焊接機(jī)器人作為現(xiàn)代制造業(yè)中的重要裝備，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。在焊接過程中，準(zhǔn)確的焊縫尋位是保證焊接質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素之一，也是實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化生產(chǎn)的難點(diǎn)之一，解決自動(dòng)化焊縫尋位難題是該領(lǐng)域的主要關(guān)注方向。
焊縫尋位，也稱為焊縫傳感，是在焊接過程開始之前檢測(cè)工件上目標(biāo)焊縫的位置和方向的過程，通常是使用傳感器和軟件程序來引導(dǎo)焊槍到縫的精確位置。焊縫尋位的目的是確保焊接精確地應(yīng)用到焊縫上，這對(duì)于確保焊接的強(qiáng)度和完整性非常重要。然而，在一些大型工件焊接時(shí)，由于下料和組隊(duì)誤差的存在，焊槍初始位置定位完全依靠人工示教的方式進(jìn)行，不僅效率低、精度差，而且對(duì)于水下焊接、狹小空間中焊接等操作人員不易到達(dá)的場(chǎng)合，人工定位識(shí)別焊縫軌跡走向尤為困難。
為了解決機(jī)器人示教編程復(fù)雜的問題，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)化焊接，工程師們開發(fā)出了以下尋位方式：
一、焊絲尋位
（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
焊絲尋位是一種簡(jiǎn)單而直觀的定位方式。它通過焊絲與工件表面的接觸，檢測(cè)焊絲電信號(hào)來確定焊接位置。當(dāng)焊絲觸碰到工件表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)，接觸傳感器將電壓信號(hào)反饋給機(jī)器人，機(jī)器人則會(huì)利用當(dāng)前位置與程序設(shè)定位置的偏差值對(duì)路徑進(jìn)行修正，從而得出真實(shí)目標(biāo)位置。
圖1接觸尋位原理
優(yōu)勢(shì)：
?操作簡(jiǎn)單，適用于焊接工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、焊接目標(biāo)形狀規(guī)則的工件。
?由機(jī)器人集成，不受工件表面影響，不增加額外體積，而且成本相對(duì)較低。
劣勢(shì)：
?焊絲與工件表面接觸過程中易受到工件表面雜質(zhì)的干擾，對(duì)工件表面的平整度和粗糙度有一定要求。
?不適用于高精度和表面敏感的焊接任務(wù)。
?逐點(diǎn)觸碰，效率低。
二、激光尋位
激光尋位即利用激光傳感器對(duì)想要測(cè)量的位置進(jìn)行單次測(cè)量，并計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)位置的過程。其工作原理是依靠激光視覺，由激光照射到焊縫表面，形成激光點(diǎn)或激光線，提取焊縫的特征數(shù)據(jù)點(diǎn)，并進(jìn)行記錄。在焊縫發(fā)生偏移后，再次采集焊縫的特征數(shù)據(jù)點(diǎn)，并自動(dòng)計(jì)算出兩次記錄的點(diǎn)之間的差值，然后將偏差值添加到焊槍點(diǎn)來保證焊槍準(zhǔn)確地達(dá)到焊縫起始位置，從而修正偏差。
圖2激光尋位原理
激光尋位又包括點(diǎn)激光尋位和線激光尋位兩種方式：
點(diǎn)激光尋位
點(diǎn)激光尋位，是在焊接工件偏離示教點(diǎn)時(shí)，通過點(diǎn)激光傳感器檢測(cè)出示教點(diǎn)（開始點(diǎn)、中間點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)等）處的偏離量，并對(duì)各焊接線進(jìn)行3D平移補(bǔ)正。激光點(diǎn)由激光器產(chǎn)生，經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)聚焦成小點(diǎn)。焊接機(jī)器人通過激光點(diǎn)在工件表面的坐標(biāo)位置來確定焊接位置。
線激光尋位
線激光尋位是利用激光線在工件表面的位置來確定焊接位置。激光線由激光器產(chǎn)生，經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)聚焦成線形。在焊接過程中，線激光雙目視覺傳感器檢測(cè)焊縫軌跡的空間位置和初始姿態(tài)，通過激光線在工件表面的位置和方向來確定焊接位置。線激光尋位方式相對(duì)于點(diǎn)激光尋位方式具有更高的精度和定位能力。
無論是點(diǎn)激光還是線激光，在焊接應(yīng)用上也都有一定的優(yōu)劣勢(shì)。
?無接觸：激光束無需直接接觸工件表面就能完成焊接過程，可避免由于接觸引起的污染和損傷，并減少工件的變形風(fēng)險(xiǎn)。
?激光尋位方式具有較高的精度和靈活性，可以適應(yīng)不同形狀和尺寸的焊接工件。
?效率低：激光尋位對(duì)于光照條件和工件表面質(zhì)量有一定要求，容易受到工件表面雜質(zhì)的干擾，效率低下。
?編程復(fù)雜：激光焊接對(duì)操作技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求較高，編程復(fù)雜耗時(shí)。
?增加了額外的體積，對(duì)狹小空間不適用
總之，無論是焊絲尋位還是激光尋位這兩種方法都需要提前進(jìn)行示教編程，然后利用先驗(yàn)知識(shí)計(jì)算偏移量，準(zhǔn)備工作耗時(shí)長，無法對(duì)應(yīng)復(fù)雜場(chǎng)景。隨著3D視覺技術(shù)的快速崛起，更加簡(jiǎn)便的3D相機(jī)尋位為機(jī)器人自動(dòng)化焊接提供了新的可能。
3D相機(jī)尋位
3D相機(jī)尋位是利用三維相機(jī)系統(tǒng)獲取焊接工件的三維形狀和紋理信息，通過圖像處理和模式識(shí)別算法來確定焊接位置。3D相機(jī)尋位時(shí)，相機(jī)先拍攝工件的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，直接識(shí)別出焊縫的位置，并直接計(jì)算焊接姿態(tài)，尋位速度快效率高。與傳統(tǒng)的焊絲尋位和激光尋位相比，3D相機(jī)尋位更加靈活高效：在焊前準(zhǔn)備階段無需對(duì)焊縫進(jìn)行示教編程，在焊接過程中單次拍照識(shí)別多條焊縫，大大簡(jiǎn)化了操作，幫助用戶提高生產(chǎn)柔性和效率。
?無接觸：3D相機(jī)無需直接接觸工件表面，可避免由于接觸引起的污染和損傷。
?效率高：無需提前示教編程，直接計(jì)算焊接姿態(tài)，一次拍照識(shí)別多條焊縫。
?容差高：可適應(yīng)較大的平移旋轉(zhuǎn)誤差，只要能拍到就能識(shí)別到。
?成本相對(duì)焊絲尋位和激光尋位更高。
?增加了額外的體積，對(duì)狹小空間不適用。
從焊絲尋位到激光尋位，再到3D相機(jī)尋位，機(jī)器人獲取到的信息的維度一直在提升，智能化程度也在不斷提高，對(duì)應(yīng)的技術(shù)難度也不斷加大。
知象光電立足于3D視覺硬科技，建立了從光學(xué)芯片、成像算法、到應(yīng)用軟件的自主技術(shù)體系，并較早地將3D視覺應(yīng)用到機(jī)器人自動(dòng)化焊接領(lǐng)域。其推出的Tracer P2憑借其強(qiáng)大的計(jì)算芯片、工業(yè)級(jí)精度、高防護(hù)的性能，搭載機(jī)器人視覺軟件Tracer Studio，可實(shí)現(xiàn)3D點(diǎn)云實(shí)時(shí)采集、復(fù)雜焊縫特征快速提取、機(jī)器人軌跡智能規(guī)劃、工件找正定位等功能，可廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)、車廂板、人防門、鋼筋、管板焊接等各種復(fù)雜嚴(yán)苛的工作環(huán)境。
