针对焊接过程控制精度和可靠性要求日益提高的需求,本文研究了一套搅拌摩擦焊多参数检测系统。该系统利用激光测距的方式获得搅拌头附近工件表面的三维形貌,并提取搅拌头倾角、轴肩下压量和焊缝偏差等焊接参数,有助于实现稳定、准确的焊接过程,对机器人搅拌摩擦焊接过程的参数自适应控制具有重要的实际意义。建立了机器人搅拌摩擦焊多参数检测系统。该系统主要由伺服电机、传动组件、激光测距传感器、数据采集卡和工控机等硬件构成。其工作原理如下:激光测距传感器在伺服电机带动下绕搅拌头旋转,测量得到搅拌头附近区域工件表面的高度变化。同时,伺服电机上编码器记录的脉冲信息,经过处理得到检测点的二维位置信息。工控机通过处理激光测距传感器的测量值和编码器的脉冲值,获取检测点的三维坐标。开发了激光扫描式搅拌摩擦焊多参数检测算法。利用一个检测周期的检测点数据,拟合工件平面方程。将检测点到工件平面的垂直距离作为依据,分离出分别属于工件表面、已焊区域和焊缝区域的检测点。工件表面的检测点用于重复多次迭代拟合工件平面方程。工件平面方程的法向量与传感器坐标系z轴之间的夹角为搅拌头倾角。已焊区域的检测点到工件平面的距离为轴肩下压量。焊缝位置在工件表面的投影点到搅拌头前进方向的距离为焊缝偏差。研究了搅拌摩擦焊接多参数检测系统的标定方法。传感器坐标系标定的目的是从采集数据中获得检测点三维坐标,过程如下:利用带有等距等宽凹槽的标定板,提取凹槽处的激光测量值突变点对应的编码器脉冲值,进而计算测量值与检测半径的关系;不断调整两者的相对高度,计算测量值与传感器坐标系z轴的夹角。传感器坐标系与机器人工具坐标系的标定目的是确定检测点数据在物理世界中的三维坐标,主要涉及TCP(Tool Center Point)标定和TCF(Tool Center Frame)标定,分别确定传感器坐标原点和传感器坐标系在工具坐标系中的相对位置和姿态。对搅拌摩擦焊多参数检测系统进行性能测试。搭建了检测系统测试平台,并设立了自适应阈值和多次迭代拟合平面的方法提取焊接参数,验证了该系统的参数提取精度。结果表明,该系统的焊接参数提取精度达到了系统设计指标,满足焊接过程实时监测的要求。