性要求严格，焊接时缺乏“柔性”，表现出明显的缺点。在实际弧焊过程中，焊接条件是经常变化的，如加工和装配上的误差会造成焊缝位置和尺寸的变化，焊接过程中工件受热及散热条件改变会造成焊道变形和熔透不均[9,1 2]。为了克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响，提高机器人作业的智能化水平和工作的可靠性，要求弧焊机器人系统不仅能实现空间焊缝的自动实时跟踪，而且还能实现焊接参数的在线调整和焊缝质量的实时控制。 2. 机器人焊接智能化技术的主要构成

现代焊接技术具有典型的多学科交叉融合特点[5,11]，采用机器人焊接则是相关学科技术成果的集中体现。将智能化技术引入焊接机器人所涉及的主要技术构成可见图1 所示。其中包括： 1）焊接机器人对于焊接任务的自主规划技术； 2）焊接机器人的运动轨迹控制技术； 3）焊接动态过程的信息传感、建模与智能控制技术； 4）机器人焊接系统的集成与控制，将上述焊接任务规划、轨迹跟踪控制、传感系统、过程模型、智能控制等子系统的软硬件集成设计、统一优化调度与控制，涉及焊接柔性制造系统的物料流、信息流的管理与控制，多机器人与传感器、控制器的多智能单元与复杂系统的控制等。 下面对以上相关方面的主要技术研究与发展现状分别作简要叙述。

激光视觉引导机器臂焊缝跟踪系统应用分析

激光视觉引导机器臂焊缝跟踪系统应用分析 摘要：在实现焊接自动化的过程中，焊缝自动跟踪技术是十分关键的一点。本 文以弧焊机器人系统为例，在其传统的模式上，设计了一种由激光视觉所引导的 机器臂焊缝跟踪系统。本文在了解激光焊缝跟踪系统结构的基础上，进一步分析 了激光焊缝对于图像的处理以及激光焊缝跟踪控制算法，并最终从对实验结果的 分析过程中证明了激光视觉焊缝跟踪系统具有十分广阔的应用前景。 关键词：激光视觉；机器臂；焊缝跟踪系统；应用 1.引言 近几年，我国的金属制造业发展十分迅速。在加工金属的过程中，应用最为 普遍的加工方法是焊接技术，随着金属制造业的大幅度增加，实现自动化的金属 加工具有十分重要的意义。焊缝跟踪技术具有十分显著的作用，主要包括：一是 可以对焊缝的位置信息进行实时的传送；二是让焊炬的运动控制这一模块变成一 种自适应的闭环焊接系统，正是由于其所具有的上述优点，所以国内外相关企业 以及研究机构都对这一技术进行了连续的研究，并在研究的过程中不断开发新的 传感器以及焊缝跟踪技术。 现阶段视觉传感技术在检测图像以及控制运动等方面依然是使用的计算机平台，因此在控制软件开发的过程中存在很大的难度。为解决这一问题，有研究者 提出对于图片的处理通过可编程控制器 FPGA 或者是单片机平台进行，但是经过 实验发现这两种方法都存在低速以及低精度的弊端，此外，对于这些跟踪系统来说，其对检测到的跟踪偏移量信息的通信过程是依靠一些比较繁琐的通信协议完 成的，因此很难方便的连接到行业内部的主流焊接设备系统，也就是说，这些方 法在实际应用中存在着一定的限制。 对于激光视觉所引导的传感跟踪技术来说，其特点主要包括以下几点：第一 点是该技术包含大量的信息；第二点该技术其可以实现在垂直以及水平双维度上 的跟踪；第三点是该技术具有比较高的灵敏度与精确度；第四点是因为该技术不 接触被焊工件因而其适合任何一种破口的形状，适用性比较好。正是因为激光视 觉所引导的传感跟踪技术解决了传统的电弧传感方法以及机械传感方法的弊端， 因为其在现实生活中的应用前景是十分广阔的。 本文在了解激光焊缝跟踪系统结构的基础上，进一步分析了激光焊缝对于图 像的处理以及激光焊缝跟踪控制算法，并最终从对实验结果的分析过程中证明了 激光视觉焊缝跟踪系统具有十分广阔的应用前景。 2.激光焊缝跟踪系统的结构 本研究中所研究的机器人系统主要部分有以下几个：其一是工业机器人本体；其二是ASNAC- XRC 控制柜；其三是Motoweld- S350 焊机，此外该系统还包括以 下几种外部设备：其一是机器人供电系统；其二是双轴变位机；其三是送丝机构等。本研究主要是在原有的机器人系统上增设了一套激光图像传感子系统，可以 在实际的工作中监测焊缝的位置偏差情况。激光焊缝跟踪系统的结构图如图1所示。 图1 激光焊缝跟踪系统的结构图 该激光焊缝跟踪系统的工作流程主要如图2所示。 图2 激光焊缝跟踪系统的工作流程