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機器焊接的不同尋位方式對比

發布時間:2023-12-06
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焊接機器人作為現代制造業中的重要裝備,廣泛應用于各行各業。在焊接過程中,準確的焊縫尋位是保證焊接質量和效率的關鍵因素之一,也是實現焊接自動化生產的難點之一,解決自動化焊縫尋位難題是該領域的主要關注方向。

焊縫尋位,也稱為焊縫傳感,是在焊接過程開始之前檢測工件上目標焊縫的位置和方向的過程,通常是使用傳感器和軟件程序來引導焊槍到縫的精確位置。焊縫尋位的目的是確保焊接精確地應用到焊縫上,這對于確保焊接的強度和完整性非常重要。然而,在一些大型工件焊接時,由于下料和組隊誤差的存在,焊槍初始位置定位完全依靠人工示教的方式進行,不僅效率低、精度差,而且對于水下焊接、狹小空間中焊接等操作人員不易到達的場合,人工定位識別焊縫軌跡走向尤為困難。

為了解決機器人示教編程復雜的問題,實現機器人自動化焊接,工程師們開發出了以下尋位方式:

一、焊絲尋位

焊絲尋位

(圖片來源于網絡)

焊絲尋位是一種簡單而直觀的定位方式。它通過焊絲與工件表面的接觸,檢測焊絲電信號來確定焊接位置。當焊絲觸碰到工件表面時,會產生電壓信號,接觸傳感器將電壓信號反饋給機器人,機器人則會利用當前位置與程序設定位置的偏差值對路徑進行修正,從而得出真實目標位置。

接觸尋位原理

圖1接觸尋位原理

優勢:

?操作簡單,適用于焊接工藝相對簡單、焊接目標形狀規則的工件。

?由機器人集成,不受工件表面影響,不增加額外體積,而且成本相對較低。

劣勢:

?焊絲與工件表面接觸過程中易受到工件表面雜質的干擾,對工件表面的平整度和粗糙度有一定要求。

?不適用于高精度和表面敏感的焊接任務。

?逐點觸碰,效率低。

二、激光尋位

圖片3.jpg

(圖片來源于網絡)

激光尋位即利用激光傳感器對想要測量的位置進行單次測量,并計算目標點位置的過程。其工作原理是依靠激光視覺,由激光照射到焊縫表面,形成激光點或激光線,提取焊縫的特征數據點,并進行記錄。在焊縫發生偏移后,再次采集焊縫的特征數據點,并自動計算出兩次記錄的點之間的差值,然后將偏差值添加到焊槍點來保證焊槍準確地達到焊縫起始位置,從而修正偏差。

激光尋位原理

圖2激光尋位原理

激光尋位又包括點激光尋位線激光尋位兩種方式:

點激光尋位

點激光尋位,是在焊接工件偏離示教點時,通過點激光傳感器檢測出示教點(開始點、中間點、結束點等)處的偏離量,并對各焊接線進行3D平移補正。激光點由激光器產生,經過適當的光學系統聚焦成小點。焊接機器人通過激光點在工件表面的坐標位置來確定焊接位置。

線激光尋位

線激光尋位是利用激光線在工件表面的位置來確定焊接位置。激光線由激光器產生,經過適當的光學系統聚焦成線形。在焊接過程中,線激光雙目視覺傳感器檢測焊縫軌跡的空間位置和初始姿態,通過激光線在工件表面的位置和方向來確定焊接位置。線激光尋位方式相對于點激光尋位方式具有更高的精度和定位能力。

無論是點激光還是線激光,在焊接應用上也都有一定的優劣勢。

優勢:

?無接觸:激光束無需直接接觸工件表面就能完成焊接過程,可避免由于接觸引起的污染和損傷,并減少工件的變形風險。

?激光尋位方式具有較高的精度和靈活性,可以適應不同形狀和尺寸的焊接工件。

劣勢:

?效率低:激光尋位對于光照條件和工件表面質量有一定要求,容易受到工件表面雜質的干擾,效率低下。

?編程復雜:激光焊接對操作技術和經驗要求較高,編程復雜耗時。

?增加了額外的體積,對狹小空間不適用

總之,無論是焊絲尋位還是激光尋位這兩種方法都需要提前進行示教編程,然后利用先驗知識計算偏移量,準備工作耗時長,無法對應復雜場景。隨著3D視覺技術的快速崛起,更加簡便的3D相機尋位為機器人自動化焊接提供了新的可能。

3D相機尋位

3D相機尋位

(圖片來源于網絡)

3D相機尋位是利用三維相機系統獲取焊接工件的三維形狀和紋理信息,通過圖像處理和模式識別算法來確定焊接位置。3D相機尋位時,相機先拍攝工件的三維點云數據,直接識別出焊縫的位置,并直接計算焊接姿態,尋位速度快效率高。與傳統的焊絲尋位和激光尋位相比,3D相機尋位更加靈活高效:在焊前準備階段無需對焊縫進行示教編程,在焊接過程中單次拍照識別多條焊縫,大大簡化了操作,幫助用戶提高生產柔性和效率。

圖片6.jpg

(圖片來源于網絡)

優勢:

?無接觸:3D相機無需直接接觸工件表面,可避免由于接觸引起的污染和損傷。

?效率高:無需提前示教編程,直接計算焊接姿態,一次拍照識別多條焊縫。

?容差高:可適應較大的平移旋轉誤差,只要能拍到就能識別到。

劣勢:

?成本相對焊絲尋位和激光尋位更高。

?增加了額外的體積,對狹小空間不適用。

從焊絲尋位到激光尋位,再到3D相機尋位,機器人獲取到的信息的維度一直在提升,智能化程度也在不斷提高,對應的技術難度也不斷加大。

知象光電立足于3D視覺硬科技,建立了從光學芯片、成像算法、到應用軟件的自主技術體系,并較早地將3D視覺應用到機器人自動化焊接領域。其推出的Tracer P2憑借其強大的計算芯片、工業級精度、高防護的性能,搭載機器人視覺軟件Tracer Studio,可實現3D點云實時采集、復雜焊縫特征快速提取、機器人軌跡智能規劃、工件找正定位等功能,可廣泛應用于鋼結構、車廂板、人防門、鋼筋、管板焊接等各種復雜嚴苛的工作環境。

圖片7.jpg

(圖片來源于網絡)

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