一种焊接机器人焊缝自动追踪系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人焊接领域，特别是一种焊接机器人焊缝自动追踪系统。
【背景技术】
[0002]焊接机器人可以提高效率、优化质量、改善劳动条件，因而发展和应用焊接机器人对我国国民经济起到巨大的作用。目前的焊接机器人大多为可编程的示教再现机器人，这种机器人可以在其工作空间内精确地完成示教的操作。在焊接机器人施焊的过程中，如果焊接条件基本稳定，则机器人能够保证焊接质量。但是，由于各种因素的影响，实际的焊接条件经常发生变化。例如:由于强烈的弧光辐射、高温、烟尘、飞溅、坡口状况、加工误差、夹具装夹精度、表面状态、和工件热变形等影响会使焊枪偏离焊缝，从而造成焊接质量下降甚至焊接失败。
【发明内容】
[0003]发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种焊接机器人焊缝自动追踪系统。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种焊接机器人焊缝自动追踪系统，包括焊接手臂，所述焊接手臂上设有旋转箱和位置调节机构，所述旋转箱上设有激光传感器和焊枪，所述位置调节机构包括第一电机和第二电机，所述激光传感器连接第二电机，所述第一电机、第二电机和激光传感器连通到DSP控制系统，所述激光传感器上设有激光器，激光器用于向被焊接物体表面发射激光。
[0005]本发明中，所述DSP控制系统连接两驱动器，两驱动器分别连接第一电机和第二电机。
[0006]本发明中，所述位置调节机构还包括传动带和旋转箱传动轴，旋转箱传动轴穿过旋转箱并将旋转箱连接在焊接手臂上，传动带连接在第一电机驱动轴和旋转箱传动轴上，第一电机驱动轴通过传动带带动旋转箱传动轴，旋转箱传动轴带动旋转箱摆动，从而控制焊枪位置。
[0007]本发明中，所述需安装箱上设有第二电机和传感器驱动轴，激光传感器设置在传感器驱动轴上，第二电机驱动轴带动传感器驱动轴，传感器驱动轴带动激光传感器在传感器驱动轴上移动。
[0008]本发明中，所述激光传感器为CCD摄像头，CCD摄像头用于拍摄被焊接物体表面的影像。
[0009]本发明还提供了一种焊缝自动追踪方法，所述焊缝自动追踪方法包括以下步骤:
[0010]步骤1:第二电机驱动激光器扫描焊缝，检测焊枪相对于焊点的偏差；
[0011]步骤2:蓝牙传输偏差信号；
[0012]步骤3:DSP控制系统接受偏差信号；
[0013]步骤4:DSP控制系统产生控制信号并发送给驱动器；
[0014]步骤5:第一电机驱动焊枪，实现对焊缝的实时跟踪。
[0015]本发明中，所述DSP控制系统接受偏差信号后采用Fuzzy-P双模分段控制进行焊缝的纠偏，产生控制信号，Fuzzy-P双模分段控制在偏差大于四毫米时采用比例控制，偏差小于等于四毫米时采用模糊控制。所述Fuzzy-P双模分段控制公式为:
[0016]当| e | < 4mm 时，U = [ α 1Ε+ (1 α 1) EC]
[0017]当|e| > 4mm 时，U = [α 2E+(1 a 2)EC]
[0018]其中，e为偏差，通过激光焊缝传感器测得，修正因子α 1 = 0.4，α 2 = 0.6，U为输出的控制量；EC为偏差变化率的模糊量，EC是关于e的函数，由DSP控制系统根据偏差量e自动产生，E为偏差的模糊量，E是关于e的函数，由DSP控制系统根据偏差量e自动产生。
[0019]本发明中，所述步骤2中通过蓝牙将激光传感器拍摄的影像传给DSP控制系统。有益效果:1、本发明通过电机和激光器带动传感器在焊缝上方横向扫描，检测出传感器和焊缝间的横向距离和纵向距离，并通过三维调节装置驱动焊枪横向步进电机和纵向步进电机动作，实现焊接机器人焊枪对焊缝的实时自动跟踪，可以根据焊接条件的变化实时调整焊枪位置，减少工人调整操作次数。
[0020]2、本发明采用Fuzzy-P双模分段控制方法，所调整的误差范围大，其中分偏差调整方法保证焊接的精准，调整方灵活。
[0021]3、本发明提供一种基于线结构光视觉传感器引导的焊接机器人系统标定方法，其灵活、精度高、速度快、稳定性好，实时性强，方法简单，计算量小，通用性强。
【附图说明】
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
[0023]图1是焊接手臂结构图；
[0024]图2是焊接手臂结构示意图；
[0025]图3是焊接机器人焊缝自动跟踪系统框图；图4是基于DSP的焊缝跟踪步进电机控制系统；
[0026]图5是系统软件流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合附图对本发明作详细说明。
[0028]实施例:
[0029]如图1和图2，本实施例包括焊接手臂1、旋转箱2、位置调节机构3、激光器4、激光传感器5、焊枪6、第一电机7、第二电机8、第一电机驱动轴9、旋转箱传动轴10、第二电机驱动轴11和传感器驱动轴12，所述焊接手臂1内设有第一电机，第一电机通过第一电机驱动轴9驱动位置调节机构3上的传送带，传送带带动旋转箱传动轴10，带动旋转箱2转动，从而控制设置在旋转箱上的焊枪和激光器，第二电机设置在旋转箱上，第二电机通过第二电机驱动轴11和传感器驱动轴12控制激光器在旋转箱上横向移动。
[0030]如图3，本实施例包括非接触式激光焊缝传感器、摆动装置、焊枪三维调节装置、DSP (数字信号处理)控制系统，本系统采用扫描式激光传感焊缝跟踪方法，即将激光焊缝传感器安装在焊枪前部观察焊缝，由第二电机带动激光焊缝传感器在焊缝上方横向扫描，检测出传感器和焊缝间的横向距离和纵向距离，该距离就是焊枪对焊缝的偏差。DSP控制系统接受焊枪对焊缝的偏差信号，并采用Fuzzy-P双模分段控制进行焊缝的纠偏，产生控制信号。该控制信号送入设置在焊枪与旋转箱连接处的焊枪三维调节装置，驱动焊枪横向步进电机和纵向步进电机动作，实现焊接机器人焊枪对焊缝的实时自动跟踪。
[0031]非接触式激光焊缝传感器内部包括一个CCD摄像机和一个或两个半导体激光器。半导体激光器作为结构光源，以预定的角度将激光条纹投影到传感器下部的工件表面。摄像机直接观察传感器下部的条纹。摄像机前部是一个光学滤光片，允许激光通过，但是滤去所有其它的光，例如焊接电弧。传感器因此可以非常接近焊接电弧。传感器以预先设定的距离安装在焊枪前部(前视距离)，因此它可以观察焊缝。当焊枪在焊缝上方正确定位后，焊缝应该接近于激光条纹的中心，这样才能使摄像机观察到激光条纹和焊缝。
[0032]由于激光条纹是以一定的角度投射的，如果工件距离传感器近，在工件表面的激光条纹就相对靠前。反之，如果工件距离传感器远一些，工件表面的激光条纹就相对靠后。因此，通过摄像机观察激光条纹的位置，传感器就能够测量距离工件的垂直距离。从在工件上的激光条纹形状上，传感器也能够测量出表面的轮廓和在条纹内焊缝的位置，因此可以测量传感器和焊缝间的横向距离。从摄像机观察到的图像被信号处理环节中的电子元件进行处理。图像首先被采集并形成数字化的激光条纹图像，然后控制软件使用特定的设置将条纹分割成多条线段。利用这些线段，可以测量焊缝的位置，并将其转化成以_计算的距离。本系统针对管道焊接机器人进行设计，主要用于V型坡口圆周焊缝的焊接。根据实际参数，选择MLP2/60型激光焊缝传感器，该型号传感器在标准安装高度时的水平视场为60_，有效景深为-35至+55_。
[0033]本实施例采用美国TI公司的TMS320LF2812微处理器。美国TI公司的TMS320系列DSP的体系结构专为实时信号处理而设计，该系列DSP控制器将实时处理能力和控制器外设功能集于一身，为控制系统应用提供了一个理想的解决方案。由激光焊缝传感器检测出焊枪对焊缝的偏差后，DSP控制系统接受焊枪对焊缝的偏差信号，并采用Fuzzy-P双模分段控制进行焊缝的纠偏，产生控制信号。该控制信号送入焊枪三维调节装置，驱动焊缝跟踪步进电机(焊枪横向步进电机和纵向步进电机)动作，实现焊接机器人焊枪对焊缝的实时自动跟踪。控制系统的目的简单