北京交通大學(xué)工程碩上專業(yè)學(xué)位論文 y8 7 8 9 2 1 摘要 交叉支撐組成是轉(zhuǎn)8 g 型、轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架用于提速、保證運行品 質(zhì)的關(guān)鍵部件，為保證交叉支撐組成的焊接質(zhì)量，工廠從國外引進了 r t i 2 0 0 0 型弧焊機械手系統(tǒng)，用于交叉支撐組成的批量焊接生產(chǎn)。在弧 焊機械手焊接過程中，采用接觸式傳感器進行尋位跟蹤時，尋位比較 準(zhǔn)確，配以電弧傳感器實時跟蹤，其焊接質(zhì)量達到了有關(guān)技術(shù)要求； 而采用e l s 激光傳感器進行尋位跟蹤時，其焊接質(zhì)量不理想，焊接質(zhì) 量不穩(wěn)定，造成焊縫返修；此外激光傳感器還會出現(xiàn)尋找失敗現(xiàn)象， 這些問題影響了弧焊機械手焊接生產(chǎn)效率和使用效果。 本文從e l s 激光傳感器尋位跟蹤的原理、編程技巧入手，分析和 研究影響激光傳感器尋位跟蹤精度的因素，分析了弧焊機械手系統(tǒng)校 零和激光傳感器校零、編程、工件表面狀態(tài)、工件表面粉塵、焊縫兩側(cè) 金屬色差以及工件組裝質(zhì)量對激光傳感器跟蹤精度的影響，提出提高激 光傳感器尋位跟蹤精度的有效辦法，盡量消除影響激光傳感器尋位 跟蹤精度的因素，達到提高跟蹤精度的目的。正確進行弧焊機械手系統(tǒng) 校零和激光傳感器校零，采取去除工件表面粉塵，減小焊縫兩側(cè)金屬色 差以及提高工件組裝質(zhì)量等措施，對提高激光傳感器跟蹤精度和提高激 光傳感器跟蹤成功率是有效的。提高激光傳感器的跟蹤精度，保證了弧 焊機械手系統(tǒng)焊接質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性，充分發(fā)揮弧焊機械手系統(tǒng)的優(yōu) 勢和作用，提高了生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：弧焊機械手激光傳感器跟蹤精度 北京交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 a b s t r a c t t h ec r o s s - b r a c e dc o n l p o s i t i o ni sak e yc o m p o n e n to fz h u a n8 g b o g i e a 1 1 dz h u a n8 a g b o g i ei nm i s i n gs p e e da n de n s u r i n gt h em o v e m e n tq u a l i t y i no r d e rt oa s s u r et h eq u a l i t yo fc m s s - b r a c e dc o m p o s i t i o n ，t h ef a c t o r yh a s i n n d d u c e df h er t i 2 0 0 0r o b o ts y s t 哪i nt h eb a t c hw e l d i n gp r o d u c t i o n 廳o m a b r o a d 1 1 lm ew o r k i n gp r o c e s so ft h er o b o ts y s t e m ，t h ec o n t a c ts e n s o ri s a d o p f e dt oc a r r yo ns e e k i n gt h ep o s i t i o na n dt r a c k i n g t h ep o s i t i o n s o u g h t i s a c c u r a t e ，t o g e t h e rw i t ht h ee i e c t r i ca r cs e n s o rr e a l t i m e t r a c k i n g ，t h ew e l d i n gq u a l i t yh a sa c h i e v e dt h er e l a t e ds p e c i 6 c a t i o n w h e ne l sl a s e rs e n s o ri su s e dt os e e kt h ep o s i t i o na n dt r a c k ，i t sw e l d i n g q u a l i t yi sn o ta c c e p t a b i ea n du n s t a b l e ，w h i c hr e s u l t i nt h ew e l d e di o i n t r e p a i r e d f u r t h e 冊0 r e ，t h e1 a s e rs e n s o ra l s oc a na p p e a rt h ep h e n o m e n o no f s e e k i n gf a i l i n g a 1 1t h e s ea 玎e c t sm ee 硒c i e n c ya n dq u a l i t yo f r o b o ts y s t e m b a s e do nt h es e e k i n ga n dt r a c k i n gp r i n c i p l ea n dp r o g r a n l m i n gs k i l lo f e l sl a s c rs e n s o r ，m i sa n i c l ea n a l y z e st h ei n n u e n c ef a c t o r st ot h et r a c k i l l g a c c u r a c yo f l a s e rs e n s o r ，l i k et h ez e mc a i i b r a t i o no f a r cw e l d i n gr o b o ts y s t e m a n dl h a to ft h el a s e rs e n s o r ，t h ep r o g m m m 洫g ，t h ew o r kp i e c es u r f a c e c o n d i t i o n ，t h ew o r kp i e c es u r f k ed u s t ，t h em e t a lc m a t i ca b e f r a f i o 玎o ft h e t w os j d e so fw e l d e dj o i n t ，a sw e l la st h ew o r kp i e c ea s s e m b l yq u a l i 夠f r o m a b o v e a j l a l y s i s ，e f f e c t i v em e m o d s a r ep r o p o s e di ni m p r o v i n gm e s e e k i n ga n d t r a c k i n ga c c u r a c yo fl a s e rs e n s or ，a n de l i m i n a t i n gt h ei n n u e n c ef a c t o ro fs i d e e f ! f e c t b yc a r r y i n go nt h ed g h tz e mc a l i b r a i i o no fa r cw e l d i n gm b o ts y s t e m a n dl a s e rs e n s o r ，a n dt a k i n gm em e a s u r c so fr e m o v m gt h es u r f a c ed u s to f w o r “n gp i e c ea n dd e c r e a s i n gt h em e t a lc l l f o m a l i ca b e r f a t i o no ft h et w os i d e s o ft l l ew e l d e dj o i n t ，a n di m p r o v i n gt h ea s s e m b i yq u a l i t yo fw o r k j n gp i e c e s ， 1 1 北京交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 m el a s e rs e n s o rt r a c k i n ga c c 啊a c ya n dt h es u c c e s sr a t i oo f1 a s e rs e n s o r t r a c k i n gi se n h a n c e d b yi n c r e a s i n gt h et r a c k i n ga c c u r a c y o ft h e1 a s e r s e n s o r ，t h ew e l d i n gq u a l i t ys t a b i l i t yo fa r cw e l d i n gm b o ts y s t e mc o u l db e g u a r a n t e e d ，i nt h i sw a y ，t h ea d v a n t a g eo fa r cw e l d i n gr o b o ts y s t e mc o u l db e f u l l yd e v e l o p e da n d t h ep r o c 【u c t i o ne 蚯c i e n c yi sr a i s e du p k e yw o r d s ：a r cw e l d i n gr o b o t ，1 a s e rs e n s o r ，t r a c k i n 野a c c l l r a c y 第一章緒論 第一章緒論 隨著機械、計算機和自動控制技術(shù)的發(fā)展，焊接機器人這一集多學(xué) 科于一身的高科技產(chǎn)品得到迅猛發(fā)展。焊接機器人是國外發(fā)達國家應(yīng)用 較普遍的一種自動焊接技術(shù)，其焊接質(zhì)量和效率大大好于手工電弧焊。 近年來，國內(nèi)工程機械、汽車、軌道車輛及船舶制造等行業(yè)積極引進焊 接機器人，以此提高焊接技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，焊接自動化已成為焊接 行業(yè)的發(fā)展趨勢。 在手工和半自動焊接過程中，一個高水平的焊工通過觀察焊接接頭 型式、接頭位置、熔池形貌、電弧形狀和焊縫成形可以感知焊接過程中 的狀態(tài)，如果實際焊接過程同最佳狀態(tài)不一致，可以調(diào)節(jié)各種規(guī)范參數(shù) 使之達到最佳效果，以獲得令人滿意的焊縫。如果焊接過程實現(xiàn)自動化， 首先需要類似人體感官的焊接傳感器。利用焊接傳感器能獲得焊接接頭、 焊接位置信息并用于調(diào)節(jié)焊接操作參數(shù)，利用計算機技術(shù)實現(xiàn)合理的控 制規(guī)律，完成焊接過程。在自動焊接過程中，開環(huán)控制或機器人示教系 統(tǒng)無法補償焊接狀態(tài)的實時變化及各種意想不到的外來干擾，不能完全 實現(xiàn)高質(zhì)量的自動化焊接。焊縫跟蹤問題是焊接機器人應(yīng)用的一個難點， 一直是業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的熱點問題，可靠的焊縫跟蹤方法一直是人們研究 方向。 目前常用的焊縫跟蹤方法有機械跟蹤、電弧跟蹤、光電跟蹤和激光 跟蹤等，而激光跟蹤，在焊縫跟蹤領(lǐng)域，占有非常重要的地位，不論是 位置尋找，還是實時跟蹤，具有優(yōu)異的性能而獲得了高度重視和長足發(fā) 展。激光跟蹤傳感器具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，跟蹤精度高，跟蹤速度快 等優(yōu)點，但影響因素比較復(fù)雜，對應(yīng)用環(huán)境要求嚴(yán)格。 焊接機器人是一個柔性系統(tǒng)，其應(yīng)用是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須 在應(yīng)用對象、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備配置、相關(guān)前道工序質(zhì)量、人員素質(zhì)上滿 足機器人應(yīng)用的前提條件。否則最先進的系統(tǒng)，未必能獲得滿意的效果， 甚至閑置不用。即使是最先進的激光跟蹤傳感器，也不例外。采用弧焊 北京交通人學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 機械手系統(tǒng)焊接時，激光跟蹤傳感器尋找焊縫位置時會產(chǎn)生偏差，引起 焊接質(zhì)量問題，不能滿足焊接技術(shù)要求，造成焊縫返修，影響焊接機器 人使用效果。 1 1 課題來源與背景 我國鐵路是旅客、貨物運輸?shù)闹饕α?，承?dān)著繁重的客貨運輸任 務(wù)，是國家運輸大動脈，近年來，電煤、糧食運力不足的矛盾日益突出。 由于我國鐵路網(wǎng)基本上是客、貨車共線運輸?shù)蔫F路網(wǎng)，這種鐵路網(wǎng)要求 客、貨車運行速度合理匹配，否則就不能發(fā)揮最佳運輸效能，制約國家 經(jīng)濟健康高速發(fā)展，成為制約國民經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。近些年來客車經(jīng)過 多次大提速，主要干線鐵路的客運最高運行速度已達1 6 0k m h 以上，而 貨車運行速度僅為7 0 8 0k m h 。據(jù)資料介紹，由于貨車運行速度大大 低于客車運行速度，每開行一對提速客車將造成3 7 對貨車不能運行， 對現(xiàn)有線路貨物運輸造成很大的影響，年運量將減少近2 億噸“1 。隨著 客運速度的大幅提高，要求貨運速度也相應(yīng)提高，只有客、貨車運行速 度合理匹配，才能提高鐵路運輸?shù)恼w經(jīng)濟效益，實現(xiàn)客、貨運雙豐收， 更好地發(fā)揮鐵路運輸在我國國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用。鐵路貨車提速 對鐵路運輸市場擴大至關(guān)重要，有利于提高市場競爭能力；鐵路貨運提 速是我國鐵路運輸為加速貨物周轉(zhuǎn)、優(yōu)化運輸結(jié)構(gòu)、縮短運輸時間、提 高運輸能力，促進國民經(jīng)濟發(fā)展的重要措旋；是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生 活質(zhì)量提高的需要，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，對于國家、社會、 人民生活及鐵路運輸業(yè)的發(fā)展都具有十分重要的意義，因此鐵路貨車提 速勢在必行。 貨車提速對貨車運輸裝備提出了更高要求，貨車提速的關(guān)鍵在于要 有能適應(yīng)提速運行需要的轉(zhuǎn)向架。要將貨物列車的最高運行速度提高， 那么全列車中所有貨車的轉(zhuǎn)向架性能，必須確保在最高運行速度范圍內(nèi) 具有良好的運行平穩(wěn)性、安全性及可靠性。我國現(xiàn)有鐵路主型貨車轉(zhuǎn)向 架是轉(zhuǎn)8 a 型轉(zhuǎn)向架，這種鑄鋼三大件式貨車轉(zhuǎn)向架，具有結(jié)構(gòu)簡單、檢 修方便、均載性好等優(yōu)點，多年來為鐵路貨運做出了很大貢獻。但是該 轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度不足，特別是在其斜楔式摩擦減振器磨損后，抗菱剛 2 第一章緒論 度值降低幅度很大，運行中容易導(dǎo)致車輛發(fā)生蛇行運動，臨界速度低， 危及行車安全。因此，轉(zhuǎn)8 a 型轉(zhuǎn)向架已不能適應(yīng)目前貨車提速要求，一 方面研制適應(yīng)高速要求的新型轉(zhuǎn)向架，另一方面對現(xiàn)有轉(zhuǎn)8 a 型轉(zhuǎn)向架進 行改造，以適應(yīng)目前貨車提速要求。 1 。2 課題提出 為實現(xiàn)鐵路貨車提速，一方面要擴大提速轉(zhuǎn)向架在新造貨車中的應(yīng) 用；另一方面要加快對既有鐵路貨車進行提速改造。為了滿足既有鐵路 貨車的提速要求，鐵道部決定采用交叉支撐技術(shù)對現(xiàn)有鐵路貨車轉(zhuǎn)8 a 轉(zhuǎn)向架進行改造。采用交叉支撐技術(shù)的貨車轉(zhuǎn)向架分為三種型號：采用 美國標(biāo)準(zhǔn)車輛轉(zhuǎn)向架公司交叉支撐裝置的為轉(zhuǎn)k 2 型轉(zhuǎn)向架；采用轉(zhuǎn)8 a 型轉(zhuǎn)向架原型搖枕、改進型側(cè)架和交叉支撐技術(shù)的為轉(zhuǎn)8 g 型轉(zhuǎn)向架；采 用轉(zhuǎn)8 a 型轉(zhuǎn)向架原型搖枕、側(cè)架和交叉支撐技術(shù)的為轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架”3 。 而轉(zhuǎn)8 g 、轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架所采用的交叉支撐組成的結(jié)構(gòu)型式與尺寸是一 致的。 交叉支撐組成是保證轉(zhuǎn)8 g 、轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架性能的關(guān)鍵部件，尺 寸精度較高，關(guān)鍵尺寸如桿體直線度，兩對角線長度差及四個桿體中心 線的平面度等，這些尺寸必須重點控制；對焊接質(zhì)量提出了更高的要求， 焊縫不得有裂紋，不得有夾渣、氣孔、咬邊、未熔合等任何缺陷。焊接 質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到交叉支撐組成的疲勞強度和使用壽命，關(guān)系到 轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架提速改造的成敗。 鑒于交叉支撐組成結(jié)構(gòu)和焊接質(zhì)量要求，在焊接生產(chǎn)過程中，提高 焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性是至關(guān)重要的。采用先進工藝裝備和先進焊 接技術(shù)是保證交叉支撐組成焊接質(zhì)量的重要手段。為提高企業(yè)工藝裝備 水平，迅速提升企業(yè)在日益嚴(yán)峻市場環(huán)境中的競爭能力，保證轉(zhuǎn)8 g 型轉(zhuǎn) 向架交叉支撐組成的生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量，我廠于2 0 0 1 年招標(biāo)引進了國 外先進的r t i 2 0 0 0 型弧焊機械手系統(tǒng)，用于轉(zhuǎn)8 g 、轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架交叉 支撐組成的批量焊接生產(chǎn)。應(yīng)用弧焊機械手系統(tǒng)進行焊接生產(chǎn)，可以消 除人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，確保產(chǎn)品“上質(zhì)量、上檔次、上水平” 的需要，不僅滿足貨車提速的要求，而且給企業(yè)帶來合理的經(jīng)濟效益， 北京交通大學(xué)丁程碩士專業(yè)學(xué)位論文 實現(xiàn)鐵道部以裝備保工藝，以工藝保質(zhì)量，以質(zhì)量保安全的要求。引進的 弧焊機械手系統(tǒng)經(jīng)安裝、調(diào)試及編程，并設(shè)計制作了專門的組合夾具， 實現(xiàn)了轉(zhuǎn)8 ( ；、轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架交叉支撐組成焊縫的焊接。在弧焊機械手 系統(tǒng)中，我們配置了接觸式焊縫尋位傳感器、e l s 激光傳感器和電弧 傳感器。在弧焊機械手焊接過程中，采用接觸式焊縫尋位傳感器進行 尋位跟蹤，尋位比較準(zhǔn)確，其焊接質(zhì)量達到了有關(guān)技術(shù)要求：而采 用e l s 激光傳感器進行尋位跟蹤的焊縫，其焊接質(zhì)量不理想，焊接質(zhì) 量不穩(wěn)定，造成焊縫返修；此外激光傳感器還會出現(xiàn)尋找失敗現(xiàn)象， 這些問題影響了弧焊機械手焊接生產(chǎn)效率和使用效果。 事實說明，在弧焊機械手焊接過程中，如果焊接條件基本穩(wěn)定，則 弧焊機械手能夠保證焊接質(zhì)量。但是，由于各種因素的影響，實際焊接 條件會經(jīng)常發(fā)生變化，例如，由于環(huán)境中粉塵、煙塵、坡口狀況、加工 誤差、夾具裝卡精度、工件表面狀態(tài)和工件熱變形等因素的影響，引起 激光傳感器跟蹤精度下降，從而引起焊槍偏離焊縫，導(dǎo)致焊縫質(zhì)量下降， 甚至失敗。1 。 鑒于激光傳感器在實際焊接過程中存在的問題，有必要對激光傳感 器在交叉支撐組成焊縫上跟蹤精度進行研究，有必要對e l s 激光傳感器 尋找失敗現(xiàn)象進彳亍分析、研究；分析影響激光傳感器跟蹤精度的影響因 素，采取有效措施，從而保證激光傳感器的跟蹤精度，達到提高焊縫質(zhì) 量的目的。 本文從e l s 激光傳感器尋位跟蹤的原理、編程技巧入手，分析和 研究影響e l s 激光傳感器尋位跟蹤精度的因素，提出提高e l s 激光傳 感器尋位跟蹤精度的有效辦法，正確、精心編制焊接程序，盡量消 除影響激光傳感器尋位跟蹤精度的因素，保證弧焊機械手系統(tǒng)焊接質(zhì) 量穩(wěn)定性和可靠性，真正發(fā)揮弧焊機械手系統(tǒng)的優(yōu)勢和作用，保證焊接 質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。 第二章交叉支撐組成結(jié)構(gòu)簡介 第二章交叉支撐組成結(jié)構(gòu)簡介 2 1 交叉支撐組成結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)8 g 、轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架交叉支撐組成是在引進美國標(biāo)準(zhǔn)車輛轉(zhuǎn)向架 公司交叉支撐技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國國情自行設(shè)計開發(fā)的，是為適應(yīng) 裝用轉(zhuǎn)8 a 型轉(zhuǎn)向架的既有鐵路貨車提速改造而研制的、能滿足運營速度 為9 0 l o o k m h 的轉(zhuǎn)向架。從國外鐵路貨車實際使用經(jīng)驗和國內(nèi)試驗證 明，運用交叉支撐技術(shù)對貨車三大件式轉(zhuǎn)向架進行改造，能顯著地提高 貨車三大件式轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度，改善車輛動力學(xué)性能，有效地提高車 輛臨界速度和安全可靠性，減少零部件的磨耗，減少檢修工作量“1 。轉(zhuǎn) 8 g 、轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架最高運行速度可以達到1 0 0 k h ，能夠基本滿足現(xiàn) 有鐵路貨車提速要求。 轉(zhuǎn)8 g 、轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架交叉支撐組成主要由端頭、桿體、定位座及 上下蓋板組焊而成，其生產(chǎn)工藝流程見圖2 1 ，具體結(jié)構(gòu)見圖2 2 。交叉 桿分組成由端頭、桿體組成，其連接焊縫在自動焊接流水線上完成。定 位座與上、下蓋板連接焊縫由弧焊機械手焊接。弧焊機械手系統(tǒng)的任務(wù) 是對定位座與上下蓋板連接焊縫進行焊接，焊縫種類及數(shù)量見表2 1 。 單邊v 形坡口鎖底對接焊縫的結(jié)構(gòu)見圖2 3 ，“直線”角焊縫的結(jié)構(gòu)見圖 2 4 ，“環(huán)形”角焊縫的結(jié)構(gòu)見圖2 5 。從交叉支撐組成的結(jié)構(gòu)上看，其 焊縫具有數(shù)量多，焊縫短，空間狹小，圓弧半徑小等特點。 鑒于交叉支撐組成在轉(zhuǎn)8 g 、轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架的重要作用，對其焊縫 焊接質(zhì)量提出了嚴(yán)格要求，焊縫不得產(chǎn)生裂紋、氣孔、咬邊、夾渣及未 熔合等缺陷，焊縫經(jīng)1 0 0 表面磁粉探傷檢查。 從交叉支撐組成結(jié)構(gòu)和對其焊縫質(zhì)量要求上看，對焊接裝備、人員 素質(zhì)以及焊接工藝提出嚴(yán)格要求，焊接難度大，采用焊接機器人進行焊 接是比較好的選擇。 5 北京交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 分桿交機焊 磁 安涂 匕。匕0匕0匕0昏= o 組體叉械縫 粉 全 成壓桿手打 探 鏈 焊型組焊磨 傷 組裝 接裝接裝 圖2 1 生產(chǎn)工藝流程 圖2 2 交叉支撐組成結(jié)構(gòu) 表2 1 交叉支撐組成焊縫類型與數(shù)量 焊縫類型焊縫數(shù)量 單邊v 形坡口鎖底對接焊縫8 條 “直線”角焊縫1 6 條 “環(huán)形”角焊縫1 6 條 第二章交叉支撐組成結(jié)構(gòu)簡介 圖2 3 單邊v 形坡口鎖底對接焊縫 定位座。贏線”角焊縫 上( 咖卜| ) 蓋板 圖2 4 “直線”角焊縫 l，i， i ，- ! r 北京交通大學(xué)t 程碩士專業(yè)學(xué)位論文 定位座 2 2 小結(jié) 圖2 5 “環(huán)形”角焊縫 交叉支撐組成焊縫具有種類多、數(shù)量多、焊縫短、焊縫空間狹 小及圓弧半徑小的特點。 對交叉支撐組成焊縫質(zhì)量提出嚴(yán)格要求。 上述特點和質(zhì)量要求決定交叉支撐組成焊縫焊接難度大，對焊 接裝備技術(shù)水平要求高。 第三章弧焊機械手系統(tǒng)簡介 第三章弧焊機械手系統(tǒng)簡介 弧焊機械手系統(tǒng)由r t i 2 0 0 0 型弧焊機械手、跟蹤傳感器、焊接設(shè)備、 可回轉(zhuǎn)式雙位單軸變位器和隨機軟件以及自動煙塵凈化設(shè)備等組成。具 體結(jié)構(gòu)見圖3 1 。 圖3 1 弧焊機械手系統(tǒng) 北京交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 3 1 r t i 2 0 0 0 型弧焊機械手 r t i 2 0 0 0 型弧焊機械手為6 軸系統(tǒng)，肘節(jié)式設(shè)計，重復(fù)精度為曲1 毫米，獨特的第6 軸配備焊槍連接器及焊槍防碰撞保護傳感器，其 偏置式設(shè)計可以避免焊槍電纜與機器人本體的纏繞，保證焊接過程 穩(wěn)定。 r t i 2 o 型弧焊機械手系統(tǒng)采用交流伺服驅(qū)動及獨特的過程控 制，可以保證整個系統(tǒng)的高速動態(tài)性能及精確的跟蹤。 程序的編制通過帶有顯示屏的k 5 型示教器進行，k 5 型示教器 與中央控制系統(tǒng)通過總線連接。示教編程方式直觀易于掌握，軟件 采用w i n d o w s 平臺及視窗界面。在示教器上相應(yīng)的界面下選擇所需 功能并輸入相關(guān)參數(shù)( 如電流、焊接速度等) 即可完成焊接程序的編 制，所有界面皆為中文顯示。 3 2 跟蹤傳感器 該r t i 2 0 0 0 型弧焊機械手系統(tǒng)配有接觸式焊縫尋位傳感器、e l s 激光傳感器和電弧傳感器。 使用接觸式焊縫尋位傳感器，焊縫起始點的尋找動作可以通過 編程設(shè)定，進而用以判定工件上部件或零件的位置。在尋位過程中， 可確定工件表面上參考點的實際位置與編程位置之間的偏差，相應(yīng) 的焊接程序即得以修正。 電弧傳感器是利用電弧自身的電特性來測量電極到工件之間的 距離。通過對垂直于焊接方向的橫向擺動或旋轉(zhuǎn)，可以測量出接頭 大致的幾何形貌。 e l s 激光傳感器可用于識別邊緣、間隙和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。對于搭接及對 接等焊縫，通過一次或幾次尋找，即可以決定焊縫所處位置的偏差，然 后自動將焊接程序整個或部分轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?對于對接焊縫，可根據(jù)所測定的焊縫間隙數(shù)值調(diào)用適當(dāng)?shù)暮附?參數(shù)：當(dāng)一條焊縫的組對間隙出現(xiàn)不均勻的情況( 即焊縫起點與終 點的間隙寬度不相同) 時，也可根據(jù)所測定的焊縫間隙數(shù)值自動選 第三章弧焊機械手系統(tǒng)簡介 擇逐漸加寬擺動幅度，同時減低焊接速度，或逐漸減小擺動幅度， 同時相應(yīng)增加焊接速度。 與通常采用的接觸式傳感器相比，這種激光傳感器高速運行的 情況下一次測出高度和橫向的位置偏差，機器人非工作時間可大大 減少。焊縫尋找效率約為接觸式傳感器的5 8 倍。 編程可以非常簡單的通過機器人示教器進行。配套的傳感器設(shè) 定及檢測軟件e ls i s b 可在w i n d o w s9 5 9 8 中運行。傳感器與焊槍一 起移動，在焊縫上方與焊縫成9 0 0 跨過所尋找的焊縫，即為一次焊 縫尋找運行。一次焊縫尋找運行完成后，焊縫狀況隨即得到分析。 在檢測記錄下數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析單元計算檢測各點位置，并 將結(jié)果輸送給機器人控制器。 激光跟蹤傳感器技術(shù)參數(shù)： 額定距離：1 0 0m m 高度方向精度： o 0 3i n m 水平方向精度： o 0 5m m 重復(fù)精度： o 2m m 尋找速度： 5 0m m s 最小厚度間隙： 0 6 5 m m 3 3 數(shù)字焊接設(shè)備 t p s5 0 0 0 是全數(shù)字化控制的逆變焊接電源，它的心臟部分是 一個微電腦處理芯片，由它集中處理所有焊接數(shù)據(jù)，控制和監(jiān)測 整個焊接過程。其控制前所未有的精確、可靠，焊接性能優(yōu)越， 焊接質(zhì)量無與倫比。能夠用于c 0 。、m i g m a g 焊接。 t p s 系列焊機設(shè)計了最先進的引弧方法，每一步都實現(xiàn)數(shù)字 程序化控制，保證了引弧的可靠性。為了保證重引弧容易，焊機 還設(shè)計了回?zé)}沖程序，焊后焊絲不會結(jié)球。t p s 系列數(shù)字化脈 沖焊機可全方位監(jiān)控電弧。在脈沖焊時，提供相適宜的脈沖波形， 還可控制每個脈沖只過渡一滴金屬。 北京交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 3 4 可回轉(zhuǎn)式雙位單軸變位器 在h 型框架回轉(zhuǎn)臺上安裝兩套頭尾架式變位器，工件夾 具組裝在變位器的垂直面板上。回轉(zhuǎn)臺可作1 8 0 。的左右 轉(zhuǎn)動。在工作位置上，回轉(zhuǎn)臺被氣動鎖定。變位器旋轉(zhuǎn)由計 算機控制，驅(qū)動端的轉(zhuǎn)動作為機械手的一個外部軸，由交流 伺服電機驅(qū)動，可在任意位置停下或焊接過程中同步轉(zhuǎn)動。 變位器采用堅固的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在焊接工位可以進行精確的無振動 工件定位；同時在另一工位可以手動或通過吊車進行工件裝卸。可最 大限度地利用機械手的工作時間。變位器可沿工件縱向中心軸3 6 0 度 旋轉(zhuǎn)，任意角度鎖定。 氣動組合夾具就安裝在h 型框架回轉(zhuǎn)變位器上，共安裝兩 套氣動組合夾具。 3 5 隨機軟件 該焊接系統(tǒng)軟件采用w i n d o w s 平臺及視窗界面，配備了多層焊軟 件、樣板焊縫軟件、弧坑填充軟件、編程焊槍擺動軟件、單點尋找軟 件、子站功能、工作站位移功能和故障自診斷顯示軟件等。 此外弧焊機械手系統(tǒng)還配備了焊接煙塵自動凈化設(shè)備以及自動 清槍裝置等。 3 6 氣動組焊夾具 為實現(xiàn)弧焊機械手焊接轉(zhuǎn)8 g 型、轉(zhuǎn)8 a g 型轉(zhuǎn)向架交叉支撐組成上 下蓋板與定位座連接焊縫，我們設(shè)計制作了交叉支撐組成氣動組合夾具， 組合夾具結(jié)構(gòu)見圖3 2 。組合夾具安裝在弧焊機械手系統(tǒng)的變位機上。 在氣動組合夾具上完成上、下蓋板與定位座分組成的定位、夾緊。組裝 完畢后，編制焊接程序，實現(xiàn)自動焊接。 第三章弧焊機械手系統(tǒng)簡介 3 7 小結(jié) 圖3 2 氣動組合夾具 r t i 2 0 0 0 型弧焊機械手系統(tǒng)先進、功能比較齊全。 軟件功能比較強。 在使用跟蹤傳感器時，弧焊機械手可以表現(xiàn)出具有一定的智 能，可根據(jù)坡口尺寸的變化，調(diào)整焊接參數(shù)。 第四章激光傳感器 第四章激光傳感器 4 1 激光傳感器跟蹤原理 激光具有方向性、高能量、高亮度的特點“3 ，利用激光特一陛的技 術(shù)應(yīng)用已滲透劍社會的各個領(lǐng)域?；诩す鈱の粶y量原理的激光跟蹤 傳感器是r t i 2 0 0 0 弧焊機械手系統(tǒng)可選擇的配置，用于焊縫位置的尋 位跟蹤。弧焊機械手激光傳感器系統(tǒng)有激光傳感器、計算機、焊接機 器人小體、焊接設(shè)備及圖像處理軟件等組成，系統(tǒng)框圖見圖4 i 。 f 控制算法 f 特征提取 f i 工牛 測量點位置計 f 傳感器計算機 f 激光信號采集 f 激光傳感器 圖4 1 激光傳感器系統(tǒng)框圖 圖4 1 激光傳感器系統(tǒng)框圖 北京交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 4 1 1 測量原理與分析 弧焊機械手激光傳感在跟蹤過程中，激光傳感器在工件表面正上方 垂直測量。激光器1 發(fā)出光線，經(jīng)會聚透鏡2 后垂直入射到被測工件表 面3 上，物體移動或表面變化，導(dǎo)致入射光點沿入射光軸移動。接受透 鏡4 接收來自工件入射點處的散射光，并將其成像在光電位置探測器5 敏感表面上，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，不同的距離電壓高低不同。若光 點在成像面上的位移y ，按下式可求出被測面的位移 x = a y ( b s i no y c o so )式( 4 1 ) 式中，a 為激光束光軸和接收透鏡光軸的交點到接收透鏡前主面的 距離； b 為接收透鏡后主面到成像面中心點的距離； e 為激光束光軸與接收透鏡光軸之問的夾角“1 。 小功率的激光器光點投射在漫反射表面上。漫反射光的一部分通過 透鏡在光學(xué)位置敏感器上成像。如果漫反射表面在與激光平行的方向有 一定的位移，移動的光點在敏感器上所成的像也產(chǎn)生一定的偏移。據(jù)此 偏移可以確定出漫反射表面點的位置。 為了對三角測量進行較為詳細(xì)的分析，圖4 2 示出了通用的三角測 量原理圖。圖中p p 。為激光束上的一段直線，代表測量深度范圍h 。為 了使h 線段上的點均能在敏感器上清晰地成像，且充分利用敏感器( p s d 或c c d ) 的感光單元，傳感器的設(shè)計應(yīng)該滿足以下條件： 光束、透鏡軸線、線陣敏感器單元線在一個平面上。 此平面與敏感器件表面垂直； 漫反射主光軸0 p o 作為鏡頭光心o 對p l p 2 所張角度 的平分線。這樣可以使所有光線盡量靠近主光軸以減少像差。 在圖4 2 中，產(chǎn)生漫反射的物點在p l p 2 上，其對應(yīng)的像點用f 1 、 f 2 等標(biāo)記。h 為深度測量范圍，p 0 為透過光軸上的點。被測量點p 的 像f 與p l 點的像f l 的距離f l f = i 。可由圖推導(dǎo)出： h = l g t g b _ i 培b c o s q + i s i n ) g1 0 0 s a _ i 培b s i n a )式( 4 2 ) 式中a 成像光束與傳感器接收平面的夾角； 第四章激光傳感器 b 傳感器的觀察角； l 成像鏡頭到發(fā)射光束的距離 圖4 2 激光三角測量系統(tǒng)原理示意圖 s 像距； i 感光點位置的偏移量： h 檢測到的深度信息。 傳感器結(jié)構(gòu)確定后，上式中只有i 是變量。 由圖得：= h d h式( 4 3 ) 式中，d h 表示旋轉(zhuǎn)軸線與過光心的直線的距離。 我們先確定出傳感器掃描時的零角度位置，在此位置設(shè)置坐標(biāo)系 并設(shè)掃描電機其他位置與此零角度位置的夾角為o ，有： x = s jno ：j e 京交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 z 一c o s 日式( 4 4 ) 由于式( 4 4 ) 中只有i 是變量且式( 4 5 ) 中d h 是常量，所以可以寫 成下式： x = s i ne ( a + b i ) ( c + d i ) z = c o s0 ( a + b i ) ( c + d i ) 式( 4 5 ) 此式即為傳感器的數(shù)學(xué)模型，式中，a 、b 、c 和d 是由結(jié)構(gòu)決定 的常數(shù)，最后可通過標(biāo)定獲得。它說明距離與c c d 敏感器上測得的i 值是一種雙曲關(guān)系，由角度傳感器測得的角度值和c c d 上算得的i 值即 可求得x 、y 的值，而另一坐標(biāo)由掃描光平面決定，這樣就可以確定出p 點的三維坐標(biāo)。p 點在掃描過程中逐點求值，由此就可得到接頭橫斷面 的表面輪廓信息。 激光傳感器的數(shù)學(xué)模型是激光視覺測量技術(shù)的核心內(nèi)容，所建模型 越接近測量實際且模型參數(shù)能較準(zhǔn)確地標(biāo)定出來，則可獲得較高的測量 精度。p s d 或c c d 器件是激光視覺傳感器的主要功能元件。被測物體的 位置、形狀等幾何尺寸是從p s d 或c c d 器件獲得的圖像信息中計算出來 的，圖像上每一點的亮度反映了空間物體表面某點散射光的強度信息， 而該點在圖像上的位置與空間物體表面相應(yīng)點的幾何位置有關(guān)，這些位 置的相互關(guān)系，由p s d 或c c d 器件成像模型決定，即三維物體到二維圖 像的變換模型，一般定義為 p = g ( h )式( 4 6 ) 式中，g 是三維物體p = ( x y z ) 7 到二維圖像點h = ( x y ) 7 之間的 不可逆變換函數(shù)。 4 1 2 接頭類型識別和特征參數(shù)提取 提取接頭特征的目的是為弧焊機器人系統(tǒng)焊前的接頭尋找和定位 等提供所需要的信息。 a v 型接頭 對v 型坡口來說，焊接參數(shù)控制需要接頭根部間隙、鈍邊厚度和坡口 面積等信息。 ( 1 ) 接頭輪廓的分割方法 第四罩激光傳感器 典型的v 型接頭剖視圖如圖4 3 所示，a 、b 兩個面可能有一定的 錯邊或不平行，根部間隙寬度d 也會有變化。當(dāng)沒有墊板c 或間隙為零 時，鈍邊的厚度是很難測出來的。傳感器測得的接頭表面輪廓如圖4 4 所示。 a b i ， c 圖4 3 有間隙v 型焊接接頭 y ( n n ) _ 。1 。- i _ 。1 ，、 。、。1 f p i ( x i ，y i ) | t | | 一 0 圖4 4 有間隙的v 型坡口接頭輪廓圖 ( n n ) 北京交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 為從整體上研究接頭的特征，需要采用合適的表示方法來描述接 頭。由于接頭斷面一般具有規(guī)則的幾何形狀并且主要由直線段所組成， 采用直線段近似的方法來描述它。如果接頭輪廓都是直線段分割結(jié)果將 會非常好。如果接頭輪廓包含高次曲線，可以在劃分中加入弧線劃分方 法。本文采用的多線段近似的3 分裂算法過程簡述如下”3 。 設(shè)接頭輪廓線點集為p ( ( x 。y ，) ，i = 1 ，2 ，n ，點到直線的距離為 s i ，其中某段曲線上的點集p ( ( x ，y ，) ，i = 1 ，2 ，n ) 到直線的距離可選 擇為最大距離e a ( s ) = m a x s 。) 。 ( 1 ) 點集p 應(yīng)逐段地線性近似，其中在每一線段中，誤差e a ( s ) 不 超過閥值t 。 ( 2 ) 第一條近似直線的初始點及終止點選為( x 。y ) 及( x n ，y 。) 。 ( 3 ) 若對所有直線誤差均不大于t ，則近似過程結(jié)束，否則轉(zhuǎn)向操 作( 4 ) 。 ( 4 ) 對直到當(dāng)前狀態(tài)為止已找到的具有較大誤差的直線，執(zhí)行操作 ( 5 ) 和( 6 ) 。 ( 5 ) 計算直線上具有最大距離的點p m 。 ( 6 ) 用兩條新的直線代替原直線。第一條新直線的初始點及終止點 、是原直線的初始點及p m 點；第二條新直線的初始點是p m 點及原直線的 終止點。 ( 7 ) 轉(zhuǎn)向操作( 3 ) 。 在曲線分裂過程中，記下每一個線段的起始點和終止點坐標(biāo)、線段 內(nèi)的點數(shù)、長度、線段的斜率和完成分裂后的線段數(shù)。閥值t 可視接頭 幾何特征參數(shù)的大小而取。 為了抽取接頭輪廓的主要特征，在輪廓線分裂之后，需要對相鄰的 線段進行共線性分析也即合并操作。這樣就使有一定彎曲的面的輪廓線 連續(xù)起來，也使小間隙處的兩段線段合并為一段。其思想是對所有相鄰 的線段進行斜率比較，如果二者之差小于給定的閥值，則將其合并，此 過程遞歸進行，直至沒有可以合并的線段為止。合并后線段的斜率取二 者的均值，并求出合并后相應(yīng)的線段起止點坐標(biāo)、線段內(nèi)的點數(shù)、長度 和最后的線段數(shù)。 第四章激光傳感器 abde 圖4 5v 型接頭輪廓分割示意圖 ( 2 ) 接頭特征判斷與提取 根據(jù)分析，圖4 5 已包含了各種v 型坡口接頭的分割結(jié)果。 可以根據(jù)分裂合并后的數(shù)據(jù)判斷接頭特征并提取特征參數(shù)。其算法 的簡要過程如下。 根據(jù)線段數(shù)判斷是否屬于v 型坡口。如果線段數(shù)不小于4 ，則 轉(zhuǎn)向；否則不是v 型接頭，退出。 圖4 5 中線段a b 、b c 。、c ：d 和d e 都大于一定的長度，并且b c ， 和c ：d 的長度接近；a b 與b c 。、c ：d 與d e 所成的夾角都大于9 0 。并且此 二者接近；c ，和c 。點都在線段a b 和d e 的下面。則此接頭為v 型接頭。 否則不是。 比較線段b c 。和c ：d 的端點c ，和c 。，如果合成為一個點，則間隙 為零；否則判斷c 。和c ：之間( 包括多折線段) 數(shù)據(jù)點數(shù)，若大于一個數(shù)量 閥值，則此處為平底或定位焊點或有墊板；否則取c 。和c 。之間距離作為 間隙寬度。 分別對線段b c ，和c 。d 作最小二乘擬合，它們分別與由c 。和c ： 連接所作直線的交點作為新的c 和c 。，此二點的中心作為接頭跟蹤的特 征點。取線段a b 和d e 的斜率的均值作為傳感器相對工件的偏擺角。 如果需要，還可以進一步識別出定位焊點，其特征是c 。和c ：之問 北京交通火學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 這一段折線段多而且?guī)缀鯖]有斷點。 b 搭接接頭 搭接接頭的輪廓分割算法同對接接頭，分割后的搭接接頭圖像結(jié)構(gòu) 如圖4 6 所示。 下面簡述接頭類型判別過程和特征參數(shù)計算方法： 若分割后線段數(shù)為3 ，則轉(zhuǎn)向，否則退出； 若兩邊線段的長度大于一定的長度閥值并且此二線段的斜率基 本相等，則轉(zhuǎn)向，否則退出； 若中間線段與兩邊線段所成的角度接近于9 0 。( 如9 0 。1 0 。) ， 則轉(zhuǎn)向，否則退出； 對a b 、b c 和c d 線段內(nèi)的點分別作最小二乘直線擬合，分別求 三條直線的交點作為薪的b 和c b 點和c 點即為所求的特征點。取a b 段 的斜率為偏擺角參考值。 cd ( 1 )( 2 ) ( 3 )( 4 ) 圖4 6 搭接接頭輪廓分割示意圖 第四章激光傳感器 實際中還可以作進一步驗證，如線段b c 的長度約等于板厚，圖4 6 的、情況時b c 上點數(shù)非常少，、情況中間線段點數(shù)多一些。 找出搭接接頭的特征點b 和c 之后，可根據(jù)實際情況取接頭的跟蹤 點和焊槍的姿態(tài)，這與實際的焊接工藝有關(guān)，如可取距b 點( b 為深度較 大點) 距離為b c 長度三分之一處為跟蹤點，姿態(tài)耿與線段a b 具有一定角 度。 在弧焊機械手系統(tǒng)中，激光傳感器在沿著預(yù)定軌跡掃描時，掃描產(chǎn) 生一個表面的輪廓，這一輪廓通過計算機處理，尋找出工件位置及幾何 圖形。計算機圖像處理軟件可以識別并處理( 最多9 處) 掃描輪廓中的 缺陷，缺陷包括飛濺、反光物、油污等。這些缺陷出現(xiàn)在掃描輪廓中， 很有可能會給出錯誤的測量結(jié)果。如果激光頭沒有得到足夠的光亮，軟 件就會報告“i n v a l i d ”( 不可用) ，該處就會記錄并計算。如果有太多的 “i n v a l i d ”發(fā)生，掃描圖象就會判斷為“i n v a l i d ”( 例如，激光頭蓋 未開或沒有掃描物) 。傳感器依靠輸入值尋找出特征位置并計算出幾何圖 形。如果掃描的圖象與標(biāo)準(zhǔn)幾何圖形偏離太遠(yuǎn)，計算將終止，防止發(fā)生 碰撞事故、錯誤焊接等情形。 當(dāng)目標(biāo)位置找到后，位置的測量結(jié)果和幾何數(shù)據(jù)會傳送到機器人計 算機進行處理，并發(fā)出進行位置的平移和焊接參數(shù)的調(diào)整的指令，然后 通過各軸執(zhí)行操作。 4 2 實際焊接時激光傳感器尋找跟蹤描述 根據(jù)轉(zhuǎn)8 g 型轉(zhuǎn)向架交叉支撐組成的結(jié)構(gòu)，焊縫布置情況，結(jié)合弧 焊機械手的焊縫跟蹤功能，對于不同焊縫，我們采用了不同跟蹤方法： “直線”角焊縫：采用接觸傳感器尋找焊縫、電弧擺動跟蹤 “環(huán)形”角焊縫：采用激光傳感器尋找焊縫 蓋板對接焊縫：采用接觸傳感器、激光傳感器尋找焊縫 焊縫接頭類型模板編號見表4 1 。 在實際焊接過程中，上下蓋板與定位座連接“直線”角焊縫，采用 接觸傳感器尋位，電弧擺動自動跟蹤焊接；而“環(huán)形”角焊縫，采用激 光傳感器尋位跟蹤，具體掃描編程過程見圖4 7 ，掃描程序見表4 2 ；對 北京交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 接焊縫采用接觸傳感器尋位，確定定位座的寬度尺寸，采用激光傳感器 掃描跟蹤坡口尺寸。 通過接觸傳感器尋位跟蹤、激光傳感器尋位掃描跟蹤，可以確定焊 縫的位置，識別工件邊緣。蓋板與定位座連接環(huán)形搭接角焊縫及對接焊 縫跟蹤掃描，是通過多工步來完成的。通過幾次尋找，即可以決定焊縫 所處位置的偏差，然后自動將焊接程序整個或部分轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)奈恢蒙希?完成焊接過程。 表4 1 焊縫接頭類型模板編號” 模板編號接頭類型描述 0搭接接頭下搭接接頭模板 1搭接接頭上搭接接頭模板 2 對接接頭對接接頭模板 2 5 5激光傳感器校零 圖4 7 掃描路徑示意圖 第四章激光傳感器 表4 2 掃描程序 序號步點號類型擴展備注 l 2 o o 空步 23 o o 空步尋找開始激光蓋打開 33 1 o空步線性尋找組l激光+ 模板號o = 下搭接 43 2 o 空步尋找中介 53 3 o空步尋找中介 63 4 o空步線性尋找組2激光+ 模板號0 = 下搭接 73 5 0空步尋找中介 83 6 0空步尋找中介 93 7 o 空步線性尋找組3激光+ 模板號0 = 下搭接 1 03 8 o空步尋找中介 1 13 9 o 空步尋找中介 1 2 3 1 0 o 空步線性尋找組4激光+ 模板號1 = 上搭接 1 34 o 0空步尋找結(jié)束激光蓋關(guān)閉 1 45 o o空步 位移開始 1 56 0 o空步 1 6 7 0 o 線性工作步 1 78 o o圓弧工作部 1 8 9 o 0 線性工作步 1 91 0 0 o空步 2 01 1 o o空步 2 1 1 2 o o 線性工作步 2 21 3 0 0 圓弧工作部 2 31 4 o o線性工作步 2 41 5 o o空步位移結(jié)束 北京交通大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文 4 3 小結(jié) r t i 2 0 0 0 弧焊機械手配置的e l s 激光傳感器基于激光三角測 量原理，采用圖像處理軟件進行接頭類型識別和特征參數(shù)提 取。 激光傳感器在沿著預(yù)定軌跡掃描時，掃描產(chǎn)生一個表面的輪 廓，這一輪廓通過計算機圖像處理軟件處理，尋找出工件位置 及幾何圖形，可用于識別邊緣、間隙和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。對于搭接及 對接等焊縫，通過一次或幾次尋找，即可以決定焊縫所處位置 的偏差。 對于交叉支撐組成單邊v 形坡口鎖底對接焊縫，采用接觸尋位 傳感器和激光傳感器進行復(fù)合跟蹤。接觸尋位傳感器確定定位 座的寬度邊緣和位置，而激光傳感器確定單邊v 形坡口的位置 和形狀，并可根據(jù)識別的坡口寬度選擇跳轉(zhuǎn)程序。 對于交叉支撐組成“環(huán)形”角焊縫，由于空間關(guān)系，只能采用 激光傳感器一種跟蹤方式進行掃描跟蹤，對掃描路徑和掃描程 序進行了描述。 第五章影響激光傳感器跟蹤精度因素及改進措施 第五章影響激光傳感器跟蹤精度因素及改進措施 r t i 2 0 0 0 型弧焊機械手為可編程序的示教再現(xiàn)示機器人，這種機器 人可以在其工作空間內(nèi)精確地完成示教操作。在弧焊機械手焊接過程中， 如果焊接條件基本穩(wěn)定，則弧焊機械手能夠保證焊接質(zhì)量。但是，由于 各種因素的影響，實際焊接條件經(jīng)常發(fā)生變化，例如，由于環(huán)境中粉塵、 煙塵、坡口狀況、加工誤差、夾具裝卡精度、工件表面狀態(tài)和工件熱變 形等影響，引起激光傳感器跟蹤精度下降，從而引起焊槍偏離焊縫，導(dǎo) 致焊縫質(zhì)量下降，甚至失敗”1 。影響激光傳感器跟蹤精度的因素很多， 我們從以下幾方面加以分析。 5 1 系統(tǒng)校零及激光傳感器校零對跟蹤精度的影響 按照測量誤差理論，任一測量結(jié)果都可以用下式表示： 測量值= 真實值+ 測量誤差 其中測量誤差又分為過失誤差、系統(tǒng)誤差和隨機誤差三大類。過失 誤差是由于粗心大意引起的，是不該發(fā)生的，可以避免的。系統(tǒng)誤差決 定了測量結(jié)果的正確度，系統(tǒng)誤差在數(shù)值上往往比隨機誤差大得多。隨 機誤差是由許多對測定值影響較小、又不相關(guān)的多種因素綜合引起的， 隨機誤差決定了測量結(jié)果的精密度。 在弧焊機械手系統(tǒng)中，系統(tǒng)