相关焊接机器人光电跟踪cod传感系统的优化设计

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1、北京石油化工学院学报第18卷第1期Vo1．18NO．1JournalofBeijingInstituteof2010年3月Mar．2O1OPetro—chemicalTechnology焊接机器人光电跟踪COD传感系统的优化设计*．i-0志红高洁姜飞薛龙(1．北京石油化工学院机械工程系，北京102617；2．北京石油化工学院装备技术研究所，北京102617)摘要根据焊接机器人光电跟踪的原理和要求，设计了一种基于线阵CCD的光电跟踪系统。通过对跟踪系统光路、CCD的分析以及结构的研究，研制出的光电跟踪系统分辨率为0．05mrrt，视场角为38．5。，动态

2、检测精度可达0．06mn-i。实验结果表明：该光电跟踪系统实时性好，并且可以避免焊接时弧光的干扰，能够满足多层、多道焊接时的工艺要求。关键词CCD；传感技术；光电跟踪；焊接机器人中图法分类号TN248目前的焊接机器人大多为可编程的示教再象，研制成一种利用声射一微处理器控制的焊现焊接机器人[1]。这种焊接机器人可以在其工缝跟踪系统]。作空问内精确地完成示教的操作。在弧焊机器光电跟踪传感器与现有同类产品相比，具人施焊过程中，如果焊接条件基本稳定，则机器有更高的动态跟踪精度，更大的视场范围，更高人能够保证焊接质量。但是，由于各种因素的的分辨率，产品外观小巧及

3、失真小等特点；可以影响，实际的焊接条件经常发生变化，从而造成准确、快速地实现识别和跟踪，满足焊接机器人焊接质量下降甚至失败¨2J。因此，焊接条件的的实时性要求。变化要求焊接机器人能够实时检测出焊缝的偏1光电跟踪原理及传感器机构差，并调整焊接路径和焊接参数，保证焊接质量的可靠性。人们为了使得焊接机器人在焊接过1．1光电跟踪原理程中能实时地检测出焊缝的实际位置，开始了光电跟踪系统主要应用于焊接大型的管焊接机器人光电跟踪传感技术的研究]。道、球罐和平板的焊接机器人，CCD传感器安发达国家对弧焊过程的光电跟踪已进行了装的位置平行于焊炬，工作时按照传感器与焊多年

4、的研究和探索，取得了可观的效果。随着炬的距离，在管道或球罐上平行于焊缝贴一张焊接机器人在我国的应用，国内也开始重视对白色的胶带，再在胶带上画一条平行于焊缝的焊缝识别跟踪的研究。清华大学科研人员对弧黑色轨迹。在IED光源照射下，黑色轨迹线通焊跟踪系统中的传感器和其中的控制系统分别过光学系统在线阵CCD芯片表面成像，成像电进行了研究，详尽论述了用于焊缝跟踪系统的荷与CCD芯片表面感光强度成正比(如图1所各种传感器，并提出了一种基于焊缝CCD图像示)。由于黑色轨迹线反射光强较白色胶带表模式特征的焊缝轨迹识别的新算法]。华东船面弱，所以轨迹线在CCD芯片表面成

5、像处的像舶工业学院和美国里海大学的John及D．元信号电压较胶带表面弱。像元信号经过二值wood利用缝隙对声发射波传播有影响的现化处理后得到CCD输出信号，其中高电平代表胶带表面处，低电平代表轨迹线处。低电平形收稿日期：2009—10-28成的负脉冲中心代表轨迹线中心，整个一帧信*北京市高校人才强教深化计划资助项目，项目号：PHR200907221；北京石油化工学院校内青年基金资助项目，号的中心代表CCD的中心位置。二值化信号项目号：N09—10；北京市大学生科研训练URT项目，项目低电平的宽度正比于轨迹线的实际宽度。光电号：2008J00067，2o

6、o9Jooo84。信号处理系统将此二值化信号进行信号处理、第1期刘志红等．焊接机器人光电跟踪CCD传感系统的优化设计15计算及D／A转换，可以获得一个正比于轨迹线中心和传感器中心偏差的模拟量电压Ⅲ7。由于轨迹线中心即代表焊缝路径中心位置，所以传感器的输出即为其偏离焊缝路径中心位置的偏差量。根据传感器所输出的电压，焊接机器人可判断传感器中心偏离焊缝路径中心的大小和方向。由于传感器的中心位置相对于机器人本体固定，因此机器人可以检测自身相对于焊缝轨迹线中心的偏差，并能进行其自身位置的调习整，从而实现焊接机器人在焊接时进行实时的图2传感器结构光电跟踪。跟踪轨迹

7、图1光电跟踪原理1．2光电跟踪传感器的结构图3光路图光电跟踪系统由CCD、滤光片、光源以及计算出来，还可根据设计要求选择适当值；L代成像镜头组成，如图2所示。将LED光源、滤表跟踪轨迹到镜头的距离，根据成像效果要求光片、镜头和线阵CCD芯片组装在同一镜筒跟踪轨迹在CCD上所成的像足够清晰，满足这里，IED光源环状排列，使光照均匀以保证成像质量；CCD芯片中心所在轴线和光学系统光一要求有一个范围就是景深，所以L在一定的景深范围内是可变的；H是CCD成像的最大轴保持共轴关系，这样CCD芯片中心位置和传感器中心重合。按照光路设计计算的光路参数宽度，其大小跟C

8、CD的有效长度有关，同时随进行传感器结构设计，考虑到使用时的方便性着L的改变而不同，通常情况下