[发明专利]一种焊缝自动跟踪方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及自动焊接技术领域，具体的说，涉及一种焊缝自动跟踪方法及装置。

背景技术

焊接是一种将材料进行永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。焊接已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等各个部门。在金属制造业中，焊接现在已成为仅次于装配和机械加工的第三大产业。在工业发达国家，每年钢铁产量的45％左右要通过焊接才能转化为最终的产品。自现代焊接技术问世以来，焊接生产的机械化、自动化和机器人化一直在不断发展之中。据统计，日本从1975年到1990年，焊接工人大约每10年减少27-37％，焊接工作不断地由手工操作转为自动、半自动焊接乃至机器人焊接。随着现代焊接生产的自动化程度越来越高以及机器人焊接技术的发展，对焊缝自动跟踪技术的需求也越来越迫切，焊缝跟踪的优点主要表现在如下3方面：

1、提高焊接质量

由于待焊工件存在下料加工及装配的误差，焊接热过程引起的变形事先也难以预料，因此给定轨迹的目标控制(或程序控制)方式已无能为力，具有焊缝自动跟踪能力的自适应系统自然成为首选目标。

2、改善焊接工人工作条件

由于焊接过程产生强烈的热、烟尘和弧光，导致现场工作环境非常恶劣，对工人的体能消耗很大。采用自动焊接系统是将人从手工焊接的恶劣环境中解放出来的根本途径。

3、提高生产率

手工焊接的效率很低，工人实际焊接的时间不足其工作时间的30％。自动焊接系统的生产效率远远高于手工焊接，而采用焊缝自动跟踪系统的自动焊接系统又可大大提高焊接生产效率。这是因为与示教型和程序控制焊接系统相比，它省去了繁重的示教工作或事先的编程工作，也降低了对工件加工精度和装配精度的要求，从而降低了准备时间，提高了整个系统的生产效率。

目前的焊缝自动跟踪方法，基本都是基于图像处理的方法，焊接过程中，对焊接弧光进行图像采集、处理，得到焊缝的分布特征。然而，弧光的图像受众多因素的影响，如不同焊缝位置、不同的焊条、不同焊接材料等因素，导致弧光图像处理的精度较低，不确定性较大，而且图像处理技术的数据信息庞大，处理实时性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够自适应跟踪焊缝的走势，从而实现对焊缝高精度、全自动化跟踪的焊缝自动跟踪方法及装置。

本发明通过下述技术方案实现：

使用安装有力觉传感器的探测机构持续获取焊缝对探测机构的反作用力信息；通过力觉传感器及数据采集装置将得到的反作用力信息传送给计算机；计算机根据得到的反作用力信息计算出探测机构的运动方向并控制探测机构沿计算出的运动方向前进；探测机构运动轨迹即为焊缝的实际分布情况，计算机控制位于探测机构后方的焊枪沿所述运动轨迹前进并进行焊接。

力觉传感器是一种新型的触觉传感器，通常用于检测和控制机器人关节处的力与力矩，它是通过检测弹性体变形来间接测量所受力及力矩，并将其转化为电信号；新近出现的六维力觉传感器更可实现包括三维力及三维力矩的全力信息的精确测量，因此常用于机器人的手腕关节处。

为了将力觉传感器检测到的力的信息转化为空间位置信息，我们通过如下步骤实现：

A、通过下述公式计算第n个采样点的空间位置坐标x_n、y_n、z_n，n＝1，2，3……N，其中N表示整个跟踪过程的采样点数：

x_n＝f(a₁F₁，a₂F₂，.....，a_iF_i)

y_n＝f(b₁F₁，b₂F₂，.....，b_iF_i)

z_n＝f(c₁F₁，c₂F₂，.....，c_iF_i)

公式中，i＝1，2……I，其中I为力觉传感器能够检测力信息的维度数，例如，六维力觉传感器中I＝6，F_i表示第i维力分量，a_i，b_i，c_i分别表示第i维力在x、y、z方向分量的权系数；