在大型鋁合金航天器結(jié)構(gòu)中，存在大量復(fù)雜形式的焊縫，如球形、圓柱形、圓臺殼體與圓形、異形法蘭形成的相貫線等。載人飛船、目標(biāo)飛行器、軍用衛(wèi)星、月球探測飛行器等艙體結(jié)構(gòu)都不同程度地涉及到這類形式焊縫的焊接問題。目前大多靠手工鎢極氬弧焊來完成這類曲線焊縫的焊接。存在如下問題：

①反復(fù)補(bǔ)焊影響產(chǎn)品研制進(jìn)度。手工焊容易出現(xiàn)缺陷，排除缺陷和補(bǔ)焊的效率往往牽制結(jié)構(gòu)的研制進(jìn)度；

②熱輸入量大，焊接殘余應(yīng)力水平高，容易導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸超差；

③新一代長期在軌航天器密封艙體要求在軌壽命十五年以上。手工鎢極氬弧焊工藝焊接熱輸入量大，焊縫顯微組織粗大，焊縫殘余應(yīng)力較大，應(yīng)力腐蝕傾向嚴(yán)重，該工藝已不適應(yīng)航天器結(jié)構(gòu)長壽命、高可靠的制造需求。

激光跟蹤傳感器具有信號處理快速準(zhǔn)確的動態(tài)響應(yīng)，所以提高了檢測靈敏度，改善了焊縫跟蹤的精度，且可以提高焊接速度，使焊道平滑等。

焊接機(jī)器人研究中的一項(xiàng)難題。其中關(guān)鍵技術(shù)包括：焊縫點(diǎn)圖像采集、結(jié)構(gòu)光數(shù)學(xué)模型建模、機(jī)器人的運(yùn)動控制算法、視覺伺服控制、焊接機(jī)器人位姿實(shí)時調(diào)整、初始焊縫位置識別與定位。通過視覺伺服控制技術(shù)組建一個控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)曲線焊縫的自主識別定位，并完成焊縫的自動跟蹤。

目前對于焊接機(jī)器人對曲線焊縫自動跟蹤的研究，都是在設(shè)定視覺傳感器可以獲取穩(wěn)定的信息情況下進(jìn)行的，對如何保證圖像特征始終存在于攝像機(jī)的有效范圍內(nèi)、如何快速的調(diào)整焊槍姿態(tài)與如何協(xié)調(diào)跟蹤過程中的三個任務(wù)考慮較少。線結(jié)構(gòu)光激光測量技術(shù)以其測量速度快、精度高、模型簡單、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)測量中的三維信息獲取，是目前實(shí)現(xiàn)機(jī)器人路徑識別與軌跡規(guī)劃較為成熟的一項(xiàng)技術(shù)。

具體的操作流程如下：

（1）初始點(diǎn)定位：粗掃描階段，提高機(jī)器人速度，減少圖像采集點(diǎn)頻率，直到焊縫點(diǎn)掃描消失，然后回到上一點(diǎn)；細(xì)掃描階段，降低機(jī)器人速度，提高圖像采集頻率，直到找到最后一個點(diǎn)，即為比較精確的焊縫初始點(diǎn)；

（2）初始位姿調(diào)整：根據(jù)位姿調(diào)整策略調(diào)整焊縫初始點(diǎn)位姿，得到焊接機(jī)器人理想姿態(tài)R6；

（3）焊縫點(diǎn)三維信息計(jì)算：計(jì)算確定在當(dāng)前姿態(tài)R6下達(dá)到焊縫初始點(diǎn)機(jī)器人位置信息P1；

（4）延遲跟蹤：將結(jié)構(gòu)光采集到的數(shù)據(jù)保存到建立的隊(duì)列當(dāng)中，如果要提高系統(tǒng)精度，可以適當(dāng)增加隊(duì)列長度。讀取當(dāng)前焊槍末端點(diǎn)三維信息Pn，在P1~Pn之間適當(dāng)插值，存于隊(duì)列中；

（5）根據(jù)當(dāng)前焊縫圖像，圖像處理獲取焊縫點(diǎn)，將焊縫點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)變換到機(jī)器人基坐標(biāo)系后入隊(duì)，若焊縫提取失敗則跳到（8）；

（6）伺服控制：將焊接機(jī)器人運(yùn)動分解為旋轉(zhuǎn)部分和平移部分的策略。平移運(yùn)動保證焊槍精度，旋轉(zhuǎn)保證焊接機(jī)器人姿態(tài)良好；用視覺伺服控制反饋視覺圖像，結(jié)合焊槍坐標(biāo)系建模方法，獲得機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)量，實(shí)時調(diào)整機(jī)器人位姿。

（7）位姿調(diào)整：根據(jù)結(jié)構(gòu)光數(shù)學(xué)模型把采集到的焊縫點(diǎn)圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三維信息，然后根據(jù)視覺伺服控制方法控制焊接機(jī)器人進(jìn)行焊縫跟蹤，在跟蹤過程中實(shí)時進(jìn)行機(jī)器人位姿調(diào)整，保證焊槍與工件法線成15度；保證在曲線焊縫視覺跟蹤過程中焊縫點(diǎn)的圖像坐標(biāo)在期望圖像坐標(biāo)的可接受范圍內(nèi)，確保焊縫方向與激光條所成角度接近90度。

（8）判斷保存焊縫點(diǎn)三維信息的隊(duì)列是否為空，如不為空則跳到（4），反之則跳到（9）；

（9）焊縫跟蹤任務(wù)結(jié)束。

可創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）初始點(diǎn)定位自動化程度：對于焊縫初始點(diǎn)自動識別定位，應(yīng)當(dāng)提出更加簡便和快捷的方法，使自動識別效果更好，自動化程度更高；

（2）焊縫跟蹤路徑規(guī)劃：獲取焊縫點(diǎn)三維信息后，應(yīng)當(dāng)對焊縫點(diǎn)進(jìn)行軌跡規(guī)劃來使跟蹤軌跡更加平滑，提高焊縫質(zhì)量。
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