说明:ABB 原厂只有电弧跟踪 Weld‑Guide;市面绝大多数激光焊缝跟踪属于第三方激光视觉传感器 + ABB 机器人(IRC5/OmniCore)集成方案,不是机器人本体自带功能。整套分为:激光传感器、图像处理单元、通信链路、ABB 机器人 RAPID 程序、焊接工艺系统五大部分。
整体原理简述
激光传感器安装在焊枪前方(眼在手上 Eye‑in‑Hand),提前扫描前方焊缝坡口轮廓,计算出焊缝实际位置和机器人预设编程路径之间的偏差(X/Y/Z 角度);把偏差数据发给 ABB 机器人;机器人实时修正运动轨迹,让焊枪始终对准焊缝中心,补偿装配错边、间隙、工件变形。
关键点:传感器在焊枪前面几十毫米,是预扫描‑计算偏差‑下发‑机器人纠偏,存在前置视差。
分步拆解工作流程
1、激光视觉传感器采集焊缝轮廓
传感器投射一束红色 / 蓝色激光线(激光条纹)打在待焊坡口上。 坡口、钢板表面高低不同,激光线会发生形变;内置工业相机拍摄变形后的激光条纹图像。
滤光片只允许激光波长通过,过滤焊接强弧光;配合硬件快门避开起弧强光。
相机拍到的变形激光条纹,就携带了坡口的三维几何信息:焊缝左右位置、高度、坡口宽度、错边、间隙大小。
2、控制器图像处理,计算偏差
视觉控制器对图像做处理:去噪、提取激光条纹中心点,识别坡口特征点(根部、坡口边缘)。 输出两组核心数据:
焊缝实际三维坐标(传感器坐标系下)
和预设理想焊缝位置的偏差值:ΔX(左右)、ΔY(高度)、ΔZ(前后),部分还输出坡口宽度、间隙、错边量
注意:此时坐标是传感器自身坐标系,不是机器人坐标系,必须做坐标转换。
3、手眼标定:把传感器坐标转换成机器人坐标
手眼标定建立:传感器坐标系 ↔ 机器人 TCP 工具坐标系之间的数学转换矩阵。 通过标定板,让机器人在多个姿态下采集标定板图像,计算出传感器相对于焊枪 TCP 的偏移、旋转关系。
如果标定不准,后面所有跟踪都会跑偏;平焊正常、立焊仰焊跑偏大多就是标定矩阵错误。
4、数据通信传输给 ABB 机器人
第三方视觉不支持 ABB 原生Track指令,常用通信方式:
EtherCAT 总线(推荐):延迟低,十几毫秒级;
Socket TCP 通信;
Modbus‑TCP。
视觉控制器把经过转换的机器人坐标系下的偏差 ΔX ΔY ΔZ发送给机器人控制器。
如果系统带有龙门 / 轨道外部轴,必须再做一次:传感器坐标 → 机器人世界坐标系转换,否则龙门移动时跟踪错乱。
5、ABB 机器人 RAPID 程序实时修正轨迹
机器人收到偏差,在 RAPID 程序内部做偏移补偿,两种实现方式:
工具偏移 ToolOffset:修改工具坐标系,适合眼在手上;
路径偏移 CorrCon / CorrWrite:ABB 标准路径偏移函数,动态修正运动路径。
运动指令 MoveL 在运行过程中不断叠加实时偏差,机器人轨迹动态微调,焊枪跟随真实焊缝。
同时一般会设置:
死区 Deadband:小于某一阈值的微小偏差不做修正,防止机器人高频抖动;
最大纠偏限幅 MaxCorr:单次允许最大偏移,防止视觉识别错误导致猛撞枪。
6、联动焊接工艺
视觉测出坡口宽度、间隙后,可以把数据回传给 ABB 的 ArcWare 焊接工艺包,实现:
根据坡口宽度自动改变摆焊摆幅、左右停留时间;
根据间隙微调焊接电压电流、送丝速度,实现自适应多层多道焊接。
7、持续循环直到焊缝结束
扫描→图像计算→坐标转换→下发偏差→机器人纠偏,高速循环。 焊缝末端或者遇到遮挡时,程序关闭跟踪,回到预设路径。
对比:ABB 原厂电弧跟踪 Weld‑Guide
很多人混淆激光跟踪和电弧跟踪:
电弧跟踪 Weld‑Guide:不需要外部相机。 原理:利用焊接电弧本身,焊枪做小幅摆动,采集电弧电压变化。坡口两侧距离工件远近不同,电弧长度变化,电压随之变化。机器人通过电压变化判断焊枪相对焊缝的左右偏差,只纠偏左右,无法检测高度、间隙,盖面焊基本失效。适合简单 T 型角焊缝。
表格
| 项目 | 第三方激光视觉跟踪 | ABB Weld‑Guide 电弧跟踪 |
|---|---|---|
| 信号来源 | 激光 + 相机成像 | 电弧电压反馈 |
| 可检测量 | 左右、高度、间隙、错边 | 仅左右偏差 |
| 适用场景 | 坡口对接、多层多道、厚板造船 | 简单角焊缝 |
| 干扰源 | 飞溅、烟尘、反光 | 受电流电压波动影响,不怕烟尘 |
局限
激光传感器是前置预扫描:看到的是焊枪前方的焊缝,存在视差,曲线焊缝会有滞后;
视觉只输出偏差,真正运动控制是 ABB 机器人完成;机器人运动响应、外部轴振动都会影响跟踪效果;
RobotStudio 只能仿真运动路径,无法仿真激光视觉成像识别过程,跟踪效果必须实物调试。


