焊接自动化智能化的关键-焊缝的查找、自动跟踪寻位引导-激光焊缝跟踪传感器
焊缝自动跟踪系统中的智能控制
焊缝自动跟踪系统中的智能控制作者：关泰林李学名来源：《电子乐园·上旬刊》2019年第01期摘要：为了保障焊接工作顺利进行，必须实行正確的焊缝自动跟踪技术。
焊缝自动跟踪系统就是基于对焊缝技术的研究，采取前馈随动系统，进行焊接工作。
前馈随动系统可以减少工程工作中的人力物力的浪费，使得焊接工作更加简单方便，同时还可以实现焊缝自动跟踪功能。
智能控制在焊缝自动跟踪系统中有广泛应用，随着传感器越来越具有高精度特性，焊接效果也越来越好。
焊缝自动跟踪系统中的智能控制有模糊控制和神经网络两种，本文介绍了焊缝自动跟踪系统，并对焊缝自动跟踪系统中的模糊控制和神经网络两种应用做简单概述，希望能给相关人士提供借鉴。
关键词：焊缝自动跟踪系统;智能控制;传感器;模糊控制与传统的人工焊接技术相比，如今的焊接技术融入更多智能化技术，凭借焊接机器人设备为工作载体，实现焊缝自动跟踪。
焊缝自动跟踪系统是一种借助传感器的应用系统，系统的智能化水平很大程度上依赖于传感器的效能，这项改进可以使焊接工作不再过分依赖于高技术焊接技术人员，机器就可以生产高质量的焊接产品。
一、焊接跟踪系统分析从宏观上来看，焊接跟踪系统由两个类别，分别为程序控制系统和前馈随动系统[1]。
程序控制系统指的是早期产生的简单的焊接系统，程序控制系统采用实现预定焊接轨迹的方法，该系统大都应用在焊接成果为固定矩形的加工工件上，此类型工件显著特征为不用调节任何形状。
程序控制系统对于人力物力的耗费极大，因为他要求高精度的焊接成果，并且有一些焊接成果形状难以用几何数学的方法求得。
为了解决这个弊端，近代以来，对于焊接工作科研人员提出一种新型的焊接系统为前馈随动系统。
前馈随动系统可以对焊接工件进行实时控制，利用高精度传感器将焊接过程记录下来。
这种实时系统由三个部件构成，分别为控制器、偏差信号传感器和跟踪机构。
系统的控制有三个信号决定：参考输入、被控量和噪声干扰项。
焊缝自动跟踪系统的难点在于如何实现自动踉踪以及保证跟踪的准确度，在工作中变化最大的就是焊接线的变化。
(完整word版)激光焊接机器人焊缝跟踪方法
激光焊接机器人焊缝跟踪控制方法陈智龙120160033摘要：当前激光焊接机器人在实际的工业生产中应用的越来越广泛，在汽车制造业以及其他机器制造业激光焊接机器人在生产中的作用也越来越大。
如何提高焊接机器人的焊缝精度问题以及控制焊缝轨迹已成为激光焊接机器人发展的首要难题。
关键词：激光焊接机器人；焊缝轨迹；控制0引言激光作为焊接和切割的新手段应用于工业制造，具有很大发展潜力。
在国际汽车工业领域，激光加工技术已广泛得到了应用，激光切割与焊接逐渐成为标准的汽车车身生产工艺．国内也已积极推广应用，但目前主要还是以引进成套激光加工设备为主，用于激光钎焊、激光渗透焊、激光对接焊、白车身激光三维切割和激光金属零件表面热处理［1]。
由于成本考虑，有些汽车厂家则直接进口国外激光加工的零部件．为提升我国汽车制造的技术能力,我们应依靠国内技术能力,自主创新,在更广范围和更深层次上，加快激光加工在制造业的应用发展．车身在整车制造中占有重要地位，不仅车身成本占整车的40%~50﹪，而且对汽车安全、节能、环保和快速换型有重要影响。
人口老龄化不断逼近，各制造业工厂着手进行技术改造工程设计，采用了许多工业机器人，以提高生产线的柔性程度为基础,为制造厂家提供了生产产品多样化，更新转型的可能性．以上汽大众汽车车身生产车间为例，机器人能独立完成工件的移动搬运、输送、组装夹紧定位，可完成工件的点焊、弧焊、激光焊、打磨、滚边、涂胶等工作．有的工位上把上件、夹具、工具以机器人为中心布置，以便机器人能完成多个工序,实现多品种、不同批量的生产自动化．采用机器人使焊接生产线更具柔性化、自动化，使多种车身成品可在一条车身装焊生产线上制造,实现多车型混线生产．因此，焊接生产线必须很容易地因产品结构、外形的改变而改变，具有较高的柔性程度［2].由于柔性车身焊接生产线可以适应汽车多品种生产及换型的需要，是汽车车身制造自动化的必然趋势,特别是进入上世纪90年代以后,各大汽车厂家都在考虑车身焊接生产线柔性化。
视觉传感技术在焊缝跟踪中的研究及应用
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偏离焊缝的信息，利用电弧参数（电
压、电流和弧光辐射等）的变化的信息
来检测焊枪与焊缝相对位置变化。这个
过程是在进行焊接时实时进行的，由于
检测信号是从电弧中提取的，得到的是
实际焊接轨迹，因此没有传感器的超前 误差。并且具有不受电弧光、飞溅、烟 尘、磁场的干扰，信号处理比较简单， 实时性好，价格低，工作稳定，寿命长 等优点。电弧传感器主要适用于对称的 坡口（如v型坡口等），对于不开坡口 的对接接头、塔接接头等形式或者缝宽 较小的窄间隙焊缝很难进行识别测量， 并且它只可以在焊接过程中识别焊缝。 因此，这些缺点限制了电弧传感器在工 业项目中的应用。目前，根据检测方 式，电弧传感器主要分为三种：摆动 式、旋转扫描式和非扫描双丝并列型。 1.2 视觉传感器
ELECTRONICS WORLD・技术交流
DOI:10.19353/ki.dzsj.2020.03.095
随着我国工业水平的不断发展，传感器技术有了长足进 步，其在焊缝跟踪中得到广泛的应用。尤其是视觉传感技术 的出现，使得可以准确的检测提取焊缝特征信息，实现精确 的焊缝跟踪。是实现高质量、高效率自动化焊接的关键。本 文讲述了视觉传感技术在焊缝跟踪中的重要作用，并详细介 绍了传感器的分类。最后，介绍了视觉传感技术在焊缝跟踪 领域的发展研究及应用。
中心之间的偏差量，并将偏差值传输给控制系统来驱动伺服电机控制执
行运动机构调节焊枪的位置使其对准焊缝中心，实现跟踪焊缝的目的。
根据传感器中是否使用辅助光源，焊缝跟踪视觉传感器可以分为两种:主
动视觉传感器、被动视觉传感器（Junfeng Fan,Sai Deng,Fengshui Jing,et
焊缝跟踪和焊缝寻位的原理
焊缝跟踪和焊缝寻位的原理
一、焊缝跟踪原理
焊缝跟踪是焊接过程中的一项重要工作，它能够确保焊接质量和工艺
参数的一致性。
其原理是通过焊缝检测传感器或视觉传感器对焊接过
程中的焊缝进行实时监测，根据预置的规程控制焊接电流和速度实现
焊接质量的稳定性。
焊缝跟踪系统一般由控制器、传感器、信号接口等组成。
其中，传感
器可分为近红外传感器、激光传感器、摄像头传感器等，根据不同的
焊接场景选择相应的传感器。
通过掌握焊接过程中的实时参数，如焊
接速度、电流强度、电压等，可以及时调整焊接参数，确保焊接质量。
二、焊缝寻位原理
焊缝寻位是焊接前的重要工作，它可以在焊接前精确定位焊接部位，
降低焊接质量测评成本，提高焊接效率。
焊缝寻位技术可以通过机械
手臂、计算机视觉、激光测量等方式实现。
消费电子产品采用的主要焊缝寻位技术是机械手臂寻位，通过机械臂
精确控制焊枪位置，实现对焊接部位的寻位。
另外，一些大型生产厂
家也使用了激光测量的方法，在焊接前使用激光传感器对焊接部位进行测量，确定焊接位置。
三、焊缝跟踪与焊缝寻位的关系
焊缝跟踪和焊缝寻位是两个不同的概念，但它们在焊接中有着密切的关系。
首先，焊缝寻位可以为焊缝跟踪提供准确的焊接部位信息，避免焊接过程中出现偏差。
同时，焊缝跟踪技术也可以为焊缝寻位的自动化提供支持，通过对焊接过程中的数据分析，优化焊缝寻位方案，提高寻位精度和效率。
总之，焊缝跟踪和焊缝寻位是两项相互依存的技术，在焊接过程中都发挥着重要作用，提高焊接质量，降低成本。
焊接自动化智能化的关键-焊缝的查找、自动跟踪寻位引导-激光焊缝跟踪传感器
焊接自动化、智能化的关键问题是焊缝的自动查找、自动跟踪寻位-焊缝跟踪传感1.焊接行业发展趋势焊接行业是关乎工业制造生产与维护服务的核心行业之一，是大型安装工程建设期间的一项关键工作，其进度直接影响到计划的工期，其质量的好坏直接影响到工程的安全运行和使用寿命，其效率的高低直接影响工程的建造周期和建造成本。
为了减少人为因素对焊接质量的影响、提高生产效率就需要使焊接过程更加自动化和智能化，这也是焊接行业发展的必然趋势。
焊接自动化、智能化的关键问题是焊缝的自动查找、自动跟踪，苏州博智慧达自主研发的3D激光焊缝跟踪系统可以轻松获取焊缝位置、焊缝偏转角度、焊缝宽度、高度、深度等信息，并支持市面上大部分机器人品牌的数据通讯，如FANUC、ABB、KUKA、安川、川崎等。
将数据实时反馈至上位机，已达到最佳工艺控制要求。
焊缝自动跟踪系统的作用是精确检测出焊缝的位置和形状信息并传递给焊枪（机器人）控制系统，控制系统根据检测结果调整焊枪位置，从而实现焊缝自动跟踪。
2.工作原理激光焊缝跟踪传感器采用激光三角反射式原理，即激光束被放大形成一条激光线投射到被测物体表面上，反射光透过高质量光学系统，被投射到成像矩阵上，经过计算得到传感器到被测表面的距离（Z轴）和沿着激光线的位置信息（X轴）。
移动被测物体或轮廓仪探头，就可以得到一组三维测量值。
所获得的信息可用于焊缝搜索定位、焊缝跟踪、自适应焊接参数控制、焊缝成形检测并将信息实时传递到机械手单元，完成各种复杂焊接，避免焊接质量偏差，实现无人化焊接。
传感器通过复杂的程序算法完成对常见焊缝的在线实时检测。
对于检测范围、检测能力以及针对焊接过程中的常见问题都有相应的功能设置。
设备通过计算检测到的焊缝与焊枪之间的偏差，输出偏差数据，由运动执行机构实时纠正偏差，精确引导焊枪自动焊接，从而实现对焊接过程中焊缝的智能实时跟踪。
支持多种焊接类型3.激光焊缝跟踪系统的优点1.整套软件系统采用自主技术，无版权风险，具有开源的软件架构，用户可自行添加通讯协议与各种机器人进行配合。
焊缝跟踪技术的应用探析
焊缝跟踪技术的应用探析摘要：在焊接生产过程中，不同的产品通常需要特定的焊接设备及工装夹具，需要设计不同类型的生产线及生产流程，即便是同类产品，由于型号不同，通常也需要更换工装夹具。
同时由于工件在组对过程中存在组对误差，加工过程存在加工误差，因此会导致实际焊接的工件与设计图样存在差异，工件一致性较差，对于机器人焊接来说简单的示教通常存在较大的误差。
在焊接过程中的热形变也会引起误差，造成焊接缺陷。
以上问题在一般工业生产中普遍存在，这就需要焊接自动化生产线具有精确定位工件和纠正偏差的能力，同时在焊接过程中能够对焊缝实时检测，调整焊接的路径，纠正焊接的偏差，保证焊接的质量，这样也可以大幅降低操作人员的工作量，提高焊接效率，降低制造成本，实现智能的柔性制造。
关键词：焊缝跟踪技术；应用；分析下文综合了近年来焊缝跟踪领域相关文献及新技术、新应用，分析了各种焊缝跟踪方式的特点，指出基于激光结构光的焊缝定位及跟踪方式将有更大的优势及更宽广的发展空间。
分析展望了未来基于激光结构光的焊缝跟踪新技术与新应用。
1 焊缝跟踪技术的应用现状在实际焊接行业中，由于机械式接触传感技术存在精度差、易磨损的问题，应用已经较为少见。
目前，在实际生产中应用最为广泛的是非接触式的电弧跟踪及基于视觉传感器的跟踪方法。
1.1电弧跟踪电弧跟踪的基本原理是检测焊接电流和电弧电压的变化，来表达电弧长度的变化，从而推算焊枪与焊缝的相对高度及与焊接坡口的相对位置关系，通过焊接执行机构的实时调节，实现焊接过程中的实时电弧跟踪。
但是在实际中电弧长度与焊接电流、电弧电压之间的精准数学模型难以确定，特别是在熔化极电弧焊接过程中，焊接坡口的准确尺寸也难以在线实时检测，以及电弧跟踪需要角接焊缝、摆动焊接等限制条件，因此电弧实时跟踪的应用具有较大的局限性。
1.2基于三角测距原理的激光结构光检测该方法具有对比度高、精度高、实时性强、无接触等特点，得到了广泛应用。
在实际使用中，激光结构光有多种类型，如单线结构光、多线结构光、圆形及椭圆结构光、点阵等。
激光焊接机器人焊缝跟踪方法
激光焊接机器人焊缝跟踪方法激光焊接机器人焊缝跟踪控制方法陈智龙 120160033摘要：当前激光焊接机器人在实际的工业生产中应用的越来越广泛，在汽车制造业以及其他机器制造业激光焊接机器人在生产中的作用也越来越大。
如何提高焊接机器人的焊缝精度问题以及控制焊缝轨迹已成为激光焊接机器人发展的首要难题。
关键词：激光焊接机器人；焊缝轨迹；控制0引言激光作为焊接和切割的新手段应用于工业制造，具有很大发展潜力。
在国际汽车工业领域，激光加工技术已广泛得到了应用，激光切割与焊接逐渐成为标准的汽车车身生产工艺．国内也已积极推广应用，但目前主要还是以引进成套激光加工设备为主，用于激光钎焊、激光渗透焊、激光对接焊、白车身激光三维切割和激光金属零件表面热处理[1].由于成本考虑，有些汽车厂家则直接进口国外激光加工的零部件．为提升我国汽车制造的技术能力，我们应依靠国内技术能力，自主创新，在更广范围和更深层次上，加快激光加工在制造业的应用发展．车身在整车制造中占有重要地位，不仅车身成本占整车的40％～50﹪，而且对汽车安全、节能、环保和快速换型有重要影响。
人口老龄化不断逼近，各制造业工厂着手进行技术改造工程设计，采用了许多工业机器人，以提高生产线的柔性程度为基础，为制造厂家提供了生产产品多样化，更新转型的可能性．以上汽大众汽车车身生产车间为例，机器人能独立完成工件的移动搬运、输送、组装夹紧定位，可完成工件的点焊、弧焊、激光焊、打磨、滚边、涂胶等工作．有的工位上把上件、夹具、工具以机器人为中心布置，以便机器人能完成多个工序，实现多品种、不同批量的生产自动化．采用机器人使焊接生产线更具柔性化、自动化，使多种车身成品可在一条车身装焊生产线上制造，实现多车型混线生产．因此，焊接生产线必须很容易地因产品结构、外形的改变而改变，具有较高的柔性程度[2]。
由于柔性车身焊接生产线可以适应汽车多品种生产及换型的需要，是汽车车身制造自动化的必然趋势，特别是进入上世纪90年代以后，各大汽车厂家都在考虑车身焊接生产线柔性化。
自动焊焊缝追踪精度提升方法论述
自动焊焊缝追踪精度提升方法论述摘要：焊接自动化具有提高生产效率，优化产品质量，改善劳动条件等优点而被企业广泛应用。
其核心技术就是通过激光焊缝追踪装置对焊接坡口进行追踪，建立闭环反馈系统。
在激光追踪装置识别坡口路径时，由于外界环境干扰导致焊接轨迹出现跑偏情况产生。
本文针对车间现场实际生产的情况，通过创新方法理论手段对该问题进行原因分析、求解并提出可行性意见，从合理化、经济化、适用性的角度来解决该问题的产生。
关键词：焊接自动化激光追踪装置焊接轨迹随着智能制造浪潮的兴起，老牌制造企业也逐渐开始从原始机械到智能机械进行过渡。
焊接自动化是焊接生产的“智能”体现，也是保证焊接质量、提高作业效率的重要手段。
焊接自动化主要装置就是利用焊缝追踪系统对焊缝路径进行实施规划，从而完成焊接工作，该系统一般有传感器、控制器和执行机构三大部分组成。
根据传感器进行分类可以分为接触式传感器焊缝追踪装置和非接触式传感器焊缝追踪装置。
接触式传感器结构简单，成本低，但其灵敏度不高，扫描范围小，与工件接触的接头容易受到磨损。
非接触式传感器焊缝追踪装置可分为电磁感应式传感器焊缝追踪装置、视觉传感器焊缝追踪装置、电弧传感器焊缝追踪装置等，它们具有自动化匹配程度高、灵敏度好等特点。
一个优秀的焊缝追踪装置，它应该具有以下特点：传感器灵敏，系统具有实时性；控制器功能强，成本低，能进行多自由度运动控制；执行机构结构简单，轻便运动灵活。
一、激光焊缝跟踪原理激光焊缝跟踪研究开始于20世界80年代初。
1985年保加利亚的kov提出了用模糊模型来描述弧焊过程的不确定性，同时利用激光传感器用模糊控制推理对示教机器人的运动进行预测和控制，进而实现焊缝追踪。
1989年日本的S.Mursaami利用电弧传感弧焊机器人焊缝跟踪的模糊控制，该控制系统根据焊枪的振幅位置同焊丝与工件的距离关系判断焊点的水平和垂直位移，并在强烈的弧光、高温、烟尘的条件下，利用模糊滤波器和模糊控制器来设计焊缝跟踪控制系统，取得了较好效果。
焊接接头的自动化与智能化技术
焊接接头的自动化与智能化技术随着现代工业技术的不断发展，焊接作为一项重要的装配工艺也在不断地革新和更新。
在传统的焊接中，焊工需要进行大量的手工操作，工作强度大，而且焊接的质量也难以保证。
在这种情况下，自动化与智能化技术的应用成为了焊接行业的一个重要趋势。
本文将重点讨论焊接接头的自动化与智能化技术。
一、焊接接头的自动化技术1. 焊接机器人技术焊接机器人是目前焊接行业中最为常见的自动化设备之一。
它具有操作简便、生产效率高、可靠性强、焊接质量稳定等优点。
同时，焊接机器人还可以通过与其他智能化设备的联动，实现更高效的自动化生产。
例如，将焊接机器人与自动化输送机相结合，可以实现自动化的焊接流水线。
2. 激光焊接技术激光焊接技术是一种高精度、高效率的自动化焊接技术。
它通过激光束将材料进行加热，实现焊接材料的熔化，从而实现焊接接头。
与传统的电弧焊接相比，激光焊接可以避免产生气孔、错边、裂纹等缺陷，提高焊接质量。
3. 电阻焊接技术电阻焊接技术是通过电流通过两个接触面之间的工件，使其产生热量，然后达到熔化点从而实现焊接的一个过程。
这种技术可以通过控制焊接条件，实现焊接过程中的自动化和智能化。
例如，可以通过自动化设备控制焊接参数，确保焊接接头的质量和稳定性。
二、焊接接头的智能化技术1. 焊接数据分析技术现代焊接设备可以通过传感器和数据采集方式，实时获取焊接过程中的数据。
通过对这些数据进行收集、分析和处理，可以对焊接过程进行优化和改善，以提高焊接接头的质量和稳定性。
2. 焊接自适应控制技术焊接自适应控制技术是指通过传感器和计算机控制设备，实现焊接过程的自动调节，以解决焊接过程中可能出现的问题。
例如，当焊接机器人在执行过程中遇到焊接跳跃或遇阻情况时，可以通过自适应控制技术，实现焊接参数的自动调整，从而保证焊接接头的稳定性和质量。
3. 焊接智能化监测技术焊接智能化监测技术是通过传感器和数据采集方式，对焊接过程中关键参数进行实时监测和分析，以实现对焊接过程的智能化监控和预警。
用于焊缝跟踪的光电传感器
3. 2 工件表面状态影响实验 主要考察传感器在工件表面状态发生变化时 ,其
输出信号的变化情况 。工件采用普通碳素钢钢板 ,其 表面状况分为以下几种常见情况 : 普通状态 、铁锈较 多和存在油污 。实验方法与传感器高度变化实验类
似 ,传感器的高度为 5 mm. 实验结果见表 2 。
表 2 工件表面状态对中间光敏管输出电压的影响 V
and through fuzzy control ,the precision of sensor has been greatly improved. The sensor experiments and seam tracking welding exper2i
ments show that the precision is 1 mm which achieved the requests of industrial manufacturing. The photoelectric sensor also has the ad2
实验工件采用普通碳素钢钢板 ,选择传感器高度 为 5 mm ,8 mm ,10 mm 3 种情况 。每种情况测量 3 次 , 每次测量 3 个数据 ,取均值 。实验结果见表 1 。
从表 1 中可以看出 ,传感器高度越低 ,光敏管对 白线的影响越敏感 。为了保证传感器对焊逢偏差具 有一定的灵敏性 ,传感器的高度应尽可能低 ,一般设
从实验结果可以看出 ,在有橡胶遮挡的情况下 , 传感器的输出信号变化不大 ;在没有橡胶遮挡时 ,传 感器的输出变化幅度很大 ,而且数据的变化无规律 。 这主要是因为焊接点的轻微变化导致弧光点对光敏
管的照射角度和距离也发生了变化 ,在强烈的弧光照 射下 ,这种轻微的变化被放大 ,从而导致传感器的输 出变化很大 。而采用橡胶遮挡的方法 ,可以非常方便 地消除弧光对传感器的不利影响 。
328 焊缝跟踪光电传感器控制系统的设计
Key Words: Photoelectric Sensor；Seam Tracking；Microcomputer；FuzzyPID Control
目录
摘 要 ...............................................................................................................I ABSTRACT........................................................................................................II
对于常态表面状态和打磨表面状态下的工件，系统针对性地采用两种不同的信号采集和 处理方法：对于表面常态下的工件，采用了加权比较的信号处理方法；对于表面打磨的工件， 采用了另一种信号处理方法——信号差值比较的方法。因此，这两种方法的综合使用可以有 效地提高传感器的准确性和适应性。
南昌大学科技成果——平面弯曲焊缝跟踪自主移动焊接机器人
南昌大学科技成果——平面弯曲焊缝跟踪自主移动
焊接机器人
项目研究背景
焊接是机械制造工业中关键的工艺技术之一。
焊接自动化必须借助一定的焊接自动化装备，目前国内外广泛采用机器人。
机器人是一种传统的机构学与近代电子相结合的产物。
其综合了计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感器技术等多个学科。
机器人作为一种代替劳动者完成繁重而危险重复性的工作的自动化设备已被广泛地应用于汽车、机械、电子、建筑等行业。
技术原理
本产品是针对平面弯曲焊缝自动跟踪所开发的一种具有智能化的焊接机器人。
它通过旋转电弧传感器实现焊接信号的采集，借助轮式小车和十字滑块进行焊缝的自动跟踪，实现了焊接机器人的智能化。
解决了激光传感器等附加式传感器固有的传感器超前或滞后难题，同时使用轮式移动机构，摆脱了轨道式自动焊机的安装困难，生产效率低的困扰。
技术特点
本产品利用高速旋转扫描焊炬作为传感器，轮式机器人作为控制对象，实现了轮式机器人水平焊缝的跟踪问题，提高轮式机器人的智能程度及柔性化，产品投资小，大部分硬件被集成，核心内容是焊缝识别与控制软件。
设备投资
115万元；自筹：15万元；融资：100万元；资金用途：产品中试及专利申请20万；购置生产、测试设备35万；材料预支25万；产品化包装设计、员工费用、周转资金20万。
合作方式合作开发。
焊接机器人智能寻位技术研究
焊接机器人智能寻位技术研究发布时间：2023-07-24T06:34:26.445Z 来源：《新型城镇化》2023年15期作者：朱玉朋范培培[导读] 焊接机器人是集机器人、自动化、传感器、网络、先进制造和先进材料多种新技术于一身的高科技产品。
未来的机器人智能化水平会越来越高，将带来工业领域新的变革[1]。
杨启杰等优化了中厚板交接头机器人焊接工艺参数[2]。
中汽昌兴（洛阳）机电设备工程有限公司河南省洛阳市 471000摘要：流转机器人焊接大型起重机横梁时，由于横梁难以精确装夹定位，每次焊接前都需要手动建立工件坐标系，手动示教起点位置。
为避免焊接准备时间过长的问题，提出一种焊接机器人自动创建工作坐标系和自动寻找焊接起点的方法，节省焊接工作时间，提高焊接工作效率。
关键词：焊接工艺；起弧；自动寻位；工件坐标系引言焊接机器人是集机器人、自动化、传感器、网络、先进制造和先进材料多种新技术于一身的高科技产品。
未来的机器人智能化水平会越来越高，将带来工业领域新的变革[1]。
杨启杰等优化了中厚板交接头机器人焊接工艺参数[2]。
杨立拥等研究了ABBIRB2600弧焊机器人与林肯公司R500数字化焊机组成的系统焊接中厚板的工艺应用[3]。
方友等设计了自卸车厢板机器人焊接参数化编程控制系统，克服了手工焊接及传统机器人焊接的现场示教难以满足生产需求的问题[4]。
张翼风设计了8轴协同运动机器人焊接工作站，能较好地焊接新能源汽车底盘[5]。
陈国樑在车辆减振器焊接中使用了焊接机器人，满足了焊接质量稳定性的需要，提出结合焊接机器人的高精度、自动化和柔性化，能改善操作工人的劳动条件，避免弧光对人员的辐射危害，成为未来焊接技术的发展方向[6]。
金玉章设计了适合频繁装卸的管道全位置焊接机器人导轨[7]。
盛鲁平预测了大型起重设备重要部件箱梁机器人焊接的变形情况，并研究了控制方案[8]。
徐晅融合机器人技术、焊接技术，探索了焊缝跟踪及纠偏系统，开发了铜板风口机器人焊接工作站，实现铜板风口的全自动化焊接，避免焊接过程出现少焊或多焊现象，工件焊缝间隙偏差≤0.8mm，提高了铜板风口的焊接质量和效率，延长了铜板封口的使用效率[9]。
履带式智能弧焊机器人焊缝跟踪控制系统
由于焊接过程是一个高度非线性 、多变量作用 ,同 时具有随机不确定性因素的存在 ,决定了对焊接过程的 焊缝跟踪等问题变得非常困难 。而且履带式爬行弧焊机 器人系统模型是非常复杂 ,运动比较复杂 ,既有滑动又 有滚动出现 ;既有双履带轮的运动控制 ,又有十字滑块 上下左右运动控制 ,闭环控制中的每个环节都比较复 杂 。但是若采用经典的 P ID 控制理论和现代控制理论 设计一个控制系统 ,事先都需要知道被控对象的精确的 数学模型 ,但这对履带式爬行机器人系统来说是比较困 难的 。所以经典控制理论控制手段几乎无法有效地应用 到本系统的控制过程中 。而模糊控制技术的产生和发展 无疑给解决这一难题提供了新的思路和方法 。模糊控制 实质上是由计算机去执行操作人员的控制策略 ,因而可 以避免复杂的数学模型 。对于非线性 、大滞后和带有随 机干扰的系统 ,P ID 控制往往会出现失效 ,然而采用模 糊控制则较易实现。P ID 控制超调量大 ,并带有振荡 ,相 反模糊控制对输入量的突然变化并不敏感 ,较之 P ID
2. 爬行机器人系统构成
爬行式弧焊机器人的系统构成主要由移动机构 、 图象传感系统 、控制电路以及计算机信息处理控制系 统组成 ,如图 1 所示 。移动机构是机器人的运动动力 系统 ;图象传感系统与计算机信息处理系统组成焊缝
图 1 系统组成框图
* 国家自然科学基金资助(No. 50075037) [作者简介] 张华 : 1964 年生 ,教授 ,博士生导师。研究领域 :机器人与焊接自动化。
2. 2 移动机器人的驱动
带焊接装置移动到壁面上所需到达的任意位置 。该机
本机器人系统是采用两轮独立驱动的双履带结
器人具备 6 个自由度 ,包括焊炬的 X、Y、Z 三个方向 构 。由于直流电机具有启动力矩大 ,动态性能好 ,调速
焊缝跟踪研究1
弧焊机器人焊缝跟踪方法的研究现状(2010-11-18 8:53:12) 95人次浏览随着科技水平的进步，人们对焊接质量的要求也越来越高。
而人工焊接时，由于受到技术水平、疲劳程度、责任心、生理极限等客观和主观因素的应影响，难以较长时间保持焊接工作的稳定性和一致性。
而且，由于焊接恶劣的工作条件，愿意从事手工焊接的人在减少，熟练的技术工人更有短缺的趋势。
另一方面，电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为焊接过程的自动化提供了有利的条件，并已渗透到焊接的各个领域。
近年来，焊接自动化程度在不断的增加，2000年时，中国焊接生产的机械化自动化率,按熔敷金属计算约为30%,而发达国家的焊接自动化率已经达到65%以上[1]。
焊接自动化生产已是必然的趋势。
焊接机器人是焊接自动化的革命性的进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化的生产方式[2]。
目前，用于工业生产的弧焊机器人主要是示教再现型机器人，在机器人弧焊过程中，它们可以在其工作空间内高精度重复已经示教的动作。
但这也带来一定的局限性，那就是应变能力很差，对工件的装配精度要求较严，重复性要好。
如果焊接条件基本稳定，则机器人能够保证焊接质量。
但在实际焊接过程中，因为机器人工作时为了避免发生危险，操作人员不准或不宜进入机器人的工作区域，使得操作者不能近距离实时监视焊接过程并作必要的调节控制，所以当实际的焊接条件发生变化时，例如焊接过程中的工件在加工、装配过程中的尺寸误差和位置偏差以及工件加热变形等因素的变化会使接头位置偏离所示教的路径，这样会造成焊接质量下降甚至失败。
所以精确的焊缝跟踪是保证焊接质量的关键，它是实现焊接过程自动化的重要研究方向。
1 弧焊机器人在焊接中的应用现状自从60年代机器人进入工业领域以来，发展较为迅速。
预计从1999-2003年，世界实际装备工业机器人数量将由1999年的743,000台增加到892,000台，其中在“机器人王国”日本有370，000台，世界其他地区通用工业机器人的实际装备数量将由340,000台增加到508,000台。
用于焊接自动化过程的激光视觉传感器
用于焊接自动化过程的激光视觉传感器赵菁;林三宝【摘要】自动化焊接包括机器人焊接在内,都要求在整个焊接过程中焊枪始终保持在焊缝的正确位置.要做到这一点单靠工装夹具是很难保证的,必须依靠某种实时的跟踪系统.激光视觉跟踪系统为实时焊缝跟踪提供了现代化的解决方案.在此综述了各种焊缝跟踪技术及其优缺点,重点讨论了各种类型激光视觉传感器的原理和设计,并给出了应用实例.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2010(040)011【总页数】5页(P1-5)【关键词】焊缝跟踪;激光视觉;传感器;自动化【作者】赵菁;林三宝【作者单位】英国Meta视觉系统公司,英国;哈尔滨工业大学,现代焊接生产技术国家重点实验室,黑龙江,哈尔滨,150006【正文语种】中文【中图分类】TG409激光焊接切割及激光焊缝跟踪电弧焊接过程中需要将焊枪中的电极(TIG焊为钨极，GMAW和SAW为焊丝)置于焊接接头上，并按照不同的接头型式，使电极与接头在焊接过程中始终保持准确的相对位置关系，这就是通常说的焊缝跟踪技术。
对于手工焊接而言，焊工通过焊帽观察焊接熔池和电弧，操纵焊枪以获得所要求的位姿，焊工技能水平越高，操作越熟练，位置控制越准确。
而对于自动焊而言，焊枪通常安装在机器人末端或者焊接专机的机头部分，工件一般采用夹具或者变位机安装在焊接平台上，或者通过生产线连续送给到焊接位置，如焊管。
无论哪种自动化焊接系统，工件位置的定位精度和重复精度都是有限的。
另外焊接过程的热变形也会引起焊接接头位置或工件表面形状发生变化。
如在螺旋焊管生产线中，焊管的运动受其生产线精度等条件的限制，焊枪与焊缝之间的相对位置经常发生变化。
在此情况下，需要实时的焊缝跟踪系统来识别焊缝的实际位置，移动并控制焊接机头以保证焊枪精确定位于焊缝上。
在自动化焊接过程中通常有三种控制焊枪位置的跟踪方法：(1)手动跟踪；(2)机械式跟踪；(3)激光跟踪。
其他的方式如电弧传感或者电弧电压传感等，只适用于某些特定的焊接方法。
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焊接自动化、智能化的关键问题是焊缝的自动查找、自动跟踪寻位-焊缝跟踪传感
1.焊接行业发展趋势
焊接行业是关乎工业制造生产与维护服务的核心行业之一，是大型安装工程建设期间的一项关键工作，其进度直接影响到计划的工期，其质量的好坏直接影响到工程的安全运行和使用寿命，其效率的高低直接影响工程的建造周期和建造成本。
为了减少人为因素对焊接质量的影响、提高生产效率就需要使焊接过程更加自动化和智能化，这也是焊接行业发展的必然趋势。
焊接自动化、智能化的关键问题是焊缝的自动查找、自动跟踪，苏州博智慧达自主研发的3D激光焊缝跟踪系统可以轻松获取焊缝位置、焊缝偏转角度、焊缝宽度、高度、深度等信息，并支持市面上大部分机器人品牌的数据通讯，如FANUC、ABB、KUKA、安川、川崎等。
将数据实时反馈至上位机，已达到最佳工艺控制要求。
焊缝自动跟踪系统的作用是精确检测出焊缝的位置和形状信息并传递给焊枪（机器人）控制系统，控制系统根据检测结果调整焊枪位置，从而实现焊缝自动跟踪。
2.工作原理
激光焊缝跟踪传感器采用激光三角反射式原理，即激光束被放大形成一条激光线投射到被测物体表面上，反射光透过高质量光学系统，被投射到成像矩阵上，经过计算得到传感器到被测表面的距离（Z轴）和沿着激光线的位置信息（X轴）。
移动被测物体或轮廓仪探头，就可以得到一组三维测量值。
所获得的信息可用于焊缝搜索定位、焊缝跟踪、自适应焊接参数控制、焊缝成形检测并将信息实时传递到机械手单元，完成各种复杂焊接，避免焊接质量偏差，实现无人化焊接。
传感器通过复杂的程序算法完成对常见焊缝的在线实时检测。
对于检测范围、检测能力以及针对焊接过程中的常见问题都有相应的功能设置。
设备通过计算检测
到的焊缝与焊枪之间的偏差，输出偏差数据，由运动执行机构实时纠正偏差，精确引导焊枪自动焊接，从而实现对焊接过程中焊缝的智能实时跟踪。
支持多种焊接类型
3.激光焊缝跟踪系统的优点
1.整套软件系统采用自主技术，无版权风险，具有开源的软件架构，用户可自行添加通讯协议与各种机器人进行配合。
2.焊缝目标识别加入了机器学习算法，提高了识别率和识别精度
3.自主设计的机器人和传感器标定算法，精度较高，标定流程简单易用
4.优化了抗电磁干扰系统，使系统稳定性得到了提升，抗弧光和飞溅，实时跟踪，焊缝宽度自动适应
5.系统整体精度在±0.5mm以内，可提高现有焊接作业场所的焊接器人工作效率50%以上，节省人工30%以上。
6 .非接触，支持多种焊接类型
7 .提高生产效率和焊接质量，提高生产率
8 .确保焊缝成型美观牢固；可使焊枪处于理想位置；可实现一致的和可复现的焊接效果；
9 .IP67防护等级，全系标配防护三件套。