三維視覺系統(tǒng)應(yīng)用于頂蓋激光焊接生產(chǎn)線

目前國(guó)外汽車公司的白車身焊裝線一般都采用自動(dòng)化和柔性化程度較高的機(jī)器人焊裝線，主要有電阻點(diǎn)焊接和激光焊接兩種焊接方式。激光焊接在焊裝生產(chǎn)線上應(yīng)用的一個(gè)非常大的局限性是對(duì)車身零件的定位精度有較高的要求，如果偏差過(guò)大直接影響到焊接質(zhì)量，甚至根本無(wú)法焊接。而這個(gè)難題在國(guó)內(nèi)汽車廠大多難以解決，因?yàn)檐嚿硎怯缮习賯€(gè)零件組裝而成，最終車身的誤差也被多次放大，難以滿足激光焊的精度要求。

為解決白車身車頂機(jī)器人在實(shí)施激光焊接時(shí)焊縫精度等問(wèn)題，華工法利萊將三維視覺系統(tǒng)成功引入到車頂激光焊接生產(chǎn)線上，取得了良好效果。三維視覺系統(tǒng)在白車身車頂激光焊的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)同行業(yè)尚屬首次，為以后此項(xiàng)技術(shù)的推廣積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

三維激光視覺系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)、信息處理、三維圖像處理、激光為基礎(chǔ)的高新技術(shù)。該系統(tǒng)是降低工具成本和提高生產(chǎn)效率的一種良好方法，采用視覺技術(shù)以后，可在焊接之前對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)機(jī)器人軌跡調(diào)整來(lái)彌補(bǔ)車身精度不足，大幅度提升生產(chǎn)效率。

在此，本文將以白車身頂蓋激光焊生產(chǎn)線上的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹三維激光視覺系統(tǒng)及其調(diào)試步驟。

一、系統(tǒng)組成

三維視覺系統(tǒng)主要由以下幾大部分組成，它通過(guò)ETHERNET IP協(xié)議與機(jī)器人控制器進(jìn)行通訊，連接方式如下圖所示。

部件描述：

①機(jī)器人控制柜，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制及與傳感器通訊和控制；

②三維視覺系統(tǒng)控制器，三維視覺系統(tǒng)的控制及與外部設(shè)備的通訊；

③機(jī)器人本體，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體運(yùn)行及傳感器的安裝固定；

④三維視覺傳感器，焊縫拍照及圖像處理；

⑤PC，對(duì)傳感器的參數(shù)設(shè)置及狀態(tài)監(jiān)控；

⑥電源供電電纜，傳感器供電；

⑦以太網(wǎng)電纜，與三維視覺系統(tǒng)進(jìn)行通訊；

⑧機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)連接電纜，機(jī)器人控制器與本體連接。

二、工作原理

三維視覺系統(tǒng)的工作原理是在焊接之前機(jī)器人通過(guò)控制安裝在第六軸上的激光三維視覺系統(tǒng)對(duì)焊縫進(jìn)行激光拍照，三維視覺系統(tǒng)通過(guò)圖像處理技術(shù)進(jìn)行處理，識(shí)別出焊縫位置的幾何坐標(biāo)，并通過(guò)總線將該坐標(biāo)值傳輸給機(jī)器人控制器，機(jī)器人控制器將該坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算出位置偏差，然后根據(jù)該誤差對(duì)焊接軌跡自動(dòng)校正。

三、實(shí)現(xiàn)方法

第一步，識(shí)別焊縫。傳感器與機(jī)器人連接并正常通訊后，首先要實(shí)現(xiàn)傳感器對(duì)焊縫的識(shí)別，即根據(jù)焊縫形式，對(duì)傳感器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，然后開激光進(jìn)行測(cè)試，傳感器會(huì)進(jìn)行激光拍攝，并經(jīng)過(guò)圖像處理，然后與預(yù)設(shè)焊縫形式進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)參數(shù)和機(jī)器人位置調(diào)整直到傳感器能夠得到穩(wěn)定焊縫。

第二步，傳感器標(biāo)定。傳感器正確識(shí)別焊縫還不能正常工作，因?yàn)閭鞲衅魇前惭b在機(jī)器人上的，它與機(jī)器人還沒(méi)有什么關(guān)系，而傳感器標(biāo)定就是確定傳感器與機(jī)器人的相對(duì)關(guān)系，使傳感器識(shí)別出的焊縫位置能夠被機(jī)器人利用。

第三步，焊縫掃描與矯正。焊接時(shí)要實(shí)現(xiàn)焊縫的矯正，首先要確定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的車身，即將機(jī)器人移動(dòng)到焊縫上的合適的掃描位置，控制傳感器進(jìn)行焊縫掃描，將焊縫位置作為標(biāo)準(zhǔn)的位置保存。在焊接之前將機(jī)器人移動(dòng)到原來(lái)相同的掃描位置進(jìn)行掃描，將識(shí)別的焊縫位置與之前的標(biāo)準(zhǔn)焊縫位置進(jìn)行比較得出偏差，然后對(duì)軌跡進(jìn)行矯正，它可實(shí)現(xiàn)對(duì)軌跡上各個(gè)點(diǎn)在X，Y，Z方向上進(jìn)行矯正。

結(jié)束語(yǔ)

江淮M111項(xiàng)目的此次應(yīng)用已成功實(shí)現(xiàn)整車量產(chǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)一年多的應(yīng)用情況來(lái)看，三維視覺系統(tǒng)的應(yīng)用大大降低了激光焊對(duì)車身精度方面的要求，實(shí)現(xiàn)批量自動(dòng)化生產(chǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，這為激光焊在汽車行業(yè)的推廣應(yīng)用提供了一套很好的解決方案。

三維激光視覺系統(tǒng)的應(yīng)用有利于降低項(xiàng)目及營(yíng)運(yùn)成本，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)柔性，培養(yǎng)和鍛煉相關(guān)工程人員，同時(shí)又有力地促進(jìn)了白車身生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于提高中國(guó)汽車的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)建立創(chuàng)新型國(guó)家和提升我國(guó)綜合國(guó)力都具有積極的作用。