摘要：激光焊接是利用高能激光脉冲对材料局部加热的一个小区域，激光辐射能通过热传导到材料的内部扩散，使材料熔化形成特定的熔池。它是一种新型的焊接方法，主要用于薄壁材料、精密零件的焊接，可以实现点焊、对接焊、搭接焊、封焊等，高纵横比、焊缝宽度、热影响区小、变形小、焊接速度快、焊缝光滑、美观、焊后。无需处理或简单的处理，焊缝质量高，无气孔，控制精度高，对焦点小，定位精度高，易于实现自动化。基于此，本文主要对激光焊机焊接定位进行了简要的分析，以供参考。
关键词：激光焊机；焊接定位；研究
引言
大型激光焊机仪器因具有效率高、可靠性强的优势，已经在国内冷轧薄板厂得到广泛的应用，其作用是将两卷带钢的带头和带尾焊接到一起，实现连续生产，在产线生产过程中起着非常重要的作用。本文主要针对激光焊机在焊接过程的定位设计进行研究，以便于对焊机焊接工艺的提高。
1定位方式的改进
1.1装配流程的改进
传统的装配流程是将零件与零件组合做成部件，这样方便进入下一道工序，也节省了分段的装配时间和焊接工作量。不过，这种方法针对抗剪力板安装来说，从零件到部件到组件，误差的层层叠加会产生定位上的极大差异。所以修改装配方案为分段散装，这样做的好处是在相邻结构均到位的基础上，再安装抗剪力板，可以抑制因安装引发的焊接变形，在定位方面也能避免误差叠加的风险。
1.2定位方式的改进
之前抗剪力板的定位方式是相对纵绗定位，及相对于各抗剪力板进行定位，这会引起很大的定位误差。一旦纵绗有安装误差，或者位于定位源头抗剪力板有安装误差，势必会引起定位不精准。鉴于此，将老的定位方式改进为每一块抗剪力板按照中心线定位，如此，每一块板的定位都是相互独立，不干扰，不会造成误差的积累，而保证每一块抗剪力板都布置到位。图1为定位优化前后的对比图。
图1为定位优化前后的对比图
2焊接定位过程研究
2.1定位编码器的设计
设置焊接定位首先要设计定位装置，本焊机定位装置选择了旋转定位编码器，定位编码器属于绝对值编码器，此编码器最大测量范围为1310米，最小偏移量为5米，最大偏移量为1305米，焊机小车移动距离大约为5米，编码器的要求正好符合，编码器需要旋转245圈来满足移动距离。焊机小车通过液压马达驱动丝杠旋转来移动，定位编码器安装在了丝杠驱动侧的端部，通过丝杠旋转带动编码器旋转，旋转定位编码器通过旋转来发出相应的位置脉冲信号，通过PLC程序块采集输出位置值。
2.2焊机小车的定位
在对焊接设备定位之前，我们首先要定位焊接小车的极限值，焊接小车移动方向为从操作侧到驱动侧来回移动，我们首先通过机械手段将小车移动到轨道的操作侧一段然后将此段设为编码器计数起始点，通过偏移量按钮将此位置设置为零点，然后移动小车到驱动侧一端，通过程序设定为驱动侧一端，这样就将焊接小车的极限位设定出来。
2.3焊接设备的定位设计
将焊接小车定位完成后，我们开始定位焊机焊接时的各个部位的起停值。本焊机首先设计了位置值输入的人机接口，为了方便调试处合适位置值，首先在焊机PLC可编程控制器内设定FB功能块，在FB功能块内通过C语言编制出每个位置对应的编码器位置输入接口，输入接口的输入值是采集的相应背景数据块的相对应的位置值，然后将采集到这些数据后通过FB功能块程序来控制相应的焊接设备的起停。设置好PLC的控制程序后，通过焊机HMI来做相应的位置值人机接口，焊机HMI使用的是WINCC操作系统，通过WINCC画面设计软件，将相应的人工输入接口在画面中设置出来，再将WINCC与焊机PLC相关联，再将WINCC相应的接口关联到PLC的背景数据块内，这样就可以实现通过人工输入相应的位置值，然后通过背景数据块被采集到PLC程序内实现焊接设备的定位起停。
2.4激光视觉传感系统设计
激光视觉传感器系统由三部分构成:视觉传感系统、爬行焊接机器人系统及主控一体机。其中视觉传感系统由一个数字摄像机和“一字”线激光发射器组成。本文选用CCD摄像机，摄像机安装于焊枪前方60mm处，为了保证焊缝图像能较好地反映焊枪与焊缝的偏差情况，采用摄像机的光轴与管道的径向方向一致，也就是垂直于管道平面，激光发射器以一定的角度斜射在焊缝坡口上，确保摄像机可以捕获激光条纹。线激光发射器射出特定频率激光条纹打在工件表面并由工件表面特征调制成特定形状的激光条纹。为了满足焊接工艺，保证焊接质量，厚管道焊接母材对接时必须有一定的间隙，这样可以保证焊接过程中熔透。CCD摄像机用于拍摄包含激光条纹的图像传输到主控计算机，计算机通过一定的图像处理算法获得所需的焊缝特征点的图像坐标以及对机器人状态的读取，得出实际焊枪与焊缝的偏差，送给控制系统处理，最后由执行机构完成自动纠偏。
2.5VＲ激光虚拟控制中角度定位
激光虚拟控制是由一台高速精确的激光测距仪组成。测距仪主动发射激光，同时接收由自然物表面反射的信号进行测量，针对每个点可测得测站至测量点的斜距，在配合测量水平和垂直方向角，得到每一个点与测量的空间相对坐标，在通过多种传感设备把用户输入到计算机生成的一种虚拟环境中，实现用户与环境自然交互的技术。随着科学技术的快速发展，VＲ产品的出现，激光虚拟控制技术被广泛使用在各个领域，其中VＲ产品的使用更为普遍，在VＲ产品中虚拟头盔和手柄的使用尤为突出，而角度的定位是否准确是虚拟头盔和手柄非常重视的一个问题，也是该领域亟待解决的问题，受到广大学者的关注。常用的角度定位方法很多，如提出基于WGS－84坐标系的角度交叉定位方法，该方法推导出了在各自平台坐标系下的视线到公共的WGS－84坐标系的旋转变换矩阵，然后利用空间两异面直线公垂线线段中点实现角度定位，但是该方法仅在单次定位方面具有一定的优势;提出基于惯性测量单元的角度定位方法，通过融合惯性测量单元中各惯性测量器件的实时测量数据，构建世界坐标系和载体坐标系的旋转矩阵，利用四元分数量求解C形臂旋转角度，从而对手臂旋转运动角度进行定位。但是该方法存在耗时过长的问题;根据驱动方式及工作原理，将倾斜角度与传感器有效结合，采用控制计算机作用终端设备，构建一个闭环可控系统，系统以XC2S50芯片为主控单元，以ＲOB100型数字式双轴倾角传感器进行角度定位，但是存在定位精度低的问题。针对上述问题的产生，提出基于三维陀螺仪和激光定位技术结合的VＲ产品角度精确定位的方法。实验结果表明，采用改进方法与传统角度定位方法相比，其角度定位精度较高，运行效率较好，具有一定的优势。
结束语
综上所述，焊接位置的定位非常重要，如果位置值设置不合适，直接影响到焊缝的质量，我们需要精确测量每个部位到定位光栅的距离，保证焊接的正常起停，保证生产的连续性。
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论文作者:黄鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：激光论文; 焊机论文; 编码器论文; 角度论文; 剪力论文; 位置论文; 小车论文; 《电力设备》2018年第19期论文;