一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型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(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著先進制造技術的發(fā)展，實現(xiàn)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(wěn)定和保證焊接質量、實現(xiàn)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(xiàn)代化的主要標志。
[0003]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。
[0004]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宄熱點。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(xiàn)焊接過程質量的監(jiān)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(huán)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(jiān)控。
[0005]焊接電弧跟蹤是保證焊接質量的重要環(huán)節(jié)，跟蹤的精度和策略一直是相關研宄和技術開發(fā)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(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跟蹤效果，但基本都是給定一個定性研宄，無法對跟蹤過程中的實時位置數(shù)據(jù)進行量化記錄和分析。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統(tǒng)，通過激光跟蹤儀實時跟蹤并采集工業(yè)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(jīng)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(shù)據(jù)信息，為工業(yè)機器人、焊接專機和焊接電弧跟蹤模塊的開發(fā)及完善等提供試驗和理論分析基礎。
[0007]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統(tǒng)，其特征在于，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)焊接機器人4最前端的焊槍夾持機構固定連接；工業(yè)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I固定放置在離該靶球2 —定距離處。
[0010]2、根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該靶球2與工業(yè)焊接機器人4最前端的焊槍夾持機構固定連接包括:
[0011]該靶球2通過靶球連接裝置3與工業(yè)焊接機器人4最前端的焊槍夾持機構固定連接。
[0012]由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，激光跟蹤儀可以實時跟蹤與機器人末端焊槍同步固定連接的靶球并高頻次記錄其運動過程中各點的三維空間位置信息，通過對上述眾多位置信息的數(shù)據(jù)處理和分析，進而獲得焊槍的實際空間運動軌跡，將其與設定的示教運動軌跡以及實際焊縫位置進行綜合分析，從而可獲得機器人電弧跟蹤的跟蹤調整策略及精度信息，對于焊接機器人電弧跟蹤功能的進一步開發(fā)提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0014]圖1為本實用新型實施例提供的一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統(tǒng)的示意圖；
[0015]圖2為本實用新型實施例提供待焊坡口的實際位置和示教位置在左右方向和高低方向的預置偏差示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。
[0017]實施例
[0018]圖1為本實用新型實施例提供的一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，該系統(tǒng)主要包括:激光跟蹤儀I及配套的靶球2、工業(yè)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。
[0019]該靶球2與工業(yè)焊接機器人4最前端的焊槍夾持機構固定連接，當工業(yè)焊接機器人4在運動時，其前端焊槍5與該革E球2保持相對靜止；具體來說，該革E球2通過革E球連接裝置3與工業(yè)焊接機器人4最前端的焊槍夾持機構固定連接(位于焊槍5上方)，以避免焊接電弧和煙塵對靶球2的污染和損傷，同時防止靶球2的安裝影響工業(yè)焊接機器人4的焊接運動。
[0020]該工業(yè)焊接機器人4與焊接電源8協(xié)調運行，焊接過程中，集成于焊接電源8上的電弧跟蹤模塊7采集焊接電信號，并反饋到工業(yè)焊接機器人4的控制系統(tǒng)，調整工業(yè)焊接機器人4的運動軌跡。
[0021]該激光跟蹤儀I固定放置在離該靶球2 —定距離處；激光跟蹤儀I實時跟蹤和測量靶球2的位置信息，根據(jù)靶球2的位置信息以及預先設定的工業(yè)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。
[0022]具體來說，為確保激光跟蹤儀I在工業(yè)焊接機器人4的整個運動范圍內都能夠實時跟蹤靶球2，需要提前在全行程范圍內空運行工業(yè)焊接機器人4，并調整激光跟蹤儀I的放置位置。
[0023]為了更好的進行數(shù)據(jù)分析和處理，需要進行工業(yè)焊接機器人4基礎坐標系與激光跟蹤儀I本體坐標系之間的轉換，建立工業(yè)焊接機器人4電弧跟蹤時的測量坐標系:通過激光跟蹤儀I軟件系統(tǒng)的構建坐標系功能，將激光跟蹤儀I測量的靶球2數(shù)據(jù)從其本體坐標系顯示轉化為以工業(yè)焊接機器人4基礎坐標系顯示，同時將已經(jīng)計算獲得的靶球2安裝位置相對于實際電弧位置在X/Y/Z三個方向的坐標偏移量輸入到構建坐標系的坐標偏移處。
[0024]焊接開始前，根據(jù)電弧跟蹤測量要求，通過機器人控制器設定工業(yè)焊接機器人4前端焊槍5的示教運動軌跡(圖2中的10-1)，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(圖2中的9-1)，示教運動軌跡與待焊坡口實際位置末端在左右方向和高低方向上存在一定偏差值(圖2a中的δ 1、圖2b中的δ 2);
[0025]正式測量過程中，激光跟蹤儀I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(yè)焊接機器人4前端焊槍5的運行軌跡測量數(shù)據(jù)；隨后再通過靶球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(shù)據(jù)測量；
[0026]在數(shù)據(jù)處理過程中，將上述激光跟蹤儀I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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)信息，據(jù)此分析機器人電弧跟蹤行為策略，為提高焊接質量及相關焊接設備開發(fā)提供理論依據(jù)。
[0027]本實施例的上述技術方案，主要具有以下優(yōu)點和效果:
[0028](I)該系統(tǒng)可以實現(xiàn)電弧三維位置信息的實時測量和數(shù)據(jù)記錄，并能夠以數(shù)據(jù)表的形式導出數(shù)據(jù)，為后期的數(shù)據(jù)分析處理奠定了基礎。
[0029](2)該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對測量目標的長距離、實時、快速、準確跟蹤功能。激光跟蹤儀本體可以遠離焊接機器人，使得整個測試過程中機器人的位姿變化能夠更加靈活，可操作性更好。
[0030](3)該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對測量目標位置的高速、精確測量。為提高測試分析精度，降低測試誤差提供了條件。
[0031 ] (4)該系統(tǒng)中的激光跟蹤儀自帶測量軟件可以比較方便的實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)從激光跟蹤儀坐標系向機器人基礎坐標系的轉換，并實現(xiàn)靶球位置和實際焊接電弧位置之間的坐標偏移，將測量的所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一到機器人基礎坐標系下存儲和顯示，有利于直接與機器人設定的示教軌跡進行對比分析，獲得需要的測試精度。
[0032](5)該系統(tǒng)結合工業(yè)焊接機器人自身電弧跟蹤設置功能，可以比較方便的實現(xiàn)對高低方向、左右方向、高低和左右方向電弧跟蹤的精度檢測，也可實現(xiàn)對非焊接情況下機器人自身運動精度的測試。
[0033]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:激光跟蹤儀(1)及配套的靶球(2)、工業(yè)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(yè)焊接機器人(4)最前端的焊槍夾持機構固定連接；工業(yè)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(I)固定放置在離該靶球(2)一定距離處。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該靶球(2)與工業(yè)焊接機器人(4)最前端的焊槍夾持機構固定連接包括: 該靶球(2)通過靶球連接裝置(3)與工業(yè)焊接機器人(4)最前端的焊槍夾持機構固定連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于激光跟蹤儀的電弧跟蹤測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：激光跟蹤儀及配套的靶球、工業(yè)焊接機器人、焊接電源及電弧跟蹤模塊；該靶球與工業(yè)焊接機器人最前端的焊槍夾持機構固定連接；工業(yè)焊接機器人與焊接電源及電弧跟蹤模塊相連；該激光跟蹤儀固定放置在離該靶球一定距離處。通過采用本實用新型公開的系統(tǒng)結構，可以獲得電弧跟蹤精度、跟蹤調整速度以及可調整范圍的數(shù)據(jù)信息，為工業(yè)機器人、焊接專機和焊接電弧跟蹤模塊的開發(fā)及完善等提供試驗和理論分析基礎。
【IPC分類】B23K9-095, B23K9-127
【公開號】CN204545669
【申請?zhí)枴緾N201520079839
【發(fā)明人】朱加雷, 徐世龍, 焦向東, 李衛(wèi)強, 馬正住
【申請人】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
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年2月4日