激光焊接機器人焊縫跟蹤方法

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1、激光焊接機器人焊縫跟蹤控制方法陳智龍120160033摘要：當前激光焊接機器人在實際的工業(yè)生產(chǎn)中應用的越來越廣泛，在汽車制造業(yè)以及其他機器制造業(yè)激光焊接機器人在生產(chǎn)中的作用也越來越大。如何提高焊接機器人的焊縫精度問題以及控制焊縫軌跡已成為激光焊接機器人發(fā)展的首要難題。關鍵詞：激光焊接機器人；焊縫軌跡；控制0引言激光作為焊接和切割的新手段應用于工業(yè)制造，具有很大發(fā)展?jié)摿?。在國際汽車工業(yè)領域，激光加工技術已廣泛得到了應用，激光切割與焊接逐漸成為標準的汽車車身生產(chǎn)工藝．國內(nèi)也已積極推廣應用，但目前主要還是以引進成套激光加工設備為主，用于激光釬焊、激光滲透焊、激光對接焊

2、、白車身激光三維切割和激光金屬零件表面熱處理[1].由于成本考慮，有些汽車廠家則直接進口國外激光加工的零部件．為提升我國汽車制造的技術能力，我們應依靠國內(nèi)技術能力，自主創(chuàng)新，在更廣范圍和更深層次上，加快激光加工在制造業(yè)的應用發(fā)展．車身在整車制造中占有重要地位，不僅車身成本占整車的40％～50﹪，而且對汽車安全、節(jié)能、環(huán)保和快速換型有重要影響。人口老齡化不斷逼近，各制造業(yè)工廠著手進行技術改造工程設計，采用了許多工業(yè)機器人，以提高生產(chǎn)線的柔性程度為基礎，為制造廠家提供了生產(chǎn)產(chǎn)品多樣化，更新轉(zhuǎn)型的可能性．以上汽大眾汽車車身生產(chǎn)車間為例，機器人能獨立完成工件的移動搬運、

3、輸送、組裝夾緊定位，可完成工件的點焊、弧焊、激光焊、打磨、滾邊、涂膠等工作．有的工位上把上件、夾具、工具以機器人為中心布置，以便機器人能完成多個工序，實現(xiàn)多品種、不同批量的生產(chǎn)自動化．采用機器人使焊接生產(chǎn)線更具柔性化、自動化，使多種車身成品可在一條車身裝焊生產(chǎn)線上制造，實現(xiàn)多車型混線生產(chǎn)．因此，焊接生產(chǎn)線必須很容易地因產(chǎn)品結構、外形的改變而改變，具有較高的柔性程度[2]。由于柔性車身焊接生產(chǎn)線可以適應汽車多品種生產(chǎn)及換型的需要，是汽車車身制造自動化的必然趨勢，特別是進入上世紀90年代以后，各大汽車廠家都在考慮車身焊接生產(chǎn)線柔性化。1激光焊接與自動控制技術焊接機器

4、人在汽車裝焊生產(chǎn)線上采用的數(shù)量及機器人類型（載荷能力、自由度數(shù)、工作方式等），反映焊接生產(chǎn)線柔性程度和生產(chǎn)水平。為充分發(fā)揮激光加工精益、敏捷和柔性的技術優(yōu)勢，基于激光的安全特性，以工業(yè)機器人為基礎，將激光設備與工業(yè)機器人、安全工作場所進行軟硬件耦合是激光技術工業(yè)應用的解決方案。在汽車生產(chǎn)工廠，一個比較完整的激光焊工位包含的主要設備有8種：Laserline激光源、Fnius送絲機構、高精度KUKA機器人、Scansonic-ALO自適應激光加工鏡頭、QS400激光加工鏡組防撞系統(tǒng)、LLK激光光纜、Rediel加工鏡頭外部冷卻設備、Herding激光工位除塵設備．

5、這么多的關鍵設備，是如何將其通過工業(yè)自動控制聯(lián)系到一起，使其能夠自如地按照人們的思想進行生產(chǎn)呢？高精度KUKA機器人是個關鍵點．KUKA機器人是一種多用途的機器人，具有良好的加速性能，重復精度可達±0.35mm，因此，它廣泛應用在汽車行業(yè)進行自動焊接方。KUKA機器人之所以是激光焊接眾多設備投入工業(yè)生產(chǎn)的關鍵，是因為在PLC控制柜和機器人附屬設備之間通過IBS卡（見圖1）起了呈上啟下的作用，IBS卡安裝在KUKA-PC主板PCI卡槽上，有Slave卡和Master卡兩張卡片耦合而成.在Laser-line激光發(fā)生器中，與PLC/KUKA的通訊模塊同樣以Inter

6、bus為基礎（見圖2）.圖一KUKA工業(yè)機器人IBS卡圖二Lserline激光發(fā)生器IBS模板2焊縫跟蹤的原理及方法機器人視覺伺服控制[3]是當今智能機器人研究和發(fā)展的一個重要領域。與傳統(tǒng)的機器人控制方法相比，機器人視覺伺服控制具有精度高實時性好、靈活性高等眾多優(yōu)點，在工業(yè)中得到更多的關注與應用，驅(qū)使機器人技術向智能化方向發(fā)展。機器人視覺伺服控制因其自身的優(yōu)越性而在眾多領域中得以應用，其中在機器人焊縫跟蹤領域應用最廣泛。目前，基于視覺傳感器的機器人焊縫跟蹤控制方法主要包括兩種：視覺示教跟蹤與自動跟蹤。視覺示教跟蹤指的是預先通過視覺傳感器檢測焊縫位置信息，然后指導

7、離線編程系統(tǒng)完成軌跡規(guī)劃。但是該方法不能消除在焊接過程中因熱變形而產(chǎn)生的動態(tài)誤差，因此容易導致跟蹤性能不佳。對于傳統(tǒng)的自動跟蹤方法，機器人能夠通過視覺傳感器感知外部環(huán)境的變化，實時地調(diào)整自身姿態(tài)和運動方向以較好地完成跟蹤任務。國內(nèi)外的學者已經(jīng)在這方面進行了較多的研究。例如，Liu提出了一種基于激光視覺的機器人實時焊縫跟蹤方法[4]，Ma提出了一種針對薄板對焊的焊縫跟蹤方法。這些方法都表現(xiàn)出了較好的跟蹤精度和穩(wěn)定性，可是這些方法都只是適用于低速和焊縫近似為直線型的情況，在高速和焊縫為鋸齒形等非純直線型的情況下并沒有進行討論[5]。關于控制方法魯棒性的研究，Kim曾

8、指出一種具有魯棒性的基于