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，也是實現(xiàn)焊接自動化生產(chǎn)的難點之一，解決自動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，由于下料和組隊誤差的存在，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，而且對于水下焊接、狹小空間中焊接等操作人員不易到達(dá)的場合，人工定位識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，實現(xiàn)機(jī)器人自動化焊接，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)）

焊絲尋位是一種簡單而直觀的定位方式。它通過焊絲與工件表面的接觸，檢測焊絲電信號來確定焊接位置。當(dāng)焊絲觸碰到工件表面時，會產(chǎn)生電壓信號，接觸傳感器將電壓信號反饋給機(jī)器人，機(jī)器人則會利用當(dāng)前位置與程序設(shè)定位置的偏差值對路徑進(jìn)行修正，從而得出真實目標(biāo)位置。

圖1接觸尋位原理

優(yōu)勢：

?操作簡單，適用于焊接工藝相對簡單、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，而且成本相對較低。

劣勢：

?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)。

?逐點觸碰，效率低。

二、激光尋位

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激光尋位即利用激光傳感器對想要測量的位置進(jìn)行單次測量，并計算目標(biāo)點位置的過程。其工作原理是依靠激光視覺，由激光照射到焊縫表面，形成激光點或激光線，提取焊縫的特征數(shù)據(jù)點，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，并自動計算出兩次記錄的點之間的差值，然后將偏差值添加到焊槍點來保證焊槍準(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

激光尋位又包括點激光尋位和線激光尋位兩種方式：

點激光尋位

點激光尋位，是在焊接工件偏離示教點時，通過點激光傳感器檢測出示教點（開始點、中間點、結(jié)束點等）處的偏離量，并對各焊接線進(jìn)行3D平移補(bǔ)正。激光點由激光器產(chǎn)生，經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)聚焦成小點。焊接機(jī)器人通過激光點在工件表面的坐標(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于點激光尋位方式具有更高的精度和定位能力。

無論是點激光還是線激光，在焊接應(yīng)用上也都有一定的優(yōu)劣勢。

優(yōu)勢：

?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。

?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。

劣勢：

?效率低：激光尋位對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：激光焊接對操作技術(shù)和經(jīng)驗要求較高，編程復(fù)雜耗時。

?增加了額外的體積，對狹小空間不適用

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，然后利用先驗知識計算偏移量，準(zhǔn)備工作耗時長，無法對應(yīng)復(fù)雜場景。隨著3D視覺技術(shù)的快速崛起，更加簡便的3D相機(jī)尋位為機(jī)器人自動化焊接提供了新的可能。

3D相機(jī)尋位

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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別算法來確定焊接位置。3D相機(jī)尋位時，相機(jī)先拍攝工件的三維點云數(shù)據(jù)，直接識別出焊縫的位置，并直接計算焊接姿態(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)備階段無需對焊縫進(jìn)行示教編程，在焊接過程中單次拍照識別多條焊縫，大大簡化了操作，幫助用戶提高生產(chǎn)柔性和效率。

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優(yōu)勢：

?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，直接計算焊接姿態(tài)，一次拍照識別多條焊縫。

?容差高：可適應(yīng)較大的平移旋轉(zhuǎn)誤差，只要能拍到就能識別到。

劣勢：

?成本相對焊絲尋位和激光尋位更高。

?增加了額外的體積，對狹小空間不適用。

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)器人自動化焊接領(lǐng)域。其推出的Tracer P2憑借其強(qiáng)大的計算芯片、工業(yè)級精度、高防護(hù)的性能，搭載機(jī)器人視覺軟件Tracer Studio，可實現(xiàn)3D點云實時采集、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。

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