激光导航焊接系统研发.pdf

第二屑全国先进制造装备与机器人技术论文集 激光导航焊接系统研发 吴水华，汤青，刘华根，孙云权 (智逋机器人系统有限公·d，河北廊坊开发区鸿润道3(J：J-，065001) ■要：本文主要介绍了研发的赦光导航焊接系统，该系统基于激光剥量，在焊接过程中实现对机械装踅在三 雏空闻中的位姿调整，从而完成对焊整的跟踪焊接．与现有教光导航系统相比，它具有实时调节焊接系统位 置和姿态的能力，并且不需提前示教出焊接路径．系统具有作业精度高，抗噪性能好，位姿调整灵活等特点． 本文将首先描述激光导航焊接系统的组成和系统工作流程，之后介绍激光跟踪过程中的焊缝提取．焊接路径 平滑等关键技术，最后，本文将介绍基于跟踪系统的实验和后续工作． 关健字：激光测量，图像处理，澈光导航焊接 1引言 焊接是机器人应用的主要领域之一，而对焊接T艺越来越严格的要求也对机器人系统在 该领域的应用提出了挑战。在焊接系统中，工件装卡误差，焊接过程中．I：件的热变形等是影 响焊接质量的主要因素。基于电弧传感的系统被引入到焊接系统中在部分焊接情况r实现位 J。 置的校正，但它也同时存在较大的应用盲区II 激光测量以其良好的抗干扰能力，越来越多地被用于工业生产中。对激光导航焊接系统 的研究也正成为一个热点…口II…，国内近年也逐步在该方面开展了研究14115]。 现有激光导航系统(如ServoRobot)等，其应用过程为首先示教出焊接路径，而后在焊 接过程中，通过激光测量值来校正焊接系统的偏差，这种校正实际上是基于示教路径，对焊 接系统的位置偏差进行调整，而在这类系统中未做校正的焊接姿态在某些焊接中是缀重要的。 与现有系统相比．本文介绍的激光导航焊接系统只需用户定义焊接开始点。之后．系统 将实现真正意义上的导航。在焊接过程中，系统能够根据激光测量仪的反馈实时生成机器人 焊接路径，实现对焊接系统位置和姿态的实时调整。该系统实现了对焊缝的高精度跟踪，可 应用在机器人焊接系统和焊接专机系统中，具有良好的抗噪性能。 2系统介绍 2．1激光导航机器人系统 如下图所示，激光导航机器人系统主要由三维激光测量仪、激光导航控制器、机器人控 制器等部分组成。 娥掌 量秀 图1激光导航机器人系统 6 第二屑全国先进制造装备与机器人技术论文集 在导航焊接过程中，二维激光测餐仪测苗出焊枪前端的焊缝位置，之厉计算出机器人焊 接路径，并将该路径实时传给机器人控制器+最终实施对机器人的控制。 2．2激光导航焊接专机 如F幽所示，激光导航焊接专机系统主要由二维激光测姑仪、激光导航控制器、位置校 止运动装萱平II焊接专机组成。 图2激光导航焊接专机 在焊接专机系统中，焊接专机路径一般比较单一，而且没有很灵活的外部控制接口，针 对这一应用需求，激光导航系统中引入了主动运动装置进行误差补偿。激光导航系统中，主 动运动装置吲定在焊接专机上。其末端咕；l定三维激光测量仪和焊枪。在跟踪过程中，由三维 激光测量仪得到焊枪前端焊缝位置信息，通过计算得到实时校正值，而后通过控制主动运动 装置完成误差补偿。 3跟踪过程 3．1焊缝提取 在进行焊缝提取时．本系统首先在二维图像的基础上识别焊缝特征点。系统采删图像处 理亚象素算法，提取图像中激光线的精确位置。然后根据特征分析，识别出焊缝的点。整个 过程下图所示： 图3焊缝特征点提取 在弧焊过程中．弧光和飞溅会产生较大的图像噪声，这对焊缝的正确、精确识别会产生 影响。提高系统的抗噪性能和鲁棒性是导航焊接系统晟终产品化的关键。为了保证算法的鲁 棒性，本系统在使用普通滤波算子的基础上，还针对激光线的特征进行直线或曲线的拟台， 从而很好地排除了噪声影响．既保证了系统的稳定性，又进一步提高了焊缝点识别的精度。 下图是在氩弧焊下系统对焊缝的识别。 第二属全国先进制造装备与机器人技术论