弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤方法的研究現(xiàn)狀

1、本文由雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)振動(dòng)流化床干燥機(jī)聯(lián)合整理發(fā)布弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤方法的研究現(xiàn)狀摘要：本文首先對(duì)在工業(yè)中的應(yīng)用情況作了簡(jiǎn)要的介紹，然后較全面的介紹了弧焊機(jī)器人的各種焊縫跟蹤方法，重點(diǎn)論述了視覺方法在焊縫跟蹤中的研究現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤研究現(xiàn)狀前言隨著科技水平的進(jìn)步，人們對(duì)焊接質(zhì)量的要求也越來越高。而人工焊接時(shí)，由于受到技術(shù)水平、疲勞程度、責(zé)任心、生理極限等客觀和主觀因素的應(yīng)影響，難以較長(zhǎng)時(shí)間保持焊接工作的穩(wěn)定性和一致性。

2、而且，由于焊接惡劣的工作條件，愿意從事手工焊接的人在減少，熟練的技術(shù)工人更有短缺的趨勢(shì)。另一方面，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展為焊接過程的自動(dòng)化提供了有利的條件，并已滲透到焊接的各個(gè)領(lǐng)域。近年來，焊接自動(dòng)化程度在不斷的增加，2000年時(shí)，中國(guó)焊接生產(chǎn)的機(jī)械化自動(dòng)化率按熔敷金屬計(jì)算約為30%而發(fā)達(dá)國(guó)家的焊接自動(dòng)化率已經(jīng)達(dá)到65%以上[1]。焊接自動(dòng)化生產(chǎn)已是必然的趨勢(shì)。焊接機(jī)器人是焊接自動(dòng)化的革命性的進(jìn)步，它突破了焊接剛性

3、自動(dòng)化的傳統(tǒng)方式，開拓了一種柔性自動(dòng)化的生產(chǎn)方式[2]。目前，用于工業(yè)生產(chǎn)的弧焊機(jī)器人主要是示教再現(xiàn)型機(jī)器人，在機(jī)器人弧焊過程中，它們可以在其工作空間內(nèi)高精度重復(fù)已經(jīng)示教的動(dòng)作。但這也帶來一定的局限性，那就是應(yīng)變能力很差，對(duì)工件的裝配精度要求較嚴(yán)，重復(fù)性要好。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。但在實(shí)際焊接過程中，因?yàn)闄C(jī)器人工作時(shí)為了避免發(fā)生危險(xiǎn)，操作人員不準(zhǔn)或不宜進(jìn)入機(jī)器人的工作區(qū)域，使得操作者不能近距離實(shí)時(shí)監(jiān)視焊接過程并

4、作必要的調(diào)節(jié)控制，所以當(dāng)實(shí)際的焊接條件發(fā)生變化時(shí)，例如焊接過程中的工件在加工、裝配過程中的尺寸誤差和位置偏差以及工件加熱變形等因素的變化會(huì)使接頭位置偏離所示教的路徑，這樣會(huì)造成焊接質(zhì)量下降甚至失敗。所以精確的焊縫跟蹤是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，它是實(shí)現(xiàn)焊接過程自動(dòng)化的重要研究方向。1弧焊機(jī)器人在焊接中的應(yīng)用現(xiàn)狀自從60年代機(jī)器人進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域以來，發(fā)展較為迅速。預(yù)計(jì)從19992003年，世界實(shí)際裝備工業(yè)機(jī)器人數(shù)量將由1999年的743000臺(tái)增

5、加到892000臺(tái)，其中在“機(jī)器人王國(guó)”日本有370，000臺(tái)，世界其他地區(qū)通用工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際裝備數(shù)量將由340000臺(tái)增加到508000臺(tái)。在美國(guó)，實(shí)際裝備通用工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量2003年將達(dá)到155000臺(tái)，歐洲達(dá)到262000臺(tái)[3]，其中半數(shù)以上為焊接機(jī)器人。焊接是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最重要的領(lǐng)域之一，隨著國(guó)外對(duì)工業(yè)機(jī)器人在焊接方面的研究應(yīng)用，我國(guó)也開始了焊接機(jī)器人的研究應(yīng)用。在數(shù)量上，根據(jù)到2001年本文由雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)振動(dòng)流化

6、床干燥機(jī)聯(lián)合整理發(fā)布器的擺動(dòng)頻率（10Hz以下），所以提高了檢測(cè)靈敏度，改善了焊縫跟蹤的精度，且可以提高焊接速度，使焊道平滑等。旋轉(zhuǎn)電弧傳感器通常采用偏心的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而采用空心軸電機(jī)的機(jī)構(gòu)能有效的減小傳感器的體積，如圖1所示。圖1旋轉(zhuǎn)電弧傳感器[6]電弧傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：傳感器基本不占額外的空間，焊槍的可達(dá)性好不受電弧光、磁場(chǎng)、飛濺、煙塵的干擾，工作穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)不存在傳感器和電弧間的距離，且信號(hào)處理也比較簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好不需要附加裝置和

7、附加裝置成本低，因而電弧傳感器的價(jià)格低所以電弧傳感器獲得了廣泛的應(yīng)用，目前是機(jī)器人弧焊中用的最多的傳感器，已經(jīng)稱為大部分弧焊機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)配置。電弧傳感器的缺點(diǎn)是對(duì)薄板件的對(duì)接和搭接接頭，很難跟蹤。用于焊縫跟蹤的非接觸式傳感器很多主要有電磁傳感器、超聲波傳感器、溫度場(chǎng)傳感器及視覺傳感器等。其中以視覺傳感器最引人注目，由于視覺傳感器所獲得的信息量大，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理的最新技術(shù)成果，大大增強(qiáng)了弧焊機(jī)器人的外部適應(yīng)能力。視覺傳感器采用的

8、光電轉(zhuǎn)換器件最簡(jiǎn)單的是單元感光器件，如光電二極管等；其次是一維的感光單元線陣，如線陣CCD(電荷耦合器件)；應(yīng)用最多的是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的二維感光單元面陣，如面陣CCD，是二維圖像的常規(guī)感光器件它代表著目前傳感器發(fā)展的最新階段，因而應(yīng)用日益廣泛。在焊接機(jī)器人各種視覺傳感器中，CCD傳感器因其性能可靠、體積小、價(jià)格低、圖像清晰直觀而受到了普遍重視。特別是80年代以來，CCD與高性能的微機(jī)相結(jié)合產(chǎn)生的焊縫跟蹤系統(tǒng)使焊縫跟蹤的研究跨上了一個(gè)新的臺(tái)階

9、。在弧焊過程中，由于存在弧光、電弧熱、飛濺、以及煙霧等多種強(qiáng)烈的干擾。是每一種視覺傳感方法都需要解決的問題。根據(jù)焊接機(jī)器人視覺焊系統(tǒng)的工作方式不同，可將用于焊接機(jī)器人視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)的視覺傳感器分為：結(jié)構(gòu)光式、激光掃描式和直接拍攝電弧式。其中結(jié)構(gòu)光式和激光掃描式屬于主動(dòng)視覺的方法。使用激光束因?yàn)榧杏谝稽c(diǎn)，抗干擾性能更好一些。文獻(xiàn)[7]中所提到的采用CCD攝像機(jī)、激光二級(jí)管與掃描透鏡相配合組成的視覺系統(tǒng)，如圖2示，是比較典型的激光掃描應(yīng)