機器人焊接過(guò)程中, 焊槍與焊縫中心都會(huì )存在一定誤差, 而且焊接過(guò)程又是一個(gè)復雜、非線(xiàn)性、干擾因素較多的過(guò)程, 焊接工件熱變形、咬邊、錯邊, 以及焊縫間隙的變化等是不可預知的, 這些因素都會(huì )直接影響到焊接質(zhì)量。

在“示教再現”或軌跡規劃應用的基礎上,實(shí)時(shí)焊縫糾偏可以進(jìn)一步提高焊接精度, 尤其適用于輔助工程上焊接易變形、裝配復雜等自動(dòng)焊難以控制的工件生產(chǎn)。

以鋁合金材3 mm 薄板的對接焊接為例，針對脈沖鎢極惰性氣體保護焊( GT AW) 焊接方法, 對平板直縫和平板法蘭進(jìn)行焊縫跟蹤試驗, 將傳統的“示教再現”型機器人開(kāi)發(fā)成具有實(shí)時(shí)焊縫跟蹤的弧焊機器人系統。

使用的是ABB焊接機器人+創(chuàng )想機器人焊縫跟蹤器?？紤]到鋁合金薄板的焊接性, 采用交流脈沖焊進(jìn)行焊接, 脈沖頻率為2 H z, 基值電流為50 A,峰值電流為125 A, 焊接速度為2. 6 mm/ s.

采用“小窗口”獲取焊縫特征信息, 在焊縫區域開(kāi)了一個(gè)100 幀x120 幀的小窗口, 僅對此窗口內的圖像進(jìn)行處理. 該窗口包含了進(jìn)行焊縫跟蹤所需要的特征信息, 又削減了大量不必要的圖像信息. CCD 攝像機和送絲嘴都固定在焊槍上, 也就是焊槍、鎢極、送絲嘴在圖像平面投影的相對位置是不變的, 同時(shí)在試驗前已經(jīng)將CCD 攝像機的軸心、焊槍軸心以及焊縫調節到了同一個(gè)平面上, 如此, 焊槍的軸線(xiàn)在圖像平面上的投影為一條水平線(xiàn), 為后續的跟蹤提供了便利條件。

焊縫跟蹤器先提取到焊縫的上下邊緣, 經(jīng)過(guò)去除偽點(diǎn)之后進(jìn)行最小二乘法擬合, 得到焊縫中心線(xiàn). 圖像處理算法流程主要包括圖像復原、中值濾波、邊緣尋找、偽點(diǎn)去除及最小二乘法擬合。

采用了逆濾波器方法來(lái)進(jìn)行圖像復原, 同時(shí)選用3x3 模板中值濾波, 當前像素點(diǎn)的灰度值由它的8 鄰域的像素灰度值的中間值獲得。

在對圖像進(jìn)行了觀(guān)察和分析后, 發(fā)現即焊縫邊緣和其他區域相比, 灰度變化極大. 因此, 根據灰度值變化的速率來(lái)確定焊縫邊緣點(diǎn), 即每一列中速率變化最大的2 個(gè)點(diǎn)作為為焊縫的上下邊緣點(diǎn). 用此種邊緣檢測算法是基于3 mm 薄板的特性, 沒(méi)有坡口使焊縫處較大的灰度變化在整幅圖像中極易捕捉, 同時(shí)此類(lèi)算法較小的計算量也不會(huì )影響到圖像處理的實(shí)時(shí)性。

圖像處理算法所得到的焊縫位置與實(shí)際焊縫位置的誤差在 0.1 mm 以?xún)?，完全滿(mǎn)足實(shí)際焊接的需求。

創(chuàng )想機器人焊縫跟蹤器原理是, 固定激光視覺(jué)傳感器在焊槍正前方, 通過(guò)直接觀(guān)察焊槍與焊縫中心線(xiàn)的位置關(guān)系, 提取偏差信息, 輸出糾偏控制電壓。