激光跟踪器#

介绍#

激光跟踪器通过采集激光图像，获取焊缝的特征，识别焊缝。机器人获取其识别到的特征信息，实现焊缝的自动监测和校正。实际应用中，可以解决工件摆放误差、工件一致性差、焊接热量导致的焊缝变形等问题。

焊接工艺包支持激光寻位和激光跟踪功能。

激光通讯连接#

使用网线连接机器人控制柜上的网口和激光传感器，将机器人的IP地址与激光传感器的IP配置到同一个网段。如图输入激光传感器的IP和端口号，点击连接。连接成功后会显示连接状态。各厂家连接设置如下

北京创想：

需要先使用创想的上位机将激光的协议设置为Modbus。连接端口号502

唐山英莱：

端口号设置为5020。

苏州全视：

端口号设置为502

激光传感器控制

可以手动操作激光传感器，打开/关闭激光，获取激光检测到的数据。

激光标定#

激光传感器的标定用来计算机器人TCP和传感器的位置关系。即根据标定计算的结果，可以将激光识别到的特征点转换到其在机器人坐标系下的位姿。

标定准备：

1、安装好焊枪，调整好焊丝长度为焊接作业过程中使用的长度

2、根据激光传感器的安装要求和现场情况等安装好激光传感器

3、准备标定机器人TCP所使用的尖点

4、准备交换机等网络设备连接激光传感器、激光传感器所用上位机、机器人，设置其在同一网段，确保通讯正常

5、确定在激光传感器的上位机上能看到激光图像

6、机器人焊接工艺包传感器设置页面中验证激光开关、获取数据等能正常工作

标定过程：

1、工具（TCP）标定，即标定焊丝末端位置，此时焊丝的长度即为实际焊接时焊丝的长度。标定方法如下：

在机器人的设置页面——工具设置中新建一个TCP，按照4点标定法或者6点标定法

移动机器人使焊丝末端对准尖点，分别记录四个点位

点击确定，将计算标定出的TCP坐标以及误差。控制平均误差和最大误差在0.5mm以内。

将标定好的TCP设置为当前TCP

2、在焊缝上取一个标记点，移动机器人，使其TCP对准标记点，点击记录

3、保持机器人姿态不变，打开激光，开启使能，移动机器人，让激光落在标记点上，在标记过程中观察激光软件上的激光图像，依次使激光图像分别为下图的六种状态，记录点位1-6

4、点击标定计算，下方会显示标定误差和计算结果。若每个值小于1mm，标定有效，否则重新标定。

5、点击保存标定结果，确定后会将计算结果保存。注意：该计算结果存放在机器人当前工程中，建议此时保存下工程，以防丢失。

注意：

1、标定前需要标定机器人TCP，保证标定精度

2、标定前，将标定好的工具坐标系设为当前

3、记录7个点位时，焊丝的长度与标定TCP时一致，也要与焊接过程中焊丝长度保持一致

4、记录7个点位时，机器人的姿态不能改变

5、记录这7个点位时，保证激光图像检测稳定

标定精度验证

标定好传感器和机器人后，可以使用单点寻位验证标定的精度。编写如下程序，使用功能块LaserSearchPose和MoveL。LaserSearchPose将打开并使能激光，获取激光识别到的特征点位信息，转换为其在机器人基座标系下的值，将值赋值给变量。MoveL移动到该变量处。运行程序，检查机器人TCP是否移动到识别到的特征点处。

注意：请保证此时的TCP为上述标定使用的TCP

编程功能块#

与激光传感器相关的功能块有三个：LaserSerachPose，LaserSearchOffset，LaserTrack。

LaserSearchPose

主要用来获取激光识别到的特征点在机器人基坐标系下的位姿。该功能块封装了以下操作：选择使用的Job号，打开并使能激光，获取激光识别到的特征点位信息，获取机器人当前TCP在基坐标系下的值，根据标定关系，计算特征点在机器人基坐标系下的位姿信息，并赋值给pose类型变量。若未检测到焊缝，返回nil 配置页面如下

焊缝模式参数：即Job号，是激光跟踪器端设置并保存的一组参数：如焊缝类型、曝光、检测能力等。

寻位点：计算的结果，可以关联一个pose类型的变量

焊缝特征点偏移：将识别的特征点上加上偏移量，计算偏移后点位转换后的位姿。可以用来处理机器人误差、检测点与焊接工艺不匹配等问题（若激光跟踪器提供了功能，也可以在激光跟踪器端设置）

LaserSearchOffset

主要用来计算三点寻位或四点寻位得到的坐标系的位姿

配置页面如下

有如下设置项

计算方法：选择三点寻位或者四点寻位

选择点位：关联点位信息

结果：计算得到的结果，关联到pose类型变量

LaserTrack

实现激光跟踪功能。

主要实现功能：打开并使能激光，设置激光使用的Job号，设置补偿方向和提前距离，实时获取焊缝特征点，计算偏差并补偿到实际轨迹上。

配置页面如下

有如下设置项

焊缝模式参数：Job号

补偿方向：选择Y向或者Z向是否开启补偿

提前距离：设置激光线与焊枪的距离，单位mm。

最大补偿距离限制：示教轨迹和激光测得的轨迹的允许最大偏差

焊缝特征点偏移：将识别的特征点上加上偏移量（若激光跟踪器提供了功能，也可以在激光跟踪器端设置）

编程脚本#

焊接工艺包会增加如下脚本，可以在使用脚本编程时调用

打开激光

_plugin_weld.open_laser()

关闭激光

_plugin_weld.close_laser()

使能激光（创想激光传感器需要调用）

_plugin_weld.enable_laser()

下使能激光（创想激光传感器需要调用）

_plugin_weld.disable_laser()

设置焊缝类型参数（Job号）

_plugin_weld.set_laser_weld_type(type)

寻位，功能同LaserSearchPose功能块，打开激光，获取焊缝特征点，计算其在机器人坐标系下的位姿，关闭激光。

_plugin_weld.search_pose(pose, offset)

pose: pose类型，机器人TCP位姿，单位m, rad

offset: number_list类型, 焊缝特征点偏移量{y, z}，默认{0, 0},单位mm

返回值

pose类型，特征点在机器人坐标系下的位姿，单位m, rad，为nil时表示未检测到焊缝

与search_pose类似，不开关激光，获取焊缝特征点，计算其在机器人坐标系下的位姿

_plugin_weld. get_laser_search_pose(pose, offset)

pose: pose类型，机器人TCP位姿，单位m, rad

offset: number_list类型, 焊缝特征点偏移量{y, z}，默认{0, 0},单位mm

返回值 pose类型，特征点在机器人坐标系下的位姿，单位m, rad，为nil时表示未检测到焊缝

获取激光原始数据

_plugin_weld.get_laser_raw_data()

返回如下数组{status, y, z, width, depth}，分别表示

status: boolean表示是否检测到焊缝

y: number, 焊缝特征点Y向坐标，单位mm

z: number, 焊缝特征点Z向坐标，单位mm

width: number，检测到的焊缝的宽度，单位mm

depth: number，检测到的焊缝的深度，单位mm

激光寻位#

单点寻位

适合应用在点焊等场景

编程示例如下：

两点寻位

适合应用在间断短焊等场景

编程示例如下

三点寻位/四点寻位

基本原理为：根据激光寻位的点位建立了一个工件坐标系，计算其和原有的工件坐标系的偏差，从而得到工件上焊缝的偏移量。可以用于复杂结构件的焊接。四点寻位相比三点寻位可以更好的处理工件的来料误差、组装误差等。

下面为三点寻位的Demo，四点寻位与三点寻位类似。

变量定义

变量名	类型
P1	pose	获取到的第一个寻位点
P2	pose	获取到的第二个寻位点
P3	pose	获取到的第三个寻位点
teach_pose	pose	三点寻位计算的结果
g_enable_offset	boolean	控制程序的运行。为false时，用来做第一次寻位计算初始的工件坐标系；为true时，执行正常作业流程
g_base_pose	pose	计算得到的初始工件坐标系
g_pose	pose	三次寻位计算的结果
g_offset	pose	与初始坐标系的偏差

程序说明

3行第一个寻位点

5 行寻位，获取寻位结果，保存在变量p1

6 行第二个寻位点

8 行寻位，获取寻位结果，保存在变量p2

9 行第三个寻位点

11 行寻位，获取寻位结果，保存在变量p3

12 行三点寻位，计算p1,p2,p3确定的坐标系，保存在变量teach_pose

13-16 行若变量g_enable_offse为false时，将teach_pose的值赋值给g_base_pose；否则，赋值给变量g_pose

17 行当g_enable_offset为true时执行后续过程

18 行脚本使用pose_offset()计算g_base_pose和g_pose的坐标系偏差，并将结果赋值给变量g_offset

20 行将g_offset作为坐标系偏移量添加到当前坐标系上

21-24 行实际作业点，使用工件坐标系。

实际使用过程如下： 1、示教机器人，确定激光的寻位点

2、摆好工件，将g_enable_offset值设为false，运行程序

3、在变量区查看g_base_pose的值，新建一个工件坐标系wobj1，工件坐标系使用g_base_pose的值

4、设置wobj1为当前工件坐标系，以该坐标系作为基准示教工件的作业轨迹，即22-24行的点位

5、将g_enable_offset值设为true，运行程序，执行正常的作业流程。

上述Demo使用了工件坐标系，通过第一次执行三点寻位计算得到了一个初始的工件坐标系，基于该坐标系示教作业点位。保证若工件由于摆放等发生了一定的偏移，可以计算三点寻位得到的坐标系与初始坐标系的偏差，将该偏差添加到工件坐标系上，使作业轨迹能适应变化。

由于该Demo需要设置工件坐标系，某些情况下示教需要频繁切换坐标系，可能比较繁琐。可以参考如下Demo，使用了RecordPoseTrans功能块，可以都基于基坐标系编程。

变量定义

变量名	类型
P1	pose	获取到的第一个寻位点
P2	pose	获取到的第二个寻位点
P3	pose	获取到的第三个寻位点
teach_pose	pose	三点寻位计算的结果
g_enable_offset	boolean	控制程序的运行。为false时，用来做第一次寻位计算初始的工件坐标系；为true时，执行正常作业流程
g_base_pose	pose	计算得到的初始工件坐标系
g_result_list	pose_list	实际作业点在基坐标系下的位姿
g_way_pose1	pose	第一个作业点
g_way_pose2	pose	第二个作业点
g_way_pose3	pose	第三个作业点
g_way_pose4	pose	第四个作业点

程序说明

3行第一个寻位点

5 行寻位，获取寻位结果，保存在变量p1

6 行第二个寻位点

8 行寻位，获取寻位结果，保存在变量p2

9 行第三个寻位点

11 行寻位，获取寻位结果，保存在变量p3

12 行三点寻位，计算p1,p2,p3确定的坐标系，保存在变量teach_pose

13行将teach_pose值赋值给g_pose

14 行当g_enable_offset为true时执行后续过程

15 行操作点示教转换，并将结果保存在变量g_result_list

16-19 行从g_result_list中获取各个点位并将其赋值给各个作业点变量

20-24 行执行实际作业，点位使用各个作业点变量

实际使用过程如下：

1、示教机器人，确定激光的寻位点

2、摆好工件，将g_enable_offset值设为false，运行程序

3、在变量区查看g_base_pose的值，打开RecordPoseTrans功能块，如图，在输入参考位姿中选择变量g_base_pose，点击“设置为基准”按钮，基准位姿处将显示此时的基准位姿值。

4、在操作点偏置中，示教添加作业点位，在输出中选择一个pose_list类型变量存放计算得到的作业点位结果

5、将g_enable_offset值设为true，运行程序，执行正常的作业流程。

相比上一个Demo，使用变量作为实际作业点位，通过RecordPoseTrans计算点位。以第一次使用得到的坐标系作为基准示教各个作业点位，添加到RecordPoseTrans块中。后续若工件发生了偏移，根据寻位计算的坐标系，通过RecordPoseTrans功能块计算出各个作业点位在基坐标系下的值。