基于激光視覺焊縫跟蹤技術(shù)的工業(yè)機器人焊接智能產(chǎn)線的設(shè)計

魏文鋒

摘 ?要：為了實現(xiàn)工業(yè)機器人對工件的精確焊接，文章根據(jù)某建筑企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)要求設(shè)計智能產(chǎn)線，對新技術(shù)和工藝流程進行深入探討。經(jīng)實踐驗證，運用激光視覺焊縫跟蹤技術(shù)設(shè)計的焊接智能產(chǎn)線能很好地解決了因工件擺放位置誤差、工裝誤差、工件標(biāo)定誤差等造成的工業(yè)機器人加工軌跡偏差，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，大大提高工作效率，具有較高的實用價值。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人;智能產(chǎn)線;激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng);制造執(zhí)行系統(tǒng)

中圖分類號：TP242 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）24-0084-02

Abstract： In order to realize the accurate welding of the workpiece by industrial robot， an intelligent production line is designed according to the technical requirements for products of a construction enterprise， and the new technology and technological process are discussed deeply. It is proved by practice that the welding intelligent production line designed by laser vision seam tracking technology can effectively solve the machining trajectory deviation of industrial robot caused by workpiece position error， tooling error， workpiece calibration error， and so on， and the quality is stable and reliable. All this greatly improves the work efficiency and has high practical value.

Keywords： industrial robot; intelligent production line; laser vision welding seam tracking system; manufacturing execution system

隨著機器人應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展，激光視覺焊縫跟蹤技術(shù)已廣泛應(yīng)用到設(shè)計中，并以其精確的軌跡誤差補償、先掃描再焊接、實時跟蹤、焊接工藝自適應(yīng)調(diào)整、焊縫自動檢測等優(yōu)越功能提高了生產(chǎn)效率。由此，本文以某大型企業(yè)建筑型材的焊接智能產(chǎn)線進行分析，通過新技術(shù)的應(yīng)用，徹底解決了該企業(yè)規(guī)模生產(chǎn)能力不足、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證、員工管理困難等問題，希望能為同類生產(chǎn)線優(yōu)化改進提供參考。

1 激光視覺焊縫跟蹤技術(shù)的組成和原理

激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)是應(yīng)用于工業(yè)機器人焊接的三維視覺傳感器系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)由傳感器頭、工控機和系統(tǒng)軟件等三部分組成，如圖1所示。傳感器系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口和機器人控制系統(tǒng)進行通訊協(xié)議對接，通過機器人的實時位置信息以及傳感器檢測的位置信息檢測焊縫位置及特征。

激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)是為了解決工業(yè)機器人復(fù)雜三維激光焊接編程的問題，將工業(yè)機器人離線編程技術(shù)、激光視覺檢測技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)工業(yè)機器人焊接軌跡自適應(yīng)規(guī)劃和機器人程序生成一套智能系統(tǒng)。此外，將常用的焊接工藝集成到離線軟件的后處理模塊中，使系統(tǒng)生成的機器人程序直接用于實際加工生產(chǎn)。

2 制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用研究

本智能產(chǎn)線的設(shè)計以典型金屬焊接領(lǐng)域為背景，結(jié)合制造執(zhí)行系統(tǒng)MES和激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)等先進技術(shù)，提升生產(chǎn)過程信息化、智能化的水平，從而構(gòu)建一套完整的智能制造生產(chǎn)線。MES實時反映整個生產(chǎn)過程的信息變化狀態(tài)，監(jiān)控全部生產(chǎn)過程，記錄生產(chǎn)過程產(chǎn)品所使用的材料、設(shè)備，產(chǎn)品檢測的數(shù)據(jù)和結(jié)果以及產(chǎn)品在每個工序上生產(chǎn)的時間、人員等信息。這些收集的信息經(jīng)過制造執(zhí)行系統(tǒng)MES加以分析，就能生成報表，實時呈現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)進度、目標(biāo)達成狀況、產(chǎn)品品質(zhì)狀況，以及產(chǎn)品的人、機、料的利用狀況，這樣讓整個生產(chǎn)現(xiàn)場完全透明化，利于用戶及時掌握生產(chǎn)動態(tài)。

3 焊接智能產(chǎn)線分析與設(shè)計

綜上所述，在充分考慮工藝節(jié)拍最優(yōu)選擇和保障焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)車間特征，從人機工程學(xué)角度出發(fā)，最終不僅要完成生產(chǎn)任務(wù)，也要確保產(chǎn)品質(zhì)量，盡量減少空運行和輔助時間，適合同類型多規(guī)格大批量的建筑型材的焊接要求。設(shè)計布局見圖2。智能產(chǎn)線主要由四臺工業(yè)機器人、一套大型四工位回轉(zhuǎn)式變位機、五個料倉、一個成品緩存架、一套PLC電氣控制柜和制造執(zhí)行系統(tǒng)MES及激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)等組成。產(chǎn)線通過制造執(zhí)行系統(tǒng)MES進行訂單下發(fā)實現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，然后PLC控制各設(shè)備執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)，具體工藝流程如圖2。

（1）RMD50碼垛機器人①從工字鋼B料倉⑤取料放置到變位機⑥工位1上的定位工裝，離開工位進行定位裝夾。（2）變位機⑥工位1裝夾完成后，自動順時針方向旋轉(zhuǎn)90度。（3）RB08A3-1840搬運機器人③分別從仿工字鋼外形管料倉⑧、矩形管料倉⑨和前擋板料倉⑩將零部件取出放置旋轉(zhuǎn)90度后的工位1對應(yīng)的定位工裝上，然后離開工位并進行定位裝夾;同時，RMD50碼垛機器人①從工字鋼B料倉⑤取料放置到變位機⑥工位4上的定位工裝，離開工位進行定位裝夾。（4）變位機⑥工位1裝夾完成后，自動順時針方向再旋轉(zhuǎn)90度。（5）RMD50碼垛機器人②從工字鋼C料倉 ?將零部件取出放置到旋轉(zhuǎn)180度后的工位1對應(yīng)的定位工裝上，然后離開工位并進行定位裝夾;RB08A3-1840搬運機器人③分別從仿工字鋼外形管料倉⑧、矩形管料倉⑨和前擋板料倉⑩將零部件取出放置到工位4對應(yīng)的定位工裝上，然后離開工位并進行定位裝夾;同時，RMD50碼垛機器人①從工字鋼B料倉⑤取料放置到變位機⑥工位3上的定位工裝，并離開工位進行定位裝夾。（6）變位機⑥工位1裝夾完成后，自動順時針方向再旋轉(zhuǎn)90度。（7）激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng) ?控制RH06A3-1840焊接機器人④進行焊接作業(yè);RMD50碼垛機器人②從工字鋼C料倉 ?將零部件取出放置到旋轉(zhuǎn)180度后工位1對應(yīng)的定位工裝上，然后離開工位并進行定位裝夾;同時，RMD50碼垛機器人①從工字鋼B料倉⑤取料放置到變位機⑥工位2上的定位工裝，并離開工位進行定位裝夾;RB08A3-1840搬運機器人③分別從仿工字鋼外形管料倉⑧、矩形管料倉⑨和前擋板料倉⑩將零部件取出放置到工位3對應(yīng)的定位工裝上，然后離開工位并進行定位裝夾;RMD50碼垛機器人②從工字鋼C料倉 ?將零部件取出放置到變位機工位4對應(yīng)的定位工裝上，然后離開工位并進行定位裝夾。（8）焊接完成后，變位機⑥自動順時針方向再旋轉(zhuǎn)90度回到零度位置。（9）RMD50碼垛機器人①從變位機工位1上取出成品放置到成品緩存架 ?上，并從工字鋼B料倉⑤取料放置到工位1上的定位工裝，然后離開工位進行定位裝夾;RB08A3-1840搬運機器人③分別從仿工字鋼外形管料倉⑧、矩形管料倉⑨和前擋板料倉⑩將零部件取出放置到工位2對應(yīng)的定位工裝上，然后離開工位并進行定位裝夾;RMD50碼垛機器人②從工字鋼C料倉 ?將零部件取出放置到工位3對應(yīng)的定位工裝上，然后離開工位并進行定位裝夾;激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng) ?控制RH06A3-1840焊接機器人④進行焊接作業(yè)。（10）焊接完成后，變位機⑥自動順時針方向再旋轉(zhuǎn)90度。（11）RMD50碼垛機器人①從變位機⑥旋轉(zhuǎn)后工位上取出成品放置到成品緩存架 ?上，并從工字鋼B料倉⑤取料放置到變位機⑥該工位上的定位工裝，然后離開工位進行定位裝夾;RB08A3-1840搬運機器人③分別從仿工字鋼外形管料倉⑧、矩形管料倉⑨和前擋板料倉⑩將零部件取出放置到工位對應(yīng)的定位工裝上，然后離開工位并進行定位裝夾;RMD50碼垛機器人②從工字鋼C料倉 ?將零部件取出放置到工位對應(yīng)的定位工裝上，然后離開工位并進行定位裝夾;激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng) ?控制RH06A3-1840焊接機器人④進行焊接作業(yè)。（12）如此循環(huán)執(zhí)行第（10）和（11）步進行持續(xù)生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

以上論述了通過制造執(zhí)行系統(tǒng)和激光視覺焊縫跟蹤技術(shù)設(shè)計的智能產(chǎn)線有效保障產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。這種基于新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合的智能制造，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，是具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。

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