机器焊接的不同寻位方式对比
发布时间：2023-12-06
焊接机器人作为现代制造业中的重要装备，广泛应用于各行各业。在焊接过程中，准确的焊缝寻位是保证焊接质量和效率的关键因素之一，也是实现焊接自动化生产的难点之一，解决自动化焊缝寻位难题是该领域的主要关注方向。
焊缝寻位，也称为焊缝传感，是在焊接过程开始之前检测工件上目标焊缝的位置和方向的过程，通常是使用传感器和软件程序来引导焊枪到缝的精确位置。焊缝寻位的目的是确保焊接精确地应用到焊缝上，这对于确保焊接的强度和完整性非常重要。然而，在一些大型工件焊接时，由于下料和组队误差的存在，焊枪初始位置定位完全依靠人工示教的方式进行，不仅效率低、精度差，而且对于水下焊接、狭小空间中焊接等操作人员不易到达的场合，人工定位识别焊缝轨迹走向尤为困难。
为了解决机器人示教编程复杂的问题，实现机器人自动化焊接，工程师们开发出了以下寻位方式：
一、焊丝寻位
（图片来源于网络）
焊丝寻位是一种简单而直观的定位方式。它通过焊丝与工件表面的接触，检测焊丝电信号来确定焊接位置。当焊丝触碰到工件表面时，会产生电压信号，接触传感器将电压信号反馈给机器人，机器人则会利用当前位置与程序设定位置的偏差值对路径进行修正，从而得出真实目标位置。
图1接触寻位原理
优势：
•操作简单，适用于焊接工艺相对简单、焊接目标形状规则的工件。
•由机器人集成，不受工件表面影响，不增加额外体积，而且成本相对较低。
劣势：
•焊丝与工件表面接触过程中易受到工件表面杂质的干扰，对工件表面的平整度和粗糙度有一定要求。
•不适用于高精度和表面敏感的焊接任务。
•逐点触碰，效率低。
二、激光寻位
（图片来源于网络）
激光寻位即利用激光传感器对想要测量的位置进行单次测量，并计算目标点位置的过程。其工作原理是依靠激光视觉，由激光照射到焊缝表面，形成激光点或激光线，提取焊缝的特征数据点，并进行记录。在焊缝发生偏移后，再次采集焊缝的特征数据点，并自动计算出两次记录的点之间的差值，然后将偏差值添加到焊枪点来保证焊枪准确地达到焊缝起始位置，从而修正偏差。
图2激光寻位原理
激光寻位又包括点激光寻位和线激光寻位两种方式：
点激光寻位
点激光寻位，是在焊接工件偏离示教点时，通过点激光传感器检测出示教点（开始点、中间点、结束点等）处的偏离量，并对各焊接线进行3D平移补正。激光点由激光器产生，经过适当的光学系统聚焦成小点。焊接机器人通过激光点在工件表面的坐标位置来确定焊接位置。
线激光寻位
线激光寻位是利用激光线在工件表面的位置来确定焊接位置。激光线由激光器产生，经过适当的光学系统聚焦成线形。在焊接过程中，线激光双目视觉传感器检测焊缝轨迹的空间位置和初始姿态，通过激光线在工件表面的位置和方向来确定焊接位置。线激光寻位方式相对于点激光寻位方式具有更高的精度和定位能力。
无论是点激光还是线激光，在焊接应用上也都有一定的优劣势。
优势：
•无接触：激光束无需直接接触工件表面就能完成焊接过程，可避免由于接触引起的污染和损伤，并减少工件的变形风险。
•激光寻位方式具有较高的精度和灵活性，可以适应不同形状和尺寸的焊接工件。
劣势：
•效率低：激光寻位对于光照条件和工件表面质量有一定要求，容易受到工件表面杂质的干扰，效率低下。
•编程复杂：激光焊接对操作技术和经验要求较高，编程复杂耗时。
•增加了额外的体积，对狭小空间不适用
总之，无论是焊丝寻位还是激光寻位这两种方法都需要提前进行示教编程，然后利用先验知识计算偏移量，准备工作耗时长，无法对应复杂场景。随着3D视觉技术的快速崛起，更加简便的3D相机寻位为机器人自动化焊接提供了新的可能。
3D相机寻位
（图片来源于网络）
3D相机寻位是利用三维相机系统获取焊接工件的三维形状和纹理信息，通过图像处理和模式识别算法来确定焊接位置。3D相机寻位时，相机先拍摄工件的三维点云数据，直接识别出焊缝的位置，并直接计算焊接姿态，寻位速度快效率高。与传统的焊丝寻位和激光寻位相比，3D相机寻位更加灵活高效：在焊前准备阶段无需对焊缝进行示教编程，在焊接过程中单次拍照识别多条焊缝，大大简化了操作，帮助用户提高生产柔性和效率。
（图片来源于网络）
优势：
•无接触：3D相机无需直接接触工件表面，可避免由于接触引起的污染和损伤。
•效率高：无需提前示教编程，直接计算焊接姿态，一次拍照识别多条焊缝。
•容差高：可适应较大的平移旋转误差，只要能拍到就能识别到。
劣势：
•成本相对焊丝寻位和激光寻位更高。
•增加了额外的体积，对狭小空间不适用。
从焊丝寻位到激光寻位，再到3D相机寻位，机器人获取到的信息的维度一直在提升，智能化程度也在不断提高，对应的技术难度也不断加大。
知象光电立足于3D视觉硬科技，建立了从光学芯片、成像算法、到应用软件的自主技术体系，并较早地将3D视觉应用到机器人自动化焊接领域。其推出的Tracer P2凭借其强大的计算芯片、工业级精度、高防护的性能，搭载机器人视觉软件Tracer Studio，可实现3D点云实时采集、复杂焊缝特征快速提取、机器人轨迹智能规划、工件找正定位等功能，可广泛应用于钢结构、车厢板、人防门、钢筋、管板焊接等各种复杂严苛的工作环境。
（图片来源于网络）
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