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一 問題描述及系統組成
一個鋼板卷成長方管的對接處要用激光點焊接起來。 為了保證焊接質量，激光點要聚焦在對接處。為了保證激光點聚焦在焊接處就要求激光器與焊接點的距離小于0.1mm, 激光點的中心與焊接點中心在焊接前進方向的左右位置偏差也小于0.1mm。要保證激光器以每分鐘6米的速度沿焊接軌跡運動過程中，實時保證激光點聚焦在對接處。為此我們設計了下面的控制方案：
1） 采用一個有效行程4000mm的百格拉PAS44BB直線運動單元為主運動單元，在其滑塊上面安裝一個VC4016智能相機，一個XZ二維精密運動平臺。
2） VC4016智能相機采集激光點（非焊接時的光點），利用激光點的形狀和位置變化分析來計算出距離偏差和左右位移偏差。
3） XZ二維精密運動平臺上裝有激光器光導纖維輸出管，它發出激光束來完成焊接任務�？刂葡到y接收來自VC4016智能相機的激光點位置偏差信息，控制XZ二維精密運動平臺的運動。
4） 控制系統為嵌入式數控系統F33，利用RS485口接收來自VC4016的位置信息。
二 VC4016智能相機及算法介紹
智能相機VC4018含有640*480像素CCD傳感器，32M數據存儲器，4M閃存，400Mhz的DSP，以太網和RS485接口，逐行掃描和外同步功能。用戶把C語言編寫的激光點形狀和位置分析軟件下載到VC4016內，智能相機就按外同步信息開展攝取圖像，完成特殊提取，形狀分析方位計算及把計算結果上傳給機器人控制系統。
在焊接應用中智能相機和激光器用金屬板連接在一起，它們的中心線在一個平面上。另外激光束的方向與要焊接的邊緣方向是相互垂直的，CCD中心線與要焊的邊緣直線成60°角度。采用小視場的鏡頭，CCD相機的最小視場為3.6*4.8mm。智能相機采用640*480像素的CCD，一個像素所代表的面積為：7.5*7.5µm (= (3600/480) * (4800/6400))。激光束的直徑大約為0.3mm, 則在Y方向上所占的像素數量為30個，在X方向上所占的像素數量為40個。理想情況下，激光束的中心在所得圖像的中心。但如果在X方向有偏差，則激光束圖像的形狀發生變化，其圖像為非對稱心形圖像。從非對稱的像素數就是算出偏移量。如果在Y方向有偏差（高度變化了），則激光束圖像的位置發生變化，從其偏離中心位置的像素數就是算出偏移量。如果激光束的高度和左右位置都發生變化了，則對應圖像的中心位置和對稱性都發生變化。利用這些變化量來計算高度和左右位置的變化。
根據激光點在CCD圖像里位置的變化及形狀的變化來計算出激光點的高度和左右位置變化量。由于激光點亮度大，所以能很準確檢測出位置變化和形狀變化。在X軸方向位移每變化1個像素表示變化了0.0075mm。最基本的光點中心和位置檢測軟件能穩定可靠地算出4個像素的變化量，對應位移量為0.03mm, 完全能滿足焊接要求。在Y軸方向的變化精度更高，所有可以準確算出偏移量。
三 PAS44BB和XZ精密運動簡介
采用德國百格拉公司有效行程4米長的PAS44BB。在PAS44BB的滑塊上安裝XZ精密運動平臺，采用交流伺服電機配紐卡特行星減速機PLE80/8來驅動PAS44BB。
XZ精密運動平臺的有效行程為20*20mm, 定位精度高于0.05mm。由于采用交流伺服電機和小螺距的絲杠驅動XZ運動平臺，運動精度高和平穩性好。在XZ精密運動平臺上裝有激光束和CCD智能相機。
四 控制系統簡介
采用德國Trimeta公司的3軸控制系統Editasc，其中一個軸作為獨立一個通道控制PAS44BB帶動智能相機，激光束和XZ精密平臺做勻速運動。而另兩個軸作為獨立通道調節XZ精密平臺的運動使激光束在理想的位置焊接。Editasc是高擋精密運動控制系統，位置環PID調節周期為0.1ms。Editasc是多通道多軸控制系統，一臺系統可以控制多臺五軸五聯動加工中心，此外它具有實時多軸左標轉換功能，RCTP功能，各種補充功能和高級編程功能。它通過以太網接收來自智能相機的方位信息。
五 展望
利用百格拉公司PAS系列直線運動單元和德國紐卡特的法蘭式輸出減速機可以構成各種四軸，五軸和多軸直角坐標機器人，多轉臺等。
由于Editasc數控系統具有840D 系統的功能，又高度開放和強大的編程功能，可以實現幾乎任意常見的運動控制功能。同時具有多通道多軸功能一臺系統可以方便控制幾臺直角坐標機器人，幾個轉臺來實現各種軌跡的焊接，比如實現各種相冠線的焊接，園弧焊接，特殊軌跡的焊接等。
沈陽萊茵機電有限公司十多年為用戶開發了很多不同應用的機器人，如搬運，檢測，點膠，激光噴丸，上下料機器人等。還為用戶開發了的凸輪車，精密繞線機，激光切割機，火焰切割機，畫線機器人，雕刻機，數控銑，加工中心，切布機等控制系統。結合我公司在機器人和數控系統方面十六年的經驗可以完成各種焊接任務。真誠希望感興趣的朋友與我們聯系，
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