基于机器视觉的自动化激光焊接系统集成与应用分析

论文摘要

激光焊接与传统点焊相比有诸多优势,目前已经成为发达国家汽车制造业中普遍应用的成熟工艺。而我国在这方面的应用研究较少。关于机器视觉的理论研究已经较为透彻,但是实践经验仍不多。本文从初期设备集成到全面整合应用的各个环节,介绍了基于机器视觉的自动化激光焊接系统。对于提升汽车制造业的生产效率和质量,促进我国汽车企业的系统集成技术能力,具有重要的意义。本文先从理论上分析了激光和激光焊接的原理,以及激光深熔焊的工艺影响因素。随后根据集成需要,逐步分析了激光发生器和工业机器人的工作原理、设备特点和选择依据。基于机器视觉测量系统的机器人轨迹补偿和实时调整,可靠地解决了制造业应用中的尺寸波动问题。对于系统应用,在结合机器视觉的基础上分别从质量、稳定和安全三部分进行了阐述。第一部分分析了白车身车顶与侧围镀锌板激光搭接焊的特点,并据此对机器人执行焊接的软硬件进行了相应的编写和调试。对于参数选择和质量检查,金相试验是必须的。第二部分析并改善了系统稳定性,大大降低了设备故障对系统造成的影响。最后对工业应用中的系统安全这一重要部分进行了研究,主要的安全控制措施是针对大功率焊接激光的危害,其他一些次要的安全风险也需注意。通过充分发挥不同种类机器视觉的功能,本系统在实际应用后取得了焊接白车身30多万辆而无报废、每月故障停机时间低于1小时、连续2年高负荷生产无安全事故的优良成绩。这一结果充分表明了基于机器视觉的自动化激光焊接系统能有效控制焊接质量、提高运行稳定性、保障生产安全,并建议在白车身制造业中推广应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车工业的现状
• 1.2 白车身焊接技术应用
• 1.2.1 点焊简介
• 1.2.2 激光焊简介
• 1.3 工业机器人在汽车制造业的应用现状
• 1.4 机器视觉简介
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第二章 白车身激光焊接的理论分析
• 2.1 激光的基本原理和特点
• 2.2 激光焊接原理
• 2.2.1 热传导焊接
• 2.2.2 深熔焊接
• 2.3 激光深熔焊接的主要工艺参数
• 2.3.1 入射激光功率和焊接速度
• 2.3.2 入射激光的光斑直径
• 2.4 激光深熔焊接其他工艺参数
• 2.4.1 激光深熔焊接设备的选择
• 2.4.2 深熔焊接的接头
• 2.4.3 离焦量
• 2.4.4 保护气体
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于机器视觉的自动化激光焊接系统
• 3.1 激光发生器
• 3.2 工业机器人
• 3.3 激光焊缝监控系统
• 3.4 机器人视觉测量系统
• 3.4.1 iR Vision视觉系统的组成
• 3.4.2 iR Vision视觉系统的现场安装
• 3.5 视觉测量对机器人轨迹补偿的原理
• 3.6 本章小结
• 第四章 适用于白车身车顶的激光焊接系统应用分析
• 4.1 车顶镀锌板激光焊搭接应用分析
• 4.2 激光焊接末端执行器调试
• 4.3 FANUC业机器人轨迹示教和程序编写
• 4.4 白车身车顶视觉测量与补偿
• 4.5 焊接质量自动检测与控制
• 4.5.1 试片扭曲试验
• 4.5.2 机器人后台程序监控焊接质量
• 4.6 焊接金相试验分析
• 4.7 系统稳定性
• 4.7.1 系统可靠度分析
• 4.7.2 系统可靠度改进
• 4.8 本章小结
• 第五章 制造业中的激光焊接系统安全控制
• 5.1 激光安全分级介绍
• 5.2 激光焊危害因素
• 5.2.1 激光焊对操作维护人员的危害因素
• 5.2.2 激光焊对周边设备的危害因素
• 5.3 白车身激光焊接现场安全控制措施
• 5.3.1 安全控制的硬件要求
• 5.3.2 安全控制的软件要求
• 5.3.3 现场操作规范
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢