[發明專利]一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統及方法

有效

• 申請號: 201510058586.1
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104646799A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 朱加雷;徐世龍;焦向東;李衛強;馬正住
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院;唐山開元焊接自動化技術研究所有限公司
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127;B23K9/095
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

技術領域

本發明涉及焊接電弧跟蹤測試技術領域，尤其涉及一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統及方法。

背景技術

隨著先進制造技術的發展，實現焊接產品制造的自動化與智能化己成為必然趨勢。在焊接生產中采用機器人技術，可以提高生產效率、改善勞動條件、穩定和保證焊接質量、實現大批量產品的焊接自動化。目前，采用機器人焊接已成為焊接技術自動化、現代化的主要標志。

然而，焊接機器人的應用并不能保證一定可以獲得滿意的焊接質量，因為實際電弧焊接過程中，存在著許多干擾因素。包括工件尺寸精度、裝夾精度、間隙、坡口精度、示教誤差等，并且在焊接過程中，先焊合的焊縫產生的變形會作用在工件上，使后焊合的焊縫偏離組對時的位置，為了保證焊接質量，必須對機器人焊接過程進行焊縫實時跟蹤。

由于焊接過程是高度非線性、多變量耦合作用、同時具有大量隨機不確定因素的復雜工藝過程，長期以來焊接過程的檢測一直是焊接界的研究熱點。到目前為止，主要有兩大類檢測方法：一是利用各種外部傳感器，如視覺傳感器、聲學傳感器和遠紅外攝像機等，檢測反映焊接質量的各種信息。二是基于電弧自身的傳感方法，只通過檢測焊接過程固有的焊接電流和焊接電壓信號來提取反映焊接質量的各種信息。電弧傳感直接從焊接電弧中獲取過程特征信息，通過檢測焊接電壓、焊接電流來實現焊接過程質量的監測與控制，不受焊接過程弧光、磁場、溫度的影響，無須附加傳感器，對焊接環境干涉小，焊槍的可達性好，結構簡單、成本低且可靠性強。因此，機器人焊接時多采用電弧跟蹤傳感器對焊接過程監控。

焊接電弧跟蹤是保證焊接質量的重要環節，跟蹤的精度和策略一直是相關研究和技術開發的重點。電弧跟蹤效果的衡量和檢測方式包括錄制視頻、采集焊接電參數以及觀察最終的焊縫成型判斷跟蹤效果等，上述方法雖然在一定程度上能夠檢驗跟蹤效果，但基本都是給定一個定性研究，無法對跟蹤過程中的實時位置數據進行量化記錄和分析。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統及方法，通過激光跟蹤儀實時跟蹤并采集工業焊接機器人不同情形下運動過程中的三維空間位置信息，經過后期處理分析，獲得電弧跟蹤精度、跟蹤調整速度以及可調整范圍的數據信息，為工業機器人、焊接專機和焊接電弧跟蹤模塊的開發及完善等提供試驗和理論分析基礎。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統，該系統包括：激光跟蹤儀1及配套的靶球2、工業焊接機器人4、焊接電源8及集成在該焊接電源8中的電弧跟蹤模塊7；

該靶球2與工業焊接機器人4最前端的焊槍夾持機構固定連接；該工業焊接機器人4與焊接電源8及其電弧跟蹤模塊7相連；該激光跟蹤儀1固定放置在離該靶球2一定距離處；

激光跟蹤儀1實時跟蹤和測量靶球2的位置信息，根據靶球2的位置信息以及預先設定的工業焊接機器人4前端焊槍5的示教運動軌跡與待焊坡口實際位置之間的偏差值及跟蹤功能開啟情況，獲得電弧跟蹤精度以及跟蹤策略調整信息。

進一步的，所述激光跟蹤儀1實時跟蹤和測量靶球2的位置信息，根據靶球2的位置信息以及預先設定的工業焊接機器人4前端焊槍5的示教運動軌跡與待焊坡口實際位置之間的偏差值及跟蹤功能開啟情況，獲得電弧跟蹤精度以及跟蹤策略調整信息，包括：

進行工業焊接機器人4基礎坐標系與激光跟蹤儀1本體坐標系之間的轉換，建立工業焊接機器人4電弧跟蹤時的測量坐標系；

焊接開始前，通過機器人控制器設定工業焊接機器人4前端焊槍5的示教運動軌跡，調整焊接平臺6上焊接試板9的待焊坡口至實際焊接位置，示教運動軌跡與待焊坡口實際位置末端在高低方向和左右方向上存在一定偏差值；

正式測量過程中，激光跟蹤儀1采用單點測量方式；首先通過跟蹤靶球2各記錄一組未焊接情況下和焊接未跟蹤情況下工業焊接機器人4運行軌跡的測量數據；再通過跟蹤靶球2分別進行焊接情況下高低方向和左右方向中一個方向或者同時兩個方向的電弧跟蹤數據測量；

在數據處理過程中，將上述激光跟蹤儀1測量到的X、Y、Z不同坐標方向上未焊接情況下示教運動軌跡測量數據和焊接未跟蹤以及焊接加電弧跟蹤獲得的實際運動軌跡測量數據，并結合預先設置的示教運動軌跡與待焊坡口實際位置的偏差值進行綜合對比分析，從而獲得電弧跟蹤精度、跟蹤調整速度以及可調整范圍的數據信息。

進一步的，所述該靶球2與工業焊接機器人4最前端的焊槍夾持機構固定連接，包括：