焊接機(jī)器人和焊縫跟蹤系統(tǒng)的組成

各類傳感器和智能控制方法極大促進(jìn)了機(jī)器人在焊縫跟蹤中的應(yīng)用,不僅提高了焊縫跟蹤的精度,同時(shí)提高了焊接效率和保證了焊接質(zhì)量。簡(jiǎn)述了機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，詳述了焊縫跟蹤過程中各類傳感器的工作原理及其特點(diǎn)；闡述了圖像處理技術(shù)在機(jī)器人焊縫軌跡跟蹤過程中的研究進(jìn)展，并對(duì)圖像的預(yù)處理、圖像分割與邊緣檢測(cè)和特征提取等研究方法進(jìn)行了分析。最后，總結(jié)了智能控制方法在焊縫跟蹤中研究進(jìn)展及不同形狀的焊縫跟蹤情況。

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隨著工業(yè)及材料科學(xué)的發(fā)展，焊接自動(dòng)化技術(shù)已成為一種不可缺少的金屬熱加工技術(shù)。焊接環(huán)境非常惡劣，實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤的自動(dòng)化可以降低焊接工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高焊接質(zhì)量。機(jī)器人及傳感器技術(shù)和智能控制方法的迅速發(fā)展為焊縫跟蹤的實(shí)現(xiàn)提供了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。

基于視覺的機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)

(1) 傳感系統(tǒng)：磁控以及電感式復(fù)合傳感器、霍爾傳感器。

(2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：焊接機(jī)器人(串聯(lián)機(jī)器人或移動(dòng)機(jī)器人)、步進(jìn)電機(jī)、十字滑塊(對(duì)于移動(dòng)焊接機(jī)器人)。

(3) 控制處理器：單片機(jī)與硬件處理電路。

(4) 焊接系統(tǒng)：焊接電源、送絲機(jī)構(gòu)、工裝夾具。在工件裝配精度、坡口狀況、接頭形式等焊接條件的影響下，常常使焊槍偏離焊接位置從而降低焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。焊縫跟蹤系統(tǒng)應(yīng)用各種傳感器技術(shù)，采集焊接過程中焊炬與坡口的圖像以及產(chǎn)生的電、光、熱、聲、磁等物理信號(hào)；采用控制算法及圖像處理等技術(shù)尋找焊縫及其中心位置，最后通過機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整焊炬位置使其處于焊縫中心。

焊縫跟蹤過程中應(yīng)用的傳感器主要包括電弧傳感器和視覺傳感器。旋轉(zhuǎn)電弧傳感器不受弧光、飛濺、磁場(chǎng)等因素的干擾，且焊槍本身就是傳感器，不存在超前和滯后誤差，因此一直受到國(guó)內(nèi)外的重視。除了傳感信息之外，焊接過程中的其他因素,如金屬煙塵、高頻電磁場(chǎng)、射線、電弧輻射和噪聲等同樣會(huì)影響焊縫跟蹤的精度。因此，研究合適的濾波方法和偏差識(shí)別算法，濾除噪聲并且快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行偏差識(shí)別是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

相對(duì)于電弧傳感器，視覺傳感器不與工件接觸，直接獲取焊接區(qū)域的三維圖像信息，具有再現(xiàn)性好，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。但由于是基于視覺傳感技術(shù)的焊縫跟蹤系統(tǒng)，視覺傳感器的檢測(cè)點(diǎn)并不是焊接點(diǎn)，而且在機(jī)構(gòu)裝配和光、機(jī)、電協(xié)同控制上要求較高，需要有高效的圖像處理和穩(wěn)定的控制結(jié)構(gòu)。同時(shí)，因?yàn)楹附訖C(jī)器人與視覺傳感器之間的信息傳輸是閉環(huán)控制，并且需要進(jìn)行焊接機(jī)器人的路徑規(guī)劃與姿態(tài)調(diào)整，因此對(duì)視覺傳感的實(shí)時(shí)性和整個(gè)系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的精度要求較高。