光视觉传感的弧焊机器人系统具有定位快、精度高、抗干扰能力强等优势,在批量化、个性化生产中具有广泛的应用前景。国内对基于激光视觉传感的弧焊机器人研究虽然取得了一些成果,但在系统集成度、柔性化、自主性等方面与国外先进技术仍有一定差距,能满足企业生产要求的产品较少。因此,研发一种柔性强、自主性强的基于激光视觉传感的弧焊机器人系统具有重要意义。

针对国内某集装箱制造企业的实际需求,开发了一套基于激光视觉传感的弧焊机器人系统,该系统由工控机、PLC、6自由度机器人、自动化焊接电源、基于结构光的激光视觉传感系统等组成。针对使用的6自由度机器人,建立了其运动学模型、求解了其坐标变换矩阵、推导出了逆运动学解析解。

根据相机在机器人末端坐标系中的标定参数计算焊缝特征点在机器人末端工具坐标系中的位置坐标,结合机器人的坐标变换矩阵,*终求出焊缝特征点在机器人基坐标系中的坐标位置。提出了一种系统集成控制架构,以工控机和PLC为控制核心,分别对机器人和焊接电源系统进行控制和管理。由工控机将图像处理得到的焊缝特征点位置信息发送给机器人,机器人按照给定位置沿焊缝运动。由PLC控制自动化焊接电源的控制方法,由PLC控制焊机的参数调节并监测电弧状态。设计实现了工控机与机器人之间基于TCP/IP协议的网络通信、工控机与PLC之间基于PLC编程专用通信协议的串口通信。设计了系统的软件架构和控制界面。

T型接口焊接过程中可能产生的焊接热变形进行了解,结合焊接工件尺寸提出了抑制热变形的措施、计算了拘束力和临界拘束长度的理论值,并在此基础上设计了焊接工装。分别进行了示教方式仿形走、基于视觉传感的自主跟踪焊缝实验,*后进行了自动化焊接实验。基于激光视觉传感的弧焊机器人系统对焊缝的跟踪误差小于0.96mm,焊接速度达到24cm/min,实现了T型316L不锈钢材料的机器人自动化焊接。

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