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機器人焊接智能化技術

編輯:OG电竞平台官网_登录_共享,才能共赢!   時間:2013/06/13   字號:
摘要:機器人焊接智能化技術
跟著進步前輩制造技能的開展,完成焊接産物制造的主動化、柔性化與智能化已成爲必定趨向。當前,采用機械人焊接已成爲焊接主動化技能現代化的首要標記。焊接機械人因爲具有通用性強、任務牢靠的長處,遭到人們越來越多的注重。在焊接出産中采用機械人技能,可以進步出産率、改善勞動前提、不變和包管焊接質量、完成小批量産物的焊接主動化。
從60年月降生和開展到目前,焊接機械人的研討閱曆了三個階段,即示教再現階段、離線編程階段和自立編程階段。跟著核算機節制技能的不時提高,使焊接機械人由單一的單機示教再現型向多傳感、智能化的柔性加工單位(系統)偏向開展,完成由第二代向第三代的過渡將成爲焊接機械人追求的目的。
當前,國表裏很多使用弧焊機械人系統從全體上看根本都屬于第一代或准二代的焊接因爲焊接途徑和焊接參數是依據實踐功課前提預先設置的,在焊接時短少外部信息傳感和及時調整節制功用,這類弧焊機械人對焊接功課前提的不變性要求嚴厲,焊接時缺乏“柔性”,顯示出分明的缺陷。在實踐弧焊進程中,焊接前提是常常轉變的,如加工和裝配上的誤差會形成焊縫地位和尺寸的轉變,焊接進程中工件受熱及散熱前提改動會形成焊道變形和熔透不均。爲了克制機械人焊接進程中各類不確定性要素對焊接質量的影響,進步機械人功課的智能化程度和任務的牢靠性,要求弧焊機械人系統不只能完成空間焊縫的主動及時跟蹤,並且還能完成焊接參數的在線調整和焊縫質量的及時節制。
2.機械人焊接智能化技能的首要組成
現代焊接技能具有典型的多學科穿插交融特點,采用機械人焊接則是相關學科技能效果的集中表現。將智能化技能引入焊接機械人所觸及的首要技能組成可見圖1所示。個中包羅:
1)焊接機械人關于焊接義務的自立規劃技能;
2)焊接機械人的活動軌迹節制技能;
3)焊接動態進程的信息傳感、建模與智能節制技能;
4)機械人焊接系統的集成與節制,將上述焊接義務規劃、軌迹跟蹤節制、傳感系統、進程模子、智能節制等子系統的軟硬件集成設計、一致優化調劑與節制,觸及焊接柔性制造系統的物料流、信息流的治理與節制,多機械人與傳感器、節制器的多智能單位與複雜系統的節制等。
下面臨以上相關方面的首要技能研討與開展近況辨別作扼要敘說。
3.機械人焊接義務自立規劃技能
如前所述,國表裏弧焊機械人多屬示教--再現型,它無法知足焊接出産日益複雜的需求,還存在很多問題有待研討。有關弧焊機械人的研討逐漸向自立化過渡,呈現了弧焊機械人的離線編程技能,一個較爲完好的弧焊機械人離線編程系統應包羅焊接功課義務描繪(言語編程或圖形仿真)、操作手級途徑規劃、活動學和動力學算法及優化、針對焊接功課義務的關節級規劃、規劃後果動畫仿真、規劃後果離線批改、與機械人的通信接口(downloading)、應用傳感器自立規劃途徑及進行在線途徑批改等幾大局部構成。其要害技能凡間包羅視覺傳感器的設計以及焊縫信息的獲取問題、規劃節制器的設計問題。
國內哈工大研討人員對焊接機械人的無碰途徑規劃、具有冗余度弧焊機械人自立規劃以及焊接工藝參數結合規劃問題的研討任務,設計開拓了離線規劃與仿真系統模塊構造如圖2所示。
弧焊機械人規劃系統都包括了CAD輸入系統、焊接專家系統、自立規劃系統以及模仿仿真系統等。從更普遍的意義上講,一個更完美的弧焊機械人規劃系統應該還包羅反應節制系統、焊前傳感系統以及焊後檢測系統。
4.機械人焊接的焊縫跟蹤與扶引技能
就機械人焊接功課而言,焊接機械人的活動軌迹節制首要指初始焊位扶引與焊縫跟蹤節制技能。在弧焊機械人的各類使用範疇,順應才能都是影響焊接質量和焊接效率的最主要要素。弧焊機械人的順應才能即采用從焊接工件檢測到的傳感器的輸入旌旗燈號及時節制和批改機械人的操作,以順應轉變了的焊接前提和情況。
瑞典和美國公司曾先後研制出激光掃描和構造光視覺傳感器用于焊縫跟蹤系統。國內哈工大的呂偉新、張炯博士研制了基于激光掃描和高功能線陣CCD敏感器的視覺系統。
在初始焊位機械人視覺扶引技能研討方面,呂偉新博士基于激光掃描視覺系統,設計下場部查找算法,完成了對必然工件焊縫特征在必然局限的自立扶引[13]。郭振民和李金泉辨別采用視覺伺服和圖象辨認技能討論了機械人焊接初始焊位扶引和焊縫辨認與及時跟蹤問題。
5.焊接熔池動態進程的視覺傳感、建模與智能節制技能
機械人焊接的高質量要害在于完成關于焊接動態進程的有用准確的節制。因爲焊接進程的複雜性,理論標明經典的節制辦法有用性遭到較大的限制。受純熟焊工操作身手的啓示,近年來,模仿焊工操作的智能節制辦法已被引入焊接動態進程,首要觸及熔池動態視進程的視覺傳感、建模與智能節制。
5.1焊接進程的傳感技能
焊接進程的傳感,是完成焊接進程質量節制的要害環節。將來焊接開展的趨向是焊接主動化、機械人化及智能化,而傳感技能是這一開展中最主要的局部。焊接傳感器按其運用目標可分爲測量和檢測操作情況、檢測和監控焊接進程兩大類。在傳感道理方面,首要分爲聲學、力學、電弧、光學傳感等。
聲學傳感器首要用于GMAW進程熔滴過渡的檢測、等離子穿孔焊等。力學傳感首要指近年來開展起來的熔池振蕩法。電弧傳感器因爲直接檢測電弧本身的特征(電流,弧壓),不需求外加傳感器以及外加傳感器所需的維護和去噪安裝,使使用變得簡略。當前的使用範疇首要是焊縫跟蹤和熔敷節制。與其它傳感辦法比擬,光學傳感器不與焊接回路接觸,旌旗燈號的檢測不影響正常焊接進程,是未來最有開展前景的傳感技能之一。應用焊接區的紅外熱輻射傳感焊接進程信息是光學傳感中一種自成系統的辦法,這方面的研討效果也較多[16]。
5.2焊接熔池的視覺傳感
關于焊接進程,直接視覺是一種最好的非接觸式傳感方式。直接視覺傳感技能的首要長處是不接觸工件,不攪擾正常的焊接進程,獲取的信息量大,通用性強。而且因爲它可以獲得焊接進程動態熔池的二維或三維信息,與其它焊接進程信息檢測辦法比擬,這種辦法檢測到的熔池信息直接反映焊接進程熔化金屬的動態行爲,更合適焊接進程的質量節制。
直接視覺傳感在焊接中的使用包羅離線確定被焊工件的地位;在線賠償因爲固定精度、機械人各局部的容差、焊接進程中的焊件變形惹起的焊接途徑偏向;焊接進程節制中的焊接接頭和熔池幾何外形的及時傳感;熔滴過渡方式的監測等。
近年來,跟著核算機視覺技能的開展,應用機械視覺正面直接察看焊接熔池,經過圖象處置獲取熔池的幾何外形信息對焊接質量進行閉環節制,已成爲主要的研討偏向。依據視覺檢測系統中成像光源是輔佐光源照樣焊接區本身發生的光源,直接視覺檢測系統可分爲自動式和被動式兩大類。
(1)自動式直接視覺傳感
爲了減小弧光對圖象質量的影響,自動式直接視覺檢測辦法采用激光等輔佐光源對焊接區進行人工照明,以進步圖象的質量。因爲激光具有單波長,偏向性好,相關性好等特點,所以采用激光作爲輔佐光源可以取得較明晰的圖象。自動視覺因爲其所需設備較爲昂貴,系統較爲複雜,經常限制了其使用推行。
(2)被動式直接視覺傳感
當前作爲焊接進程視覺圖象傳感的一種適用技能,研討較多的是不另加輔佐光源,而是應用弧光自身照明焊接區,即被動式直接視覺檢測辦法。
對被動式直接視覺傳感較爲深化的研討起步于八十年月中期,國表裏研討任務者曾直接應用電弧光照耀熔池前方的工件間隙獲取焊接區焊縫信息,依據熔池前方分歧遠近處電弧光強度的閃灼來完成焊接進程中的焊縫跟蹤;應用帶有CCD攝像機的微型核算機節制系統對脈沖MIG/MAG焊熔池行爲進行了察看和節制的研討;美國Ohio大學開拓了一套放置在焊炬內部與電極同軸觀測焊接熔池的集成化視覺傳感系統,在TIG焊熔池察看和MIG焊焊縫跟蹤等方面進行了初步的研討。
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