焊接機(jī)器人的焊接傳感技術(shù)

人工智能標(biāo)志之一是能夠感知外部世界并依據(jù)感知信息而采取適應(yīng)性行為。要使焊接機(jī)器人焊接系統(tǒng)具有一定的智能,研究焊接機(jī)器人對(duì)焊接環(huán)境、焊縫位置及走向以及焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程的智能傳感技術(shù)是十分必要的。機(jī)器人具備對(duì)焊接環(huán)境的感知功能可利用計(jì)算技術(shù)視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn),將對(duì)焊接工件整體或局部環(huán)境的視覺(jué)模型作為規(guī)劃焊接任務(wù)、無(wú)碰路徑及焊接參數(shù)的依據(jù),這里需要建立三維視覺(jué)硬件系統(tǒng),以及實(shí)現(xiàn)圖像理解、物體分割、識(shí)別算法軟件等技術(shù)。

視覺(jué)焊縫跟蹤傳感器是焊接機(jī)器人傳感系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)之一。為了獲取焊縫接頭的三維輪廓并克服焊接過(guò)程中弧光的干擾,機(jī)器人焊縫跟蹤識(shí)別技術(shù)一般是采用激光、結(jié)構(gòu)光等主動(dòng)視覺(jué)的方法,從而正確導(dǎo)引機(jī)器人焊槍終端沿實(shí)際焊縫完成期望的軌跡運(yùn)動(dòng)。由于采用的主動(dòng)光源的能量大都比電弧光的能量小,一般將這種傳感器放在焊槍的前端以避開(kāi)弧光直射的干擾。主動(dòng)光源一般為單光面或多光面的激光域掃描的激光束,處理穩(wěn)定、簡(jiǎn)單、實(shí)用性好。

結(jié)構(gòu)光視覺(jué)是主動(dòng)視覺(jué)焊縫跟蹤的另一種形式,相應(yīng)的傳感器主要有兩部分組成:一個(gè)是投影器,用它的輻射能量形成一個(gè)投影光面;一個(gè)是光電位置探測(cè)器件,常采用面陣CCD攝像機(jī)。它們以一定的位置關(guān)系裝配后,并配以一定的算法,便構(gòu)成了結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器,它能感知投影面上所有可視點(diǎn)的三維信息。一條空間焊縫的軌跡可看成是由一系列離散點(diǎn)構(gòu)成的,其密集程度根據(jù)控制的需要而定,焊縫坐標(biāo)系的原點(diǎn)便建立在這些點(diǎn)上,傳感器每次測(cè)得一個(gè)焊縫點(diǎn)位姿并可獲得未知焊縫點(diǎn)的位姿啟發(fā)信息。導(dǎo)引機(jī)器人焊槍完成整個(gè)光滑連續(xù)焊縫的跟蹤。

焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程的實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)主要指在焊接過(guò)程中對(duì)熔池尺寸、熔透、成形以及屯弧行為等參數(shù)的在線檢測(cè),從而實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的實(shí)時(shí)控制。由于焊接過(guò)程的:弧光干擾復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)、強(qiáng)非線性以及大量的不確定性因素的作用,使得對(duì)焊接過(guò)程可靠而實(shí)用的檢測(cè)成為矚目的難題。長(zhǎng)期以來(lái);已有眾多學(xué)者探索過(guò)用多種途徑及技術(shù)手段檢測(cè)嘗試,在一定條件下取得了成功,各種不同的檢測(cè)手段、信息處理方法以及不同的傳感原理、技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段,實(shí)質(zhì)上是要求綜合技術(shù)的提高。從熔池動(dòng)態(tài)變化和熔透特征檢測(cè)來(lái)看,目前認(rèn)為計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、溫度場(chǎng)測(cè)量、熔池激勵(lì)振蕩、電弧傳感等方法用于實(shí)時(shí)控制的效果較好。