一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測(cè)試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接電弧跟蹤測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測(cè)試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)焊接產(chǎn)品制造的自動(dòng)化與智能化己成為必然趨勢(shì)。在焊接生產(chǎn)中采用機(jī)器人技術(shù)，可以提高生產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)條件、穩(wěn)定和保證焊接質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)大批量產(chǎn)品的焊接自動(dòng)化。目前，采用機(jī)器人焊接已成為焊接技術(shù)自動(dòng)化、現(xiàn)代化的主要標(biāo)志。
[0003]然而，焊接機(jī)器人的應(yīng)用并不能保證一定可以獲得滿意的焊接質(zhì)量，因?yàn)閷?shí)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(chǎn)生的變形會(huì)作用在工件上，使后焊合的焊縫偏離組對(duì)時(shí)的位置，為了保證焊接質(zhì)量，必須對(duì)機(jī)器人焊接過程進(jìn)行焊縫實(shí)時(shí)跟蹤。
[0004]由于焊接過程是高度非線性、多變量耦合作用、同時(shí)具有大量隨機(jī)不確定因素的復(fù)雜工藝過程，長(zhǎng)期以來焊接過程的檢測(cè)一直是焊接界的研宄熱點(diǎn)。到目前為止，主要有兩大類檢測(cè)方法:一是利用各種外部傳感器，如視覺傳感器、聲學(xué)傳感器和遠(yuǎn)紅外攝像機(jī)等，檢測(cè)反映焊接質(zhì)量的各種信息。二是基于電弧自身的傳感方法，只通過檢測(cè)焊接過程固有的焊接電流和焊接電壓信號(hào)來提取反映焊接質(zhì)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(cè)焊接電壓、焊接電流來實(shí)現(xiàn)焊接過程質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與控制，不受焊接過程弧光、磁場(chǎng)、溫度的影響，無須附加傳感器，對(duì)焊接環(huán)境干涉小，焊槍的可達(dá)性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低且可靠性強(qiáng)。因此，機(jī)器人焊接時(shí)多采用電弧跟蹤傳感器對(duì)焊接過程監(jiān)控。
[0005]焊接電弧跟蹤是保證焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，跟蹤的精度和策略一直是相關(guān)研宄和技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)。電弧跟蹤效果的衡量和檢測(cè)方式包括錄制視頻、采集焊接電參數(shù)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(yàn)跟蹤效果，但基本都是給定一個(gè)定性研宄，無法對(duì)跟蹤過程中的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)進(jìn)行量化記錄和分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測(cè)試系統(tǒng)及方法，通過激光跟蹤儀實(shí)時(shí)跟蹤并采集工業(yè)焊接機(jī)器人不同情形下運(yùn)動(dòng)過程中的三維空間位置信息，經(jīng)過后期處理分析，獲得電弧跟蹤精度、跟蹤調(diào)整速度以及可調(diào)整范圍的數(shù)據(jù)信息，為工業(yè)機(jī)器人、焊接專機(jī)和焊接電弧跟蹤模塊的開發(fā)及完善等提供試驗(yàn)和理論分析基礎(chǔ)。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:激光跟蹤儀I及配套的靶球2、工業(yè)焊接機(jī)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 ;
[0009]該靶球2與工業(yè)焊接機(jī)器人4最前端的焊槍夾持機(jī)構(gòu)固定連接；該工業(yè)焊接機(jī)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I固定放置在離該靶球2 —定距離處；
[0010]激光跟蹤儀I實(shí)時(shí)跟蹤和測(cè)量靶球2的位置信息，根據(jù)靶球2的位置信息以及預(yù)先設(shè)定的工業(yè)焊接機(jī)器人4前端焊槍5的示教運(yùn)動(dòng)軌跡與待焊坡口實(shí)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(diào)整信息。
[0011]進(jìn)一步的，所述激光跟蹤儀I實(shí)時(shí)跟蹤和測(cè)量靶球2的位置信息，根據(jù)靶球2的位置信息以及預(yù)先設(shè)定的工業(yè)焊接機(jī)器人4前端焊槍5的示教運(yùn)動(dòng)軌跡與待焊坡口實(shí)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(diào)整信息，包括:
[0012]進(jìn)行工業(yè)焊接機(jī)器人4基礎(chǔ)坐標(biāo)系與激光跟蹤儀I本體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，建立工業(yè)焊接機(jī)器人4電弧跟蹤時(shí)的測(cè)量坐標(biāo)系；
[0013]焊接開始前，通過機(jī)器人控制器設(shè)定工業(yè)焊接機(jī)器人4前端焊槍5的示教運(yùn)動(dòng)軌跡，調(diào)整焊接平臺(tái)6上焊接試板9的待焊坡口至實(shí)際焊接位置，示教運(yùn)動(dòng)軌跡與待焊坡口實(shí)際位置末端在高低方向和左右方向上存在一定偏差值；
[0014]正式測(cè)量過程中，激光跟蹤儀I采用單點(diǎn)測(cè)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(yè)焊接機(jī)器人4運(yùn)行軌跡的測(cè)量數(shù)據(jù)；再通過跟蹤靶球2分別進(jìn)行焊接情況下高低方向和左右方向中一個(gè)方向或者同時(shí)兩個(gè)方向的電弧跟蹤數(shù)據(jù)測(cè)量；
[0015]在數(shù)據(jù)處理過程中，將上述激光跟蹤儀I測(cè)量到的X、Y、Z不同坐標(biāo)方向上未焊接情況下示教運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)量數(shù)據(jù)和焊接未跟蹤以及焊接加電弧跟蹤獲得的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)量數(shù)據(jù)，并結(jié)合預(yù)先設(shè)置的示教運(yùn)動(dòng)軌跡與待焊坡口實(shí)際位置的偏差值進(jìn)行綜合對(duì)比分析，從而獲得電弧跟蹤精度、跟蹤調(diào)整速度以及可調(diào)整范圍的數(shù)據(jù)信息。
[0016]進(jìn)一步的，所述該靶球2與工業(yè)焊接機(jī)器人4最前端的焊槍夾持機(jī)構(gòu)固定連接，包括:
[0017]該靶球2通過靶球連接裝置3與工業(yè)焊接機(jī)器人4最前端的焊槍夾持機(jī)構(gòu)固定連接；當(dāng)工業(yè)焊接機(jī)器人4在運(yùn)動(dòng)時(shí)，其前端焊槍5與該靶球2保持相對(duì)靜止。
[0018]一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測(cè)試方法，該方法包括:
[0019]在工業(yè)焊接機(jī)器人最前端的焊槍夾持機(jī)構(gòu)上固定設(shè)置一靶球，該工業(yè)焊接機(jī)器人還與焊接電源及集成在該焊接電源中的電弧跟蹤模塊相連；
[0020]由固定放置在離該靶球一定距離處，且與該靶球配套的激光跟蹤儀實(shí)時(shí)跟蹤和測(cè)量靶球的位置信息；
[0021]由該激光跟蹤儀根據(jù)靶球的位置信息以及預(yù)先設(shè)定的工業(yè)焊接機(jī)器人前端焊槍的示教運(yùn)動(dòng)軌跡與待焊坡口實(shí)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(diào)整信息。
[0022]進(jìn)一步的，所述由該激光跟蹤儀根據(jù)靶球的位置信息以及預(yù)先設(shè)定的工業(yè)焊接機(jī)器人前端焊槍的示教運(yùn)動(dòng)軌跡與待焊坡口實(shí)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(diào)整信息，包括:
[0023]進(jìn)行工業(yè)焊接機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系與激光跟蹤儀本體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，建立工業(yè)焊接機(jī)器人電弧跟蹤時(shí)的測(cè)量坐標(biāo)系；
[0024]焊接開始前，通過機(jī)器人控制器設(shè)定工業(yè)焊接機(jī)器人前端焊槍的示教運(yùn)動(dòng)軌跡，調(diào)整焊接平臺(tái)上焊接試板的待焊坡口至實(shí)際焊接位置，示教運(yùn)動(dòng)軌跡與待焊坡口實(shí)際位置末端在高低方向和左右方向上存在一定偏差值；
[0025]正式測(cè)量過程中，激光跟蹤儀采用單點(diǎn)測(cè)量方式；首先通過跟蹤靶球各記錄一組未焊接情況下和焊接未跟蹤情況下工業(yè)焊接機(jī)器人運(yùn)行軌跡的測(cè)量數(shù)據(jù)；再通過跟蹤靶球分別進(jìn)行焊接情況下高低方向和左右方向中一個(gè)方向或者同時(shí)兩個(gè)方向的電弧跟蹤數(shù)據(jù)測(cè)量；
[0026]在數(shù)據(jù)處理過程中，將上述激光跟蹤儀測(cè)量到的X、Y、Z不同坐標(biāo)方向上未焊接情況下示教運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)量數(shù)據(jù)和焊接未跟蹤以及焊接加電弧跟蹤獲得的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)量數(shù)據(jù)，并結(jié)合預(yù)先設(shè)置的示教運(yùn)動(dòng)軌跡與待焊坡口實(shí)際位置的偏差值進(jìn)行綜合對(duì)比分析，從而獲得電弧跟蹤精度、跟蹤調(diào)整速度以及可調(diào)整范圍的數(shù)據(jù)信息。
[0027]進(jìn)一步的，所述在工業(yè)焊接機(jī)器人最前端的焊槍夾持機(jī)構(gòu)上固定設(shè)置一靶球，包括:
[0028]將該靶球通過靶球連接裝置與工業(yè)焊接機(jī)器人最前端的焊槍夾持機(jī)構(gòu)固定連接；當(dāng)工