基于激光視覺焊縫跟蹤技術的工業機器人焊接智能產線的設計

魏文鋒

摘 ?要：為了實現工業機器人對工件的精確焊接，文章根據某建筑企業產品技術要求設計智能產線，對新技術和工藝流程進行深入探討。經實踐驗證，運用激光視覺焊縫跟蹤技術設計的焊接智能產線能很好地解決了因工件擺放位置誤差、工裝誤差、工件標定誤差等造成的工業機器人加工軌跡偏差，質量穩定可靠，大大提高工作效率，具有較高的實用價值。

關鍵詞：工業機器人;智能產線;激光視覺焊縫跟蹤系統;制造執行系統

中圖分類號：TP242 文獻標志碼：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

隨著機器人應用技術的高速發展，激光視覺焊縫跟蹤技術已廣泛應用到設計中，并以其精確的軌跡誤差補償、先掃描再焊接、實時跟蹤、焊接工藝自適應調整、焊縫自動檢測等優越功能提高了生產效率。由此，本文以某大型企業建筑型材的焊接智能產線進行分析，通過新技術的應用，徹底解決了該企業規模生產能力不足、產品質量難以保證、員工管理困難等問題，希望能為同類生產線優化改進提供參考。

1 激光視覺焊縫跟蹤技術的組成和原理

激光視覺焊縫跟蹤系統是應用于工業機器人焊接的三維視覺傳感器系統。傳感器系統由傳感器頭、工控機和系統軟件等三部分組成，如圖1所示。傳感器系統通過以太網接口和機器人控制系統進行通訊協議對接，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是為了解決工業機器人復雜三維激光焊接編程的問題，將工業機器人離線編程技術、激光視覺檢測技術結合起來，實現工業機器人焊接軌跡自適應規劃和機器人程序生成一套智能系統。此外，將常用的焊接工藝集成到離線軟件的后處理模塊中，使系統生成的機器人程序直接用于實際加工生產。

2 制造執行系統應用研究

本智能產線的設計以典型金屬焊接領域為背景，結合制造執行系統MES和激光視覺焊縫跟蹤系統等先進技術，提升生產過程信息化、智能化的水平，從而構建一套完整的智能制造生產線。MES實時反映整個生產過程的信息變化狀態，監控全部生產過程，記錄生產過程產品所使用的材料、設備，產品檢測的數據和結果以及產品在每個工序上生產的時間、人員等信息。這些收集的信息經過制造執行系統MES加以分析，就能生成報表，實時呈現生產現場的生產進度、目標達成狀況、產品品質狀況，以及產品的人、機、料的利用狀況，這樣讓整個生產現場完全透明化，利于用戶及時掌握生產動態。

3 焊接智能產線分析與設計

綜上所述，在充分考慮工藝節拍最優選擇和保障焊接質量穩定可靠的基礎上，結合企業車間特征，從人機工程學角度出發，最終不僅要完成生產任務，也要確保產品質量，盡量減少空運行和輔助時間，適合同類型多規格大批量的建筑型材的焊接要求。設計布局見圖2。智能產線主要由四臺工業機器人、一套大型四工位回轉式變位機、五個料倉、一個成品緩存架、一套PLC電氣控制柜和制造執行系統MES及激光視覺焊縫跟蹤系統等組成。產線通過制造執行系統MES進行訂單下發實現任務調度，然后PLC控制各設備執行生產任務，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90度后的工位1對應的定位工裝上，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180度后的工位1對應的定位工裝上，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90度。（7）激光視覺焊縫跟蹤系統 ?控制RH06A3-1840焊接機器人④進行焊接作業;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180度后工位1對應的定位工裝上，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 ?控制RH06A3-1840焊接機器人④進行焊接作業。（10）焊接完成后，變位機⑥自動順時針方向再旋轉90度。（11）RMD50碼垛機器人①從變位機⑥旋轉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 ?控制RH06A3-1840焊接機器人④進行焊接作業。（12）如此循環執行第（10）和（11）步進行持續生產。

4 結束語

以上論述了通過制造執行系統和激光視覺焊縫跟蹤技術設計的智能產線有效保障產品質量，提高生產效率。這種基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合的智能制造，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，是具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。

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