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浦和红钻守门员:基于视觉的复合焊接系统设计与应用

时间:2020-01-08 10:11作者:冯杰才 刘洪飞 曹守启
本文导读:这是一篇关于基于视觉的复合焊接系统设计与应用的文章,随着焊接自动化技术的快速发展,机器人焊接由于有着自动化程度高、焊接精度高以及质量稳定等优点而广泛应用于焊接车间生产。此外,传感器技术的发展助力于自动化技术的快速发展。

日本浦和红钻主场 www.tczvwo.com.cn   摘    要: 对于中小型机器人焊接车间,经常要针对不同材料测试焊接参数。针对反复定位耗费时间长,工人劳动强度大等问题,将视觉系统应用于激光电弧复合焊接设备中以提高工厂的生产效率。整个系统由机器人系统,焊接系统和视觉系统组成。通过视觉系统获得焊接所需的轨迹信息及位置信息,并将结果反馈给机器人系统完成相应的焊接任务,有效降低了工人的劳动强度和提高生产效率。

  关键词: 视觉系统; 复合焊接; 机器人焊接;

  Abstract: For small and medium robot welding shops,it is necessary to test welding parameters for different materials.In view of the problem that it takes a long time to repeatedly locate and the labor intensity of workers,this paper applies the vision system to the laser arc hybrid welding equipment to improve the production efficiency of the factory.The entire system consists of a robotic system,a welding system and a vision system.The trajectory information and position information required for welding are obtained through the vision system,and the results are fed back to the robot system to complete the corresponding welding task,which effectively reduces the labor intensity of the worker and improves the production efficiency.

  Keyword: visual system; composite welding; robot welding;

  随着焊接自动化技术的快速发展,机器人焊接由于有着自动化程度高、焊接精度高以及质量稳定等优点而广泛应用于焊接车间生产。此外,传感器技术的发展助力于自动化技术的快速发展。各种智能传感器与机器人焊接技术的融合使得焊接的精度进一步提高,机器人的应用范围更加广泛。同时,视觉传感器由于有着丰富的特征信息和低损耗等优点,广泛应用于特征的提取和目标识别,而计算机视觉技术的快速发展也推动了视觉传感器在工业上的广泛应用。近代焊缝跟踪系统大都将视觉传感器识别定位和模糊控制理论结合进行跟踪控制,有效地提高了对焊接质量的把控[1]。

  对于中小型机器人焊接车间,常需要针对不同的材料,厚度,焊缝宽度来制定不同的焊接参数,这就需要反复进行测试。传统的离线示教编程方式灵活性差,需要工人反复移动工件定位,导致工人的工作强度增加且生产效率低下。本文将视觉系统应用于焊接产线,有效地提高了自动化程度,降低了工人工作强度。

  1、 基于视觉的复合焊接系统

  整个基于视觉的复合焊接系统构成如图1所示,主要由三大系统组成:机器人系统、焊接系统和视觉系统?;魅讼低持饕晒ひ祷魅薑UKA机器人(KR30)和控制柜组成。KUKA KR30机器人为6轴机器人,负载为30kg,最大工作范围为2033mm,工作精度可达±0.05mm。
 

基于视觉的复合焊接系统设计与应用
 

  焊接系统是由激光器、弧焊机、气体?;ぷ爸靡约袄淙醋爸??;当勰┒俗坝屑す庖甲爸?,弧焊焊枪置于旁侧,使得激光器与焊枪目标区域集中于一点,通过激光电弧复合焊实现焊接任务。激光电弧复合焊接[2]是一种高效、高质的新型焊接技术。它将传统电弧焊的较强的熔池金属搭桥能力和激光焊的精密高速优点结合起来,使两种热源的能量集中于同一个焊接熔池,实现了两种焊接方式的缺点相互制约,优点互补[3,4]。进行焊接的同时需要惰性气体来?;ず附忧蛎庥诤附尤鄢赜肟掌⑸Х从?,保证焊接的质量和强度。

  视觉系统是由工业相机和工业计算机组成,视觉传感器采用Basler(分辨率:1392×1044像素)工业相机,相机安装于机械臂末端,相机拍摄的视野充足且相机的拍摄范围应包含完整的焊缝区域,工业计算机用于处理焊接图像以及输出相应的焊接信息。

  图1 复合焊接系统的组成
图1 复合焊接系统的组成

  整个焊接流程如图2所示,由于工业相机安装于机器人的末端,因此需要先将机械臂移动到一个已标定的固定位置,使得相机能够拍摄到整个焊接区域;将焊接图像传输到工业计算机进行图像处理,得到相应的焊缝信息,包括焊缝的宽度、焊接起终点的坐标、焊接轨迹坐标等信息;操作人员需要进一步进行焊接参数的确定及相应的调整;然后机器人按照给定的轨迹以及焊接参数执行焊接任务;完成焊接后机器人执行复位动作,回到指定位置等待下一步操作。

  图2 焊接任务流程
图2 焊接任务流程

  2、 应用

  图3 视觉传感器应用平台
图3 视觉传感器应用平台

  焊接车间实际生产过程之前,常常需要进行不断测试来得到合适的焊接工艺参数。这就要求工人在测试件上不断的进行测试,也就需要不断的进行测试件的定位,但由于测试件的大小,材料以及厚度都可能发生变化,导致测试件的装夹和定位都可能产生误差,并且每次定位都会耗费大量的时间。为了降低测试件定位操作的时间,如图3所示,将视觉传感器安装于机械臂的末端,测试件放置于工作台之上,拍摄焊接图像获得相应的焊接轨迹进行规划。

  实际检测过程中,如图4所示,工业相机获取焊接图像,处理后会将焊缝的轨迹路径显示在图像中。一些焊缝的特征信息,如焊缝的宽度、焊缝的起点信息和位置信息都将被提取出来;操作人员读取参数,按照结果进行修改参数或者调整工件的位置;最后将结果传递给机器人的控制系统,机器人按照给定的坐标执行相应的操作。

  图4 视觉系统监测
图4 视觉系统监测

  3、 结束语

  将视觉系统应用于焊接生产,缩短了焊接参数获取的时间,将原来复杂的手动测量焊缝宽度、示教编程等工作交给视觉系统处理,对工件的定位要求降低,工人只需依据处理结果进行简单调整就可以快速完成焊接参数的校正。相比于传统的人工定位工件测试来获得焊缝参数的方法,视觉系统的采用提高了生产效率,同时又降低了工人劳动强度。

  参考文献

  [1]王艳.浅析焊接机器人技术及其发展[J].科技经济导刊,2019,27(24):62
  [2] Steen W M. Arc augmented laser processing of materials[J].Journal of Applied Physics, 1980, 51(11):5636-5641
  [3]雷振,徐良,徐富家,等.激光-电弧复合焊接技术国内研究现状及典型应用[J].焊接,2018(12):1-6,65
  [4]徐春鹰,刘双宇,张宏,等.激光-电弧复合焊过程的熔滴过渡特征与受力分析[J].机械工程学报,2018,54(6):154-161

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