|
一 问题描述及系统组成
一个钢板卷成长方管的对接处要用激光点焊接起来。 为了保证焊接质量，激光点要聚焦在对接处。为了保证激光点聚焦在焊接处就要求激光器与焊接点的距离小于0.1mm, 激光点的中心与焊接点中心在焊接前进方向的左右位置偏差也小于0.1mm。要保证激光器以每分钟6米的速度沿焊接轨迹运动过程中，实时保证激光点聚焦在对接处。为此我们设计了下面的控制方案：
1） 采用一个有效行程4000mm的百格拉PAS44BB直线运动单元为主运动单元，在其滑块上面安装一个VC4016智能相机，一个XZ二维精密运动平台。
2） VC4016智能相机采集激光点（非焊接时的光点），利用激光点的形状和位置变化分析来计算出距离偏差和左右位移偏差。
3） XZ二维精密运动平台上装有激光器光导纤维输出管，它发出激光束来完成焊接任务。控制系统接收来自VC4016智能相机的激光点位置偏差信息，控制XZ二维精密运动平台的运动。
4） 控制系统为嵌入式数控系统F33，利用RS485口接收来自VC4016的位置信息。
二 VC4016智能相机及算法介绍
智能相机VC4018含有640*480像素CCD传感器，32M数据存储器，4M闪存，400Mhz的DSP，以太网和RS485接口，逐行扫描和外同步功能。用户把C语言编写的激光点形状和位置分析软件下载到VC4016内，智能相机就按外同步信息开展摄取图像，完成特殊提取，形状分析方位计算及把计算结果上传给机器人控制系统。
在焊接应用中智能相机和激光器用金属板连接在一起，它们的中心线在一个平面上。另外激光束的方向与要焊接的边缘方向是相互垂直的，CCD中心线与要焊的边缘直线成60°角度。采用小视场的镜头，CCD相机的最小视场为3.6*4.8mm。智能相机采用640*480像素的CCD，一个像素所代表的面积为：7.5*7.5µm (= (3600/480) * (4800/6400))。激光束的直径大约为0.3mm, 则在Y方向上所占的像素数量为30个，在X方向上所占的像素数量为40个。理想情况下，激光束的中心在所得图像的中心。但如果在X方向有偏差，则激光束图像的形状发生变化，其图像为非对称心形图像。从非对称的像素数就是算出偏移量。如果在Y方向有偏差（高度变化了），则激光束图像的位置发生变化，从其偏离中心位置的像素数就是算出偏移量。如果激光束的高度和左右位置都发生变化了，则对应图像的中心位置和对称性都发生变化。利用这些变化量来计算高度和左右位置的变化。
根据激光点在CCD图像里位置的变化及形状的变化来计算出激光点的高度和左右位置变化量。由于激光点亮度大，所以能很准确检测出位置变化和形状变化。在X轴方向位移每变化1个像素表示变化了0.0075mm。最基本的光点中心和位置检测软件能稳定可靠地算出4个像素的变化量，对应位移量为0.03mm, 完全能满足焊接要求。在Y轴方向的变化精度更高，所有可以准确算出偏移量。
三 PAS44BB和XZ精密运动简介
采用德国百格拉公司有效行程4米长的PAS44BB。在PAS44BB的滑块上安装XZ精密运动平台，采用交流伺服电机配纽卡特行星减速机PLE80/8来驱动PAS44BB。
XZ精密运动平台的有效行程为20*20mm, 定位精度高于0.05mm。由于采用交流伺服电机和小螺距的丝杠驱动XZ运动平台，运动精度高和平稳性好。在XZ精密运动平台上装有激光束和CCD智能相机。
四 控制系统简介
采用德国Trimeta公司的3轴控制系统Editasc，其中一个轴作为独立一个通道控制PAS44BB带动智能相机，激光束和XZ精密平台做匀速运动。而另两个轴作为独立通道调节XZ精密平台的运动使激光束在理想的位置焊接。Editasc是高挡精密运动控制系统，位置环PID调节周期为0.1ms。Editasc是多通道多轴控制系统，一台系统可以控制多台五轴五联动加工中心，此外它具有实时多轴左标转换功能，RCTP功能，各种补充功能和高级编程功能。它通过以太网接收来自智能相机的方位信息。
五 展望
利用百格拉公司PAS系列直线运动单元和德国纽卡特的法兰式输出减速机可以构成各种四轴，五轴和多轴直角坐标机器人，多转台等。
由于Editasc数控系统具有840D 系统的功能，又高度开放和强大的编程功能，可以实现几乎任意常见的运动控制功能。同时具有多通道多轴功能一台系统可以方便控制几台直角坐标机器人，几个转台来实现各种轨迹的焊接，比如实现各种相冠线的焊接，园弧焊接，特殊轨迹的焊接等。
沈阳莱茵机电有限公司十多年为用户开发了很多不同应用的机器人，如搬运，检测，点胶，激光喷丸，上下料机器人等。还为用户开发了的凸轮车，精密绕线机，激光切割机，火焰切割机，画线机器人，雕刻机，数控铣，加工中心，切布机等控制系统。结合我公司在机器人和数控系统方面十六年的经验可以完成各种焊接任务。真诚希望感兴趣的朋友与我们联系，
|
