三維視覺系統(tǒng)應(yīng)用于頂蓋激光焊接生產(chǎn)線

目前國外汽車公司的白車身焊裝線一般都采用自動化和柔性化程度較高的機器人焊裝線，主要有電阻點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)用的一個非常大的局限性是對車身零件的定位精度有較高的要求，如果偏差過大直接影響到焊接質(zhì)量，甚至根本無法焊接。而這個難題在國內(nèi)汽車廠大多難以解決，因為車身是由上百個零件組裝而成，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器人在實施激光焊接時焊縫精度等問題，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)用在國內(nèi)同行業(yè)尚屬首次，為以后此項技術(shù)的推廣積累了寶貴的經(jīng)驗。

三維激光視覺系統(tǒng)是以計算機、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，可在焊接之前對焊縫進行預(yù)處理，通過機器人軌跡調(diào)整來彌補車身精度不足，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ETHERNET IP協(xié)議與機器人控制器進行通訊，連接方式如下圖所示。

部件描述：

①機器人控制柜，實現(xiàn)機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機器人本體，實現(xiàn)機器人本體運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)進行通訊；

⑧機器人標準連接電纜，機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器人通過控制安裝在第六軸上的激光三維視覺系統(tǒng)對焊縫進行激光拍照，三維視覺系統(tǒng)通過圖像處理技術(shù)進行處理，識別出焊縫位置的幾何坐標，并通過總線將該坐標值傳輸給機器人控制器，機器人控制器將該坐標與標準坐標進行對比計算出位置偏差，然后根據(jù)該誤差對焊接軌跡自動校正。

三、實現(xiàn)方法

第一步，識別焊縫。傳感器與機器人連接并正常通訊后，首先要實現(xiàn)傳感器對焊縫的識別，即根據(jù)焊縫形式，對傳感器參數(shù)進行設(shè)置，然后開激光進行測試，傳感器會進行激光拍攝，并經(jīng)過圖像處理，然后與預(yù)設(shè)焊縫形式進行對比，通過參數(shù)和機器人位置調(diào)整直到傳感器能夠得到穩(wěn)定焊縫。

第二步，傳感器標定。傳感器正確識別焊縫還不能正常工作，因為傳感器是安裝在機器人上的，它與機器人還沒有什么關(guān)系，而傳感器標定就是確定傳感器與機器人的相對關(guān)系，使傳感器識別出的焊縫位置能夠被機器人利用。

第三步，焊縫掃描與矯正。焊接時要實現(xiàn)焊縫的矯正，首先要確定一個標準的車身，即將機器人移動到焊縫上的合適的掃描位置，控制傳感器進行焊縫掃描，將焊縫位置作為標準的位置保存。在焊接之前將機器人移動到原來相同的掃描位置進行掃描，將識別的焊縫位置與之前的標準焊縫位置進行比較得出偏差，然后對軌跡進行矯正，它可實現(xiàn)對軌跡上各個點在X，Y，Z方向上進行矯正。

結(jié)束語

江淮M111項目的此次應(yīng)用已成功實現(xiàn)整車量產(chǎn)，根據(jù)現(xiàn)場一年多的應(yīng)用情況來看，三維視覺系統(tǒng)的應(yīng)用大大降低了激光焊對車身精度方面的要求，實現(xiàn)批量自動化生產(chǎn)，運行穩(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)用有利于降低項目及營運成本，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，同時又有力地促進了白車身生產(chǎn)技術(shù)的進步，對于提高中國汽車的競爭力，對建立創(chuàng)新型國家和提升我國綜合國力都具有積極的作用。