弧焊机器人激光焊缝跟踪系统的应用研究

焊缝自动跟踪是实现焊接自动化的关键,在传统弧焊机器人系统的基础上设计了一种基于激光传感器的焊缝跟踪子系统,构建了激光传感器的数学模型及机器人手眼标定方法,并针对搭接焊缝的图像特点,提取出焊缝特征点位置坐标.同时设计开发了焊缝跟踪控制算法和机器人焊缝跟踪程序,最后通过对储气罐环形搭接焊缝进行焊接实验,结果证明了该焊缝跟踪系统的有效性和可靠性.

第25卷第3期湖南科技大学学报(自然科学版)

2010年9月Jour na l of H un an U ni ver si t y of Sci ence&T echnol ogy(N at ur al Sci ence E di t i on)V01．25N o．3 Sept．2010

弧焊机器人激光焊缝跟踪系统的应用研究

刘凌云，钱新恩

(湖北汽车工业学院电气与信息工程学院，湖北十堰442002)

摘要：焊缝自动跟踪是实现焊接自动化的关键，在传统孤焊机器人系统的基础上设计了一种基于激光传感器的焊缝跟踪子系统，构建了激光传感器的数学模型及机器人手眼标定方法，并针对搭接焊缝的图像特点，提取出焊缝特征点位置坐标．同时设计开发了焊缝跟踪控制算法和机器人焊缝跟踪程序，最后通过对储气罐环形搭接焊缝进行焊接实验，结果证明了该焊缝跟踪系统的有效性和可靠性．关键词：孤焊机器人；激光；视觉传感器；焊缝跟踪

中图分类号：TP242．2文献标识码：A文章编号：1672-9102(2010)03-0063—04

。弧焊机器人大多为可编程的示教再现机器人．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，若焊接条件基本稳定，则机器人能够保证焊接质量．但是，由于各种因素的影响，实际的焊接条件经常发生变化．例如，由于坡口状况、加工误差、夹具装夹精度、表面状态和工件热变形等影响会使焊炬偏离焊缝，从而造成焊接质量下降甚至失败．因此，焊接条件的这种变化要求弧焊机器人能够实时检测出焊缝的偏差，并调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性【l J．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．目前，用于焊缝跟踪的非接触式传感器主要有电磁传感器、光电传感器、超声波传感器、红外传感器及C C D视觉传感器等．由于视觉传感器所获得的信息量大，结合计算机视觉和图像处理的最新技术成果，能极大的增强弧焊机器人的外部适应能力，因此视觉传感器被认为是最有前途的焊缝跟踪传感器哆

针对某公司商用车储气罐的机器人焊接，提出了一套基于激光焊缝跟踪的弧焊机器人系统，并对该系统的数学模型、手眼标定方法、焊缝位置识别算法进行了研究，设计了跟踪控制算法和机器人跟踪应用程序．1系统结构

在本课题中采用的技术平台为M ot om an公司的U P6型焊接机器人，该机器人系统包括有M ot om an—U P6工业机器人本体，Y A SN A C—X R C控制柜、M ot ow e l d一$350焊机以及相关的外部设备(机器人供电系统、双轴变位机、送丝机构等)．在此基础上，增加了一套激光图像传感子系统，用于实际焊缝位置偏差的监测．其系统结构框如图1所示．

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Fi g．1C on f i gu r adon of t h ear c—‘wel di n gr obo t l as er sea m t r a cki ng syst em 其工作流程为：在焊接过程中，焊缝跟踪传感器实时采集到的焊缝图像，经图形处理后提取焊缝中心特征点的坐标值，用其与标定值比较得到偏差值，通过传感器数学模型计算得到焊炬处焊缝实际偏差值，继而将该偏差值送人机器人控制器，在运动控制卡中

收稿日期：2010-04—26

基金项目：湖北省教育厅资助项目(B200723002)；湖北省自然基金资助项目(2007A B A389)

通信作者：刘凌云(1972一)，男，湖北荆州人，硕士，讲师．主要从事机器视觉、机器人应用的研究．E—m ail：spyU y@huat．edu．cn