[發明專利]一種焊縫自動跟蹤方法及裝置

有效

• 申請號: 201010159059.7
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN101829835A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 趙東標;陸永華;劉凱
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及自動焊接技術領域，具體的說，涉及一種焊縫自動跟蹤方法及裝置。

背景技術

焊接是一種將材料進行永久連接，并成為具有給定功能結構的制造技術。焊接已廣泛應用于機械制造、造船、海洋開發、汽車制造、石油化工、航天技術、原子能、電力、電子技術及建筑等各個部門。在金屬制造業中，焊接現在已成為僅次于裝配和機械加工的第三大產業。在工業發達國家，每年鋼鐵產量的45％左右要通過焊接才能轉化為最終的產品。自現代焊接技術問世以來，焊接生產的機械化、自動化和機器人化一直在不斷發展之中。據統計，日本從1975年到1990年，焊接工人大約每10年減少27-37％，焊接工作不斷地由手工操作轉為自動、半自動焊接乃至機器人焊接。隨著現代焊接生產的自動化程度越來越高以及機器人焊接技術的發展，對焊縫自動跟蹤技術的需求也越來越迫切，焊縫跟蹤的優點主要表現在如下3方面：

1、提高焊接質量

由于待焊工件存在下料加工及裝配的誤差，焊接熱過程引起的變形事先也難以預料，因此給定軌跡的目標控制(或程序控制)方式已無能為力，具有焊縫自動跟蹤能力的自適應系統自然成為首選目標。

2、改善焊接工人工作條件

由于焊接過程產生強烈的熱、煙塵和弧光，導致現場工作環境非常惡劣，對工人的體能消耗很大。采用自動焊接系統是將人從手工焊接的惡劣環境中解放出來的根本途徑。

3、提高生產率

手工焊接的效率很低，工人實際焊接的時間不足其工作時間的30％。自動焊接系統的生產效率遠遠高于手工焊接，而采用焊縫自動跟蹤系統的自動焊接系統又可大大提高焊接生產效率。這是因為與示教型和程序控制焊接系統相比，它省去了繁重的示教工作或事先的編程工作，也降低了對工件加工精度和裝配精度的要求，從而降低了準備時間，提高了整個系統的生產效率。

目前的焊縫自動跟蹤方法，基本都是基于圖像處理的方法，焊接過程中，對焊接弧光進行圖像采集、處理，得到焊縫的分布特征。然而，弧光的圖像受眾多因素的影響，如不同焊縫位置、不同的焊條、不同焊接材料等因素，導致弧光圖像處理的精度較低，不確定性較大，而且圖像處理技術的數據信息龐大，處理實時性有待提高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能夠自適應跟蹤焊縫的走勢，從而實現對焊縫高精度、全自動化跟蹤的焊縫自動跟蹤方法及裝置。

本發明通過下述技術方案實現：

使用安裝有力覺傳感器的探測機構持續獲取焊縫對探測機構的反作用力信息；通過力覺傳感器及數據采集裝置將得到的反作用力信息傳送給計算機；計算機根據得到的反作用力信息計算出探測機構的運動方向并控制探測機構沿計算出的運動方向前進；探測機構運動軌跡即為焊縫的實際分布情況，計算機控制位于探測機構后方的焊槍沿所述運動軌跡前進并進行焊接。

力覺傳感器是一種新型的觸覺傳感器，通常用于檢測和控制機器人關節處的力與力矩，它是通過檢測彈性體變形來間接測量所受力及力矩，并將其轉化為電信號；新近出現的六維力覺傳感器更可實現包括三維力及三維力矩的全力信息的精確測量，因此常用于機器人的手腕關節處。

為了將力覺傳感器檢測到的力的信息轉化為空間位置信息，我們通過如下步驟實現：

A、通過下述公式計算第n個采樣點的空間位置坐標x_n、y_n、z_n，n＝1，2，3……N，其中N表示整個跟蹤過程的采樣點數：

x_n＝f(a₁F₁，a₂F₂，.....，a_iF_i)

y_n＝f(b₁F₁，b₂F₂，.....，b_iF_i)

z_n＝f(c₁F₁，c₂F₂，.....，c_iF_i)

公式中，i＝1，2……I，其中I為力覺傳感器能夠檢測力信息的維度數，例如，六維力覺傳感器中I＝6，F_i表示第i維力分量，a_i，b_i，c_i分別表示第i維力在x、y、z方向分量的權系數；