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机器人焊接智能化技术

编辑:天津市金桥焊材集团有限公司   时间:2013/06/13   字号:
摘要:机器人焊接智能化技术
跟着进步前辈制造技能的开展,完成焊接产物制造的主动化、柔性化与智能化已成为必定趋向。当前,采用机械人焊接已成为焊接主动化技能现代化的首要标记。焊接机械人因为具有通用性强、任务牢靠的长处,遭到人们越来越多的注重。在焊接出产中采用机械人技能,可以进步出产率、改善劳动前提、不变和包管焊接质量、完成小批量产物的焊接主动化。
从60年月降生和开展到目前,焊接机械人的研讨阅历了三个阶段,即示教再现阶段、离线编程阶段和自立编程阶段。跟着核算机节制技能的不时提高,使焊接机械人由单一的单机示教再现型向多传感、智能化的柔性加工单位(系统)偏向开展,完成由第二代向第三代的过渡将成为焊接机械人追求的目的。
当前,国表里很多使用弧焊机械人系统从全体上看根本都属于第一代或准二代的焊接因为焊接途径和焊接参数是依据实践功课前提预先设置的,在焊接时短少外部信息传感和及时调整节制功用,这类弧焊机械人对焊接功课前提的不变性要求严厉,焊接时缺乏“柔性”,显示出分明的缺陷。在实践弧焊进程中,焊接前提是常常转变的,如加工和装配上的误差会形成焊缝地位和尺寸的转变,焊接进程中工件受热及散热前提改动会形成焊道变形和熔透不均。为了克制机械人焊接进程中各类不确定性要素对焊接质量的影响,进步机械人功课的智能化程度和任务的牢靠性,要求弧焊机械人系统不只能完成空间焊缝的主动及时跟踪,并且还能完成焊接参数的在线调整和焊缝质量的及时节制。
2.机械人焊接智能化技能的首要组成
现代焊接技能具有典型的多学科穿插交融特点,采用机械人焊接则是相关学科技能效果的集中表现。将智能化技能引入焊接机械人所触及的首要技能组成可见图1所示。个中包罗:
1)焊接机械人关于焊接义务的自立规划技能;
2)焊接机械人的活动轨迹节制技能;
3)焊接动态进程的信息传感、建模与智能节制技能;
4)机械人焊接系统的集成与节制,将上述焊接义务规划、轨迹跟踪节制、传感系统、进程模子、智能节制等子系统的软硬件集成设计、一致优化调剂与节制,触及焊接柔性制造系统的物料流、信息流的治理与节制,多机械人与传感器、节制器的多智能单位与复杂系统的节制等。
下面临以上相关方面的首要技能研讨与开展近况辨别作扼要叙说。
3.机械人焊接义务自立规划技能
如前所述,国表里弧焊机械人多属示教--再现型,它无法知足焊接出产日益复杂的需求,还存在很多问题有待研讨。有关弧焊机械人的研讨逐渐向自立化过渡,呈现了弧焊机械人的离线编程技能,一个较为完好的弧焊机械人离线编程系统应包罗焊接功课义务描绘(言语编程或图形仿真)、操作手级途径规划、活动学和动力学算法及优化、针对焊接功课义务的关节级规划、规划后果动画仿真、规划后果离线批改、与机械人的通信接口(downloading)、应用传感器自立规划途径及进行在线途径批改等几大局部构成。其要害技能凡间包罗视觉传感器的设计以及焊缝信息的获取问题、规划节制器的设计问题。
国内哈工大研讨人员对焊接机械人的无碰途径规划、具有冗余度弧焊机械人自立规划以及焊接工艺参数结合规划问题的研讨任务,设计开拓了离线规划与仿真系统模块构造如图2所示。
弧焊机械人规划系统都包括了CAD输入系统、焊接专家系统、自立规划系统以及模仿仿真系统等。从更普遍的意义上讲,一个更完美的弧焊机械人规划系统应该还包罗反应节制系统、焊前传感系统以及焊后检测系统。
4.机械人焊接的焊缝跟踪与扶引技能
就机械人焊接功课而言,焊接机械人的活动轨迹节制首要指初始焊位扶引与焊缝跟踪节制技能。在弧焊机械人的各类使用范畴,顺应才能都是影响焊接质量和焊接效率的最主要要素。弧焊机械人的顺应才能即采用从焊接工件检测到的传感器的输入旌旗灯号及时节制和批改机械人的操作,以顺应转变了的焊接前提和情况。
瑞典和美国公司曾先后研制出激光扫描和构造光视觉传感器用于焊缝跟踪系统。国内哈工大的吕伟新、张炯博士研制了基于激光扫描和高功能线阵CCD敏感器的视觉系统。
在初始焊位机械人视觉扶引技能研讨方面,吕伟新博士基于激光扫描视觉系统,设计下场部查找算法,完成了对必然工件焊缝特征在必然局限的自立扶引[13]。郭振民和李金泉辨别采用视觉伺服和图象辨认技能讨论了机械人焊接初始焊位扶引和焊缝辨认与及时跟踪问题。
5.焊接熔池动态进程的视觉传感、建模与智能节制技能
机械人焊接的高质量要害在于完成关于焊接动态进程的有用准确的节制。因为焊接进程的复杂性,理论标明经典的节制办法有用性遭到较大的限制。受纯熟焊工操作身手的启示,近年来,模仿焊工操作的智能节制办法已被引入焊接动态进程,首要触及熔池动态视进程的视觉传感、建模与智能节制。
5.1焊接进程的传感技能
焊接进程的传感,是完成焊接进程质量节制的要害环节。将来焊接开展的趋向是焊接主动化、机械人化及智能化,而传感技能是这一开展中最主要的局部。焊接传感器按其运用目标可分为测量和检测操作情况、检测和监控焊接进程两大类。在传感道理方面,首要分为声学、力学、电弧、光学传感等。
声学传感器首要用于GMAW进程熔滴过渡的检测、等离子穿孔焊等。力学传感首要指近年来开展起来的熔池振荡法。电弧传感器因为直接检测电弧本身的特征(电流,弧压),不需求外加传感器以及外加传感器所需的维护和去噪安装,使使用变得简略。当前的使用范畴首要是焊缝跟踪和熔敷节制。与其它传感办法比拟,光学传感器不与焊接回路接触,旌旗灯号的检测不影响正常焊接进程,是未来最有开展前景的传感技能之一。应用焊接区的红外热辐射传感焊接进程信息是光学传感中一种自成系统的办法,这方面的研讨效果也较多[16]。
5.2焊接熔池的视觉传感
关于焊接进程,直接视觉是一种最好的非接触式传感方式。直接视觉传感技能的首要长处是不接触工件,不搅扰正常的焊接进程,获取的信息量大,通用性强。而且因为它可以获得焊接进程动态熔池的二维或三维信息,与其它焊接进程信息检测办法比拟,这种办法检测到的熔池信息直接反映焊接进程熔化金属的动态行为,更合适焊接进程的质量节制。
直接视觉传感在焊接中的使用包罗离线确定被焊工件的地位;在线赔偿因为固定精度、机械人各局部的容差、焊接进程中的焊件变形惹起的焊接途径偏向;焊接进程节制中的焊接接头和熔池几何外形的及时传感;熔滴过渡方式的监测等。
近年来,跟着核算机视觉技能的开展,应用机械视觉正面直接察看焊接熔池,经过图象处置获取熔池的几何外形信息对焊接质量进行闭环节制,已成为主要的研讨偏向。依据视觉检测系统中成像光源是辅佐光源照样焊接区本身发生的光源,直接视觉检测系统可分为自动式和被动式两大类。
(1)自动式直接视觉传感
为了减小弧光对图象质量的影响,自动式直接视觉检测办法采用激光等辅佐光源对焊接区进行人工照明,以进步图象的质量。因为激光具有单波长,偏向性好,相关性好等特点,所以采用激光作为辅佐光源可以取得较明晰的图象。自动视觉因为其所需设备较为昂贵,系统较为复杂,经常限制了其使用推行。
(2)被动式直接视觉传感
当前作为焊接进程视觉图象传感的一种适用技能,研讨较多的是不另加辅佐光源,而是应用弧光自身照明焊接区,即被动式直接视觉检测办法。
对被动式直接视觉传感较为深化的研讨起步于八十年月中期,国表里研讨任务者曾直接应用电弧光照耀熔池前方的工件间隙获取焊接区焊缝信息,依据熔池前方分歧远近处电弧光强度的闪灼来完成焊接进程中的焊缝跟踪;应用带有CCD摄像机的微型核算机节制系统对脉冲MIG/MAG焊熔池行为进行了察看和节制的研讨;美国Ohio大学开拓了一套放置在焊炬内部与电极同轴观测焊接熔池的集成化视觉传感系统,在TIG焊熔池察看和MIG焊焊缝跟踪等方面进行了初步的研讨。
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