Meta Vision Systems机器人用激光焊缝跟踪系统技术手册原作者：Jonathan Moore 翻译：Dr. Lin Sanbao (林三宝博士)前言尽管我们在编写这个手册时已经尽了最大努力，但是我们不接受任何由通过使用或者错误使用本手册中的信息，或者可能包含在本手册中的错误，而引发的责任和义务。
本手册所提供的信息只是用于培训的目的。
英文版权所有 © Meta Vision Systems 2000。
中文版版权所有© 中国哈尔滨AWPT－RDC联合实验室所有权力保留，未经允许，不得以任何形式复制本手册或本手册中的任何部分。
联系方式：Meta Vision Systems Ltd.Oakfield HouseOakfield Industrial EstateEynshamOxfordshireOX8 1THUNITED KINGDOMTel: +44 (0) 1865 887900Fax: +44 (0) 1865 887901Email: *******************.uk中国地区:地址：珠海市九洲大道兰埔白石路105号二楼西邮编：519000电话：0756 --- 8509695、8508516、6680610、6602419、6626464传真：0756 --- 8500745联系人：魏占静电邮：*************.cn***************网址：目录1.概述 (3)1.1传感头 (3)1.2控制系统 (3)1.3应用 (3)1.4典型应用 (4)1.5焊缝类型 (4)2.传感器 (9)2.1激光的安全性 (9)2.2规格 (9)2.3MT 产品系列的规格 (11)2.4传感器的物理规格 (12)2.5焊缝的特征尺寸 (12)3.控制系统 (14)3.1MTF – Finder(MTF 定位控制系统) (14)3.2MTR (15)3.3MTR Integrated(集成型MTR系统) (16)3.4MTX-HS (16)4.软件的主要特征 (18)4.1焊缝定义 (18)4.2间隙测量 (18)4.3真实路径(True Path) (18)4.4搜索 (18)4.5体积&高度错边测量 (19)4.6交替式激光器 (19)4.7示教跟踪(Teach Track) (20)5.配置和可选项 (21)5.1应用概述 (21)5.2硬件和软件可选项 (22)1. 概述Laser Pilot产品系列被设计用于为机器人应用提供导引技术的解决方案。
下面的文档提供了产品规格的概述以及Laser Pilot系列产品的应用。
请注意本文档只是提供了一个指南，由于产品的规格可能更改，请与META联系以获得进一步的信息。
Laser Pilot产品系列包含多种传感头和控制器系统，它们列举如下：1.1 传感头标准的MT 系列•MT10 –单激光器传感器，具有5, 10 和 15mm 的视场•MT20 –双激光器传感器，具有15, 30, 45 和 60 mm 的视场MT20/15 同MT10/15一样具有同样的规格，用于需要交替式及激光束的应用场合(见6.4节).High Stand-Off (高安装高度传感器系列)•MT10/15-LR (远距离)•MT20/30-LR (远距离)传感器的性能等同于标准的MT 系列，但带有安装高度显著增高。
它们用于典型的找寻(finding)a应用，但也适合于跟踪。
1.2 控制系统下面列举了Meta生产的一些的控制系统：•MTF –只用于找缝的系统；•MTR –完整的找缝和跟踪系统；•MTR Integrated –插板式的找缝和跟踪系统；•MTX-HS –完整的高速跟踪系统，使用一个滑架安装在机器人上。
有关产品的规格、性能和应用的进一步细节请参考第五节。
1.3 应用Laser Pilot可以广泛地适用于焊接生产中，但并不是所有的产品都适合于焊接应用，MXS传感器是用来进行钻孔应用的。
系统也可以用于其它的机器人应用场合，如抛光、去毛刺、粘接和密封。
实际上这些传感器能够为任何工件位置偏差太大而不能进行加工的机器人应用场合，提供了性价比非常好的解决方案。
系统可以用于各种焊接场合，包括:•MIG/MAG焊•TIG焊•等离子焊接•激光焊接Laser Pilot的跟踪速度最大可达15m/min。
如果需要更高的速度，请联系Meta以讨论使用Laser Vision系列产品。
1.4 典型应用Laser Pilot系列已经应用于不同的应用领域，包括：•集装箱和压力容器•铁路o铁路车辆和客货车厢•造船•汽车和汽车零件，包括：o BIW (轿车和货车驾驶室)o空间桁架o货车驾驶室o催化转换器o排气系统o尾翼升力o燃料箱o剪裁的半成品焊接•重型、越野车辆o装配件的焊接o拖拉机底盘•航空、航天和国防o火箭喷嘴o外壳和罩等；1.5 焊缝类型标准的焊缝类型已经在系统中预先定义，它们可以通过配置过程进行选择，特殊的焊缝类型可以通过焊缝定义软件设定。
预定义的标准焊缝类型如下图所示。
交叉线代表作为定位和跟踪的参考点。
对接搭接 (左 / 右)边缘 (左 / 右) 角接外侧角接整张板材1.6 工作原理传感器头部包括一个CCD 摄像机和一个或两个半导体激光器。
激光器作为结构光源，以预定的角度将激光条纹投影到传感器下部的工件表面。
摄像机直接观察在传感器下部的条纹。
摄像机前部是一个光学滤光片，允许激光通过但是滤去所有其它的光，例如焊接电弧。
传感器因此能够非常接近焊接电弧。
传感器通常以预先设定的距离(超前)安装在焊枪前部，因此它可以观察焊缝(对于MTF 定位应用，传感器可以安装在其它的位置)。
传感器本体到工件的距离，也就是安装高度取决于所安装的传感器型号。
当焊枪在焊缝上方正确的定位后，焊缝应该接近条纹的中心，这才能使得摄像机观察到激光条纹和焊缝。
Stand off mm Welding surfaceWelding Direction图 1由于激光条纹是以一定的角度投影的，如果工件同传感器距离太近，激光条纹的位置就相对靠前。
反过来，如果工件同传感器的距离远一些，工件表面激光条纹的位置相对靠后。
摄像机观察激光条纹的位置，传感器能够测量距离工件的垂直距离。
从条纹的形状上看，传感器也能够测量表面的轮廓和焊缝在条纹上的位置。
这就允许传感器测量焊缝的横向位置。
Camera Laser DiodeLensFilterLaser StripeLaser OpticsFeature (Lap)摄像机图像摄像机图像摄像机图像传感器头正常距离的工件传感器头距离较近的工件条纹移动到传感器前面传感器头距离较远的工件条纹移动到传感图 2：视频监视器上所观察到的传感器和焊缝位置图像从摄像机观察到的图像被控制器处理。
图像首先被获取并形成数字化的激光条纹图像。
然后软件使用特定的设置(该设置取决于焊缝类型)来将条纹分成形成焊缝的许多条线。
从这些线的位置，系统可以测量焊缝的位置，并将其转化成以mm计算的距离。
这种转化是使用在传感头中存储的校准数据完成的。
当系统正在进行跟踪时，焊接速度和前视距离被用来计算延迟时间。
这就保证焊枪而不是传感器沿着焊缝行进。
应该指出的是控制策略提供了平滑的前视距离以保证形成平滑的焊缝。
因此如果传感器在路径上遇到了一个台阶的变化，它将会提供一个平滑的响应，如下图所示。
跟踪的路径焊缝前视图 3另一种解决方法是使传感器提供立即响应，这可以通过使用“True Path” 选项完成(参见 6.3节).2. 传感器传感器是高度可靠的，已经有超过550套传感器应用在各种焊接场合。
2.1 激光的安全性这取决于传感头的型号。
传感头通常装有一个或两个半导体激光器。
传感头的侧面有一个警告标签，标明传感器头中激光的波长和强度。
VISIBLE LASER LIGHTAVOID EXPOSURE TO BEAMCLASS 3B LASER PRODUCT常用的激光规格如下：激光波长 (nm) 每个半导体激光器的最大输出功率 (mW) 可见650 – 699 30 (连续波)依据EN60825:1992的标准，系统的分类级别为3B。
直接观察激光束是危险的，必须采取适当的预防措施以防止直接观察激光束或者从反光的表面所反射的激光束。
系统在传感头和控制器上安装有自动防故障装置的指示灯。
在控制器上有一个钥匙开关允许关闭激光器。
2.2 规格传感头具有一系列不同的视场，取决于应用的场合。
MT10型号的传感头只装有一个激光器，而MT20的传感头装有两个激光器。
双激光器用于视场要求超过15mm 的情况。
传感头包括：• CCD 摄像机和滤光片• 半导体激光器(1或2)和光学元件 • 监测温度的微处理器 • 存储的校准数据温度监控器在冷却系统万一失效时对激光器提供保护。
如果激光器在超过限度的温度下应用，则其寿命会显著的降低。
校准数据的存储使得传感头完全可互换的，而无需额外装配或修改。
这就保证了在传感器损坏或失效时的最小停机时间。
传感头通过摄像机电缆连接到控制器上，摄像机电缆最长可达50米。
焊接过程的烟尘和飞溅是通过一个黑色的铜制防溅挡板来保护传感头的光学元件的。
这种防溅挡板安装有一个清晰可更换的塑料片，当有污垢在其表面时，该塑料片必须定期更换。
传感头必须通过焊接保护气体或者空气冷却(清洁、干燥和无油)，将电子元件的温度维持在50ºC 以下，并且防止烟尘，保护光学元件。
使用的气体流量典型的为5L/min 。
如果有必要，可以使用一个水冷的安装板来对传感头提供的额外冷却。
反过来，如果半导体激光器的温度低于+5ºC ，一个可选的加热器就应该安装在传感头上。
水冷安装板防飞溅板塑料片压缩空气或焊接保护气2.3 MT 产品系列的规格传感头在标准安装高度时的视场(水平) (mm) 标准安装高度(mm)在标准安装高度时有效景深 (mm)MT10/05 5 35 -3 to +5 MT10/10 10 35 -6 to +9 MT10/15 15 65 -15 to +20 MT20/15 15 65 -15 to +20 MT20/30 30 75 -30 to +45 MT20/45 45 80 -30 to +45 MT20/60 60 85 -35 to +55 MT10/15-LR 15 260 -15 to +20 MT20/30-LR 30 300 -30 to +45 传感头水平测量精度 (mm) 垂直测量精度(mm) MT10/05 +/-0.05 +/-0.05MT10/10 +/-0.10 +/-0.10MT10/15 +/-0.15 +/-0.30MT20/15 +/-0.15 +/-0.30MT20/30 +/-0.30 +/-0.75MT20/45 +/-0.45 +/-1.00MT20/60 +/-0.60 +/-1.50MT10/15-LR +/-0.15 +/-0.30MT20/30-LR +/-0.30 +/-0.752.4 传感器的物理规格MT10, MT20 尺寸不包括防溅挡板 (大致) H=100mm W=40mm D=60mm LR 变型(高安装高度)尺寸 不包括防溅挡板 (大致) H=100mm W=40mm D=110mm重量(大约)0.35 kg 半导体激光器的工作温度范围 最小 = +5ºC 最大 = +50ºC2.5 焊缝的特征尺寸特定传感器所能够识别的特征尺寸取决于特征的形状和传感器的视场。