[发明专利]一种基于激光跟踪仪的电弧跟踪测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接电弧跟踪测试技术领域，尤其涉及一种基于激光跟踪仪的电弧跟踪测试系统及方法。

背景技术

随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化与智能化己成为必然趋势。在焊接生产中采用机器人技术，可以提高生产效率、改善劳动条件、稳定和保证焊接质量、实现大批量产品的焊接自动化。目前，采用机器人焊接已成为焊接技术自动化、现代化的主要标志。

然而，焊接机器人的应用并不能保证一定可以获得满意的焊接质量，因为实际电弧焊接过程中，存在着许多干扰因素。包括工件尺寸精度、装夹精度、间隙、坡口精度、示教误差等，并且在焊接过程中，先焊合的焊缝产生的变形会作用在工件上，使后焊合的焊缝偏离组对时的位置，为了保证焊接质量，必须对机器人焊接过程进行焊缝实时跟踪。

由于焊接过程是高度非线性、多变量耦合作用、同时具有大量随机不确定因素的复杂工艺过程，长期以来焊接过程的检测一直是焊接界的研究热点。到目前为止，主要有两大类检测方法：一是利用各种外部传感器，如视觉传感器、声学传感器和远红外摄像机等，检测反映焊接质量的各种信息。二是基于电弧自身的传感方法，只通过检测焊接过程固有的焊接电流和焊接电压信号来提取反映焊接质量的各种信息。电弧传感直接从焊接电弧中获取过程特征信息，通过检测焊接电压、焊接电流来实现焊接过程质量的监测与控制，不受焊接过程弧光、磁场、温度的影响，无须附加传感器，对焊接环境干涉小，焊枪的可达性好，结构简单、成本低且可靠性强。因此，机器人焊接时多采用电弧跟踪传感器对焊接过程监控。

焊接电弧跟踪是保证焊接质量的重要环节，跟踪的精度和策略一直是相关研究和技术开发的重点。电弧跟踪效果的衡量和检测方式包括录制视频、采集焊接电参数以及观察最终的焊缝成型判断跟踪效果等，上述方法虽然在一定程度上能够检验跟踪效果，但基本都是给定一个定性研究，无法对跟踪过程中的实时位置数据进行量化记录和分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光跟踪仪的电弧跟踪测试系统及方法，通过激光跟踪仪实时跟踪并采集工业焊接机器人不同情形下运动过程中的三维空间位置信息，经过后期处理分析，获得电弧跟踪精度、跟踪调整速度以及可调整范围的数据信息，为工业机器人、焊接专机和焊接电弧跟踪模块的开发及完善等提供试验和理论分析基础。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于激光跟踪仪的电弧跟踪测试系统，该系统包括：激光跟踪仪1及配套的靶球2、工业焊接机器人4、焊接电源8及集成在该焊接电源8中的电弧跟踪模块7；

该靶球2与工业焊接机器人4最前端的焊枪夹持机构固定连接；该工业焊接机器人4与焊接电源8及其电弧跟踪模块7相连；该激光跟踪仪1固定放置在离该靶球2一定距离处；

激光跟踪仪1实时跟踪和测量靶球2的位置信息，根据靶球2的位置信息以及预先设定的工业焊接机器人4前端焊枪5的示教运动轨迹与待焊坡口实际位置之间的偏差值及跟踪功能开启情况，获得电弧跟踪精度以及跟踪策略调整信息。

进一步的，所述激光跟踪仪1实时跟踪和测量靶球2的位置信息，根据靶球2的位置信息以及预先设定的工业焊接机器人4前端焊枪5的示教运动轨迹与待焊坡口实际位置之间的偏差值及跟踪功能开启情况，获得电弧跟踪精度以及跟踪策略调整信息，包括：

进行工业焊接机器人4基础坐标系与激光跟踪仪1本体坐标系之间的转换，建立工业焊接机器人4电弧跟踪时的测量坐标系；

焊接开始前，通过机器人控制器设定工业焊接机器人4前端焊枪5的示教运动轨迹，调整焊接平台6上焊接试板9的待焊坡口至实际焊接位置，示教运动轨迹与待焊坡口实际位置末端在高低方向和左右方向上存在一定偏差值；

正式测量过程中，激光跟踪仪1采用单点测量方式；首先通过跟踪靶球2各记录一组未焊接情况下和焊接未跟踪情况下工业焊接机器人4运行轨迹的测量数据；再通过跟踪靶球2分别进行焊接情况下高低方向和左右方向中一个方向或者同时两个方向的电弧跟踪数据测量；

在数据处理过程中，将上述激光跟踪仪1测量到的X、Y、Z不同坐标方向上未焊接情况下示教运动轨迹测量数据和焊接未跟踪以及焊接加电弧跟踪获得的实际运动轨迹测量数据，并结合预先设置的示教运动轨迹与待焊坡口实际位置的偏差值进行综合对比分析，从而获得电弧跟踪精度、跟踪调整速度以及可调整范围的数据信息。

进一步的，所述该靶球2与工业焊接机器人4最前端的焊枪夹持机构固定连接，包括：