焊接机器人的焊接传感技术

人工智能标志之一是能够感知外部世界并依据感知信息而采取适应性行为。要使焊接机器人焊接系统具有一定的智能,研究焊接机器人对焊接环境、焊缝位置及走向以及焊接动态过程的智能传感技术是十分必要的。机器人具备对焊接环境的感知功能可利用计算技术视觉技术实现,将对焊接工件整体或局部环境的视觉模型作为规划焊接任务、无碰路径及焊接参数的依据,这里需要建立三维视觉硬件系统,以及实现图像理解、物体分割、识别算法软件等技术。

视觉焊缝跟踪传感器是焊接机器人传感系统的核心和基础之一。为了获取焊缝接头的三维轮廓并克服焊接过程中弧光的干扰,机器人焊缝跟踪识别技术一般是采用激光、结构光等主动视觉的方法,从而正确导引机器人焊枪终端沿实际焊缝完成期望的轨迹运动。由于采用的主动光源的能量大都比电弧光的能量小,一般将这种传感器放在焊枪的前端以避开弧光直射的干扰。主动光源一般为单光面或多光面的激光域扫描的激光束,处理稳定、简单、实用性好。

结构光视觉是主动视觉焊缝跟踪的另一种形式,相应的传感器主要有两部分组成:一个是投影器,用它的辐射能量形成一个投影光面;一个是光电位置探测器件,常采用面阵CCD摄像机。它们以一定的位置关系装配后,并配以一定的算法,便构成了结构光视觉传感器,它能感知投影面上所有可视点的三维信息。一条空间焊缝的轨迹可看成是由一系列离散点构成的,其密集程度根据控制的需要而定,焊缝坐标系的原点便建立在这些点上,传感器每次测得一个焊缝点位姿并可获得未知焊缝点的位姿启发信息。导引机器人焊枪完成整个光滑连续焊缝的跟踪。

焊接动态过程的实时检测技术主要指在焊接过程中对熔池尺寸、熔透、成形以及屯弧行为等参数的在线检测,从而实现焊接质量的实时控制。由于焊接过程的:弧光干扰复杂的物理化学反应、强非线性以及大量的不确定性因素的作用,使得对焊接过程可靠而实用的检测成为瞩目的难题。长期以来;已有众多学者探索过用多种途径及技术手段检测尝试,在一定条件下取得了成功,各种不同的检测手段、信息处理方法以及不同的传感原理、技术实现手段,实质上是要求综合技术的提高。从熔池动态变化和熔透特征检测来看,目前认为计算机视觉技术、温度场测量、熔池激励振荡、电弧传感等方法用于实时控制的效果较好。