弧焊机器人焊缝跟踪系统在实践教学中的应用

2020-03-05徐江波姚启明高党寻王龙兵周冰科

设备管理与维修 2020年3期

徐江波，姚启明，高党寻，王龙兵，周冰科

（清华大学基础工业训练中心，北京 100084）

0 引言

目前，工业机器人主要通过人工示教的方法进行工作，工作环境发生改变时，需重新进行示教，不能实现自动化控制功能。因此,对基于机器视觉的机器人跟踪技术进行研究和探索，以期能够有效提高机器人自动化程度。同时针对本科金工实习和工程素质教育的要求，可以一方面与现代科技发展同步，另一方面重点培养学生的实践操作能力。以KUKA-KRC4 弧焊机器人（图1）为例，对激光焊缝跟踪器的原理、系统论述及课程应用等方面进行深入探讨和剖析，学生通过对弧焊机器人焊缝跟踪系统的学习，能够很好地感受焊接技术的先进性和当前工业的发展，从而激发参与焊接实践的兴趣，达到锻炼学生创新思维和实践动手能力的目的。

1 功能原理

图1 KUKA-KRC4 弧焊机器人

图2 激光焊缝跟踪器原理

如图2 所示，半导体激光器发出的光，经透镜1 形成XZ 平面光幕，并在被测物上形成一条轮廓线，镜片2 收集被测物体反射回来的光并将其投影到二维CMOS阵列，这样形成的目标物体剖面图形被信号处理器分析处理，得到被测物的2D轮廓线。轮廓线的长用X 轴计量，高用Z 轴计量。如果在此基础上扩展一个垂直于XZ 平面的一个运动的Y 轴，即可得到物体表面的3D 图像。

2 焊缝跟踪系统操作流程

2.1 启动焊缝跟踪系统软件

软件启动后的界面如图3 所示。以拼接焊缝为例，进行具体讲解。

（1）将机器人移动至焊接区域选择参数，段个数选择16，手动输入参数11。

（2）选择模式1，轴1 对应反方向（水平），轴2 对应正方向（垂直）。

（3）校准，点击“校准”按钮前，要保证激光线尽量垂直于焊缝（误差5），焊枪的出丝位置对准焊缝，IO 水平与垂直，对准输出选中。

（4）写入参数，注意有焊点点击滤波32。

2.2 常见焊接类型及焊缝形式跟踪模式

（1）可支持焊缝类型见图4。

（2）焊接形式跟踪模式见图5。

图3 焊缝跟踪系统工作界面

图4 常见焊接类型

图5 焊接形式跟踪模式

3 机器人焊缝跟踪系统在焊接实践教学中的应用

在进行弧焊机器人实践教学环节的同时，加入焊缝跟踪系统的学习，能有效激发学生的创造力，提升学习的趣味性和挑战性，锻炼和提高学生实际操作弧焊机器人的能力，达到理论与实践相互结合的效果。而学生通过具体学习和实际锻练，不但能够熟练掌握搭接、拼接等焊缝跟踪的操作能力，还能学会设置和修改其基本参数等重要知识点（图6）。

通过此实践教学内容的学习，激发了学生的学习兴趣，使学生在掌握传统焊接方法的前提下，对于先进弧焊机器人加深了认识、提高了操作能力。因此，该环节必须注重实践操作在整个教学环节中的比重，积极引导学生在学习实践中以团队的方式进行深入探讨与交流，提升学生工程素质的培养，增加学习的趣味性和挑战性。