一种视觉闭环焊接系统技术方案

本实用新型专利技术公开的一种视觉闭环焊接系统，属于自动焊接控制领域，包括视觉传感器、人机交互界面、运动控制器、驱动模块和焊机；所述视觉传感器、所述人机交互界面和所述焊机，分别与所述运动控制器连接，所述运动控制器与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述焊机和所述视觉传感器连接。本系统不仅自动化程度高，易于大规模推广，能有效提升焊接效率和品质，降低生产成本及设备后期维护成本，而且焊缝成型质量比人为焊接好，同时解决了焊接行业工人匮乏的问题，并提高了工人的工作环境和安全作业问题。

A visual closed loop welding system

The utility model discloses a visual closed-loop welding system, which belongs to the field of automatic welding control, including a visual sensor, a human-computer interaction interface, a motion controller, a driving module and a welding machine; the visual sensor, the human-computer interaction interface and the welding machine are respectively connected with the motion controller, and the motion control is described. The device is connected with the driving module, which is respectively connected with the welding machine and the visual sensor. This system is not only highly automated and easy to be popularized on a large scale, but also can effectively improve the welding efficiency and quality, reduce production costs and equipment maintenance costs in the later stage. Moreover, the welding seam forming quality is better than that of artificial welding. At the same time, it solves the shortage of workers in the welding industry, and improves the working environment and safety of workers.

【技术实现步骤摘要】
一种视觉闭环焊接系统
本技术涉及自动焊接控制领域，尤其涉及一种视觉闭环焊接系统。
技术介绍
随现今大型建筑、桥梁、拱形结构厂房多使用的材料为结构钢，其具有承重量大，节约钢材，外形美观，跨度大、用途广泛的特点。但是现今大部分的钢板材焊接的生产线，面对大型钢材多为人工焊接，相对小型的结构钢采用自动焊接。结构钢有较好的力学性能，目前大量用于大型公共建筑，其焊接生产是劳动密集型产业需要大量的焊接工人，且工作环境恶劣人力成本高，所以实现金属板材焊接自动化是亟需解决的问题。目前金属板焊接主要是以手工焊接、机械仿形半自动焊接为主。当焊接件尺寸较大，多为几十米时，就需要人为焊接，便于移动作业，但是工人工作环境差，劳动强度高，焊接效率低且焊接质量难以控制，焊件的焊缝成型质量不高；当焊接件尺寸为几米的小型件时可以采用自动焊接，但其各个功能部件的控制系统独立，通信方式冗杂，可靠性低。目前自动焊接功能多采用六自由度的关节机器人焊接，控制成本高，维护不便，操作门槛高。这些问题在焊接行业中长期存在又一直未得到解决，制约了我国金属焊接行业的制造技术的进步和行业增长模式的转变，研制新的符合行业要求的自动焊接技术变的尤为重要。焊接轨迹控制技术是自动焊接工业研究的重点，主要集中在轨迹信息传感技术和轨迹跟踪控制算法。在自动焊接过程中，准确检测获得焊缝的变化是保证焊接质量的关键，其中用于焊缝跟踪的传感器技术越来越重要。在焊接轨迹检测技术的研究发展中，出现了各种各样的传感器，包括接触式传感器、电弧传感器和光学传感器等。接触式将焊缝变化转变为导杆位置变化，进而转化为电信号，性能稳定、成本低，但是精度不高；电弧传感器以电弧本身的参数为跟踪目标，实时反应焊缝变化，但是检测精度易受焊接过程中熔滴过渡形式、飞溅的影响，尤其对薄板焊件；相比之下光学传感器以获得信息丰富、精度高、检测范围广等，并得到广泛应用。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种视觉闭环焊接系统，采用视觉传感器检测焊接轨迹，保证轨迹检测的高精度，采用视觉闭环控制系统，解决轨迹在线修正问题，电气结构克服了大尺寸焊件的连续焊接作业难题。上述目的是通过以下技术方案来实现：一种视觉闭环焊接系统，包括视觉传感器、人机交互界面、运动控制器、驱动模块和焊机；所述视觉传感器、所述人机交互界面和所述焊机，分别与所述运动控制器连接，所述运动控制器与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述焊机和所述视觉传感器连接。进一步地，所述驱动模块分别包括相互连接的X轴伺服驱动器和X轴伺服电机、相互连接的Y轴伺服驱动器和Y轴伺服电机、相互连接的Z轴伺服驱动器和Z轴伺服电机、相互连接的RZ轴伺服驱动器和RZ轴伺服电机；所述X轴伺服驱动器、所述Y轴伺服驱动器、所述Z轴伺服驱动器和所述RZ轴伺服驱动器分别与所述运动控制器连接；所述X轴伺服电机和所述Y轴伺服电机分别与所述视觉传感器连接；所述焊机包括焊枪，所述X轴伺服电机、所述Y轴伺服电机、所述Z轴伺服电机和所述RZ轴伺服电机，分别与所述焊枪连接。进一步地，所述视觉传感器包括智能相机和线激光。进一步地，所述人机交互界面为触摸屏，以串口方式与所述运动控制器连接。工作原理：操作前将金属板材放置的作业平面平行于X轴和Y轴构成的平面，所述平面位于所述焊枪和所述视觉传感器正下方，所述视觉传感器垂直于所述作业平面，包括如下步骤：（1）在所述人机交互界面设置运动模式、初始参数和相关位置，并将数据通过串口发送给所述运动控制器；（2）所述视觉传感器拍摄所述线激光照射在金属板的光线条，并对图像信息进行滤波增强处理，将预处理后的光条细化并提取焊缝轨迹特征发送到所述运动控制器，进而控制所述驱动模块按照轨迹运动；（3）所述驱动模块带动所述焊枪运动并进行焊接，同时带动视觉传感器移动，从而改变拍摄画面，通过图像微小变化实时在线修正轨迹，形成视觉闭环反馈系统；（4）重复所述步骤（2）和所述步骤（3），直到焊枪焊接完整条焊缝，焊接作业结束。有益效果本技术提供了一种视觉闭环焊接系统，采用视觉传感器实时检测焊缝轨迹，保证轨迹检测的高精度；采用视觉闭环控制系统，解决焊缝轨迹在线修正问题；本系统设计合理，克服了大尺寸焊件的连续焊接作业难题，延长了焊接行程，使整个过程更智能化、自动化；易于大规模推广，能有效提升焊接效率和品质，降低生产成本及设备后期维护成本；该设备焊缝成型质量比人为焊接好，同时解决了焊接行业工人匮乏的问题，并提高了工人的工作环境和安全作业问题。附图说明图1为本技术所述一种视觉闭环焊接系统的结构示意图；图2为本技术所述一种视觉闭环焊接系统的立体图；图3为本技术所述一种视觉闭环焊接系统的局部立体图。具体实施方式应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本技术的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对本技术实施例作详细说明。如图1所示，一种视觉闭环焊接系统，包括视觉传感器1、人机交互界面2、运动控制器3、驱动模块4和焊机5；所述视觉传感器1、所述人机交互界面2和所述焊机5，分别与所述运动控制器3连接，所述运动控制器3与所述驱动模块4连接，所述驱动模块4分别与所述焊机5和所述视觉传感器1连接。具体的，所述驱动模块4分别包括相互连接的X轴伺服驱动器411和X轴伺服电机421、相互连接的Y轴伺服驱动器412和Y轴伺服电机422、相互连接的Z轴伺服驱动器413和Z轴伺服电机423、相互连接的RZ轴伺服驱动器414和RZ轴伺服电机424；所述X轴伺服驱动器411、所述Y轴伺服驱动器412、所述Z轴伺服驱动器413和所述RZ轴伺服驱动器414分别与所述运动控制器3连接；所述X轴伺服电机421和所述Y轴伺服电机422分别与所述视觉传感器1连接；所述焊机5包括焊枪51，所述X轴伺服电机421、所述Y轴伺服电机422、所述Z轴伺服电机423和所述RZ轴伺服电机424，分别与所述焊枪51连接。所述视觉传感器1包括智能相机11和线激光12，用于捕获金属板材焊缝信息，并将图片处理获得焊缝轨迹发送给所述运动控制器3，进而控制驱动模块4，使视觉传感器1和焊机5移动。本系统中所述人机交互界面2为触摸屏，以串口方式与所述运动控制器3连接。如图2和图3所示，所述运动控制器3、所述X轴伺服驱动器411、所述Y轴伺服驱动器412、所述Z轴伺服驱动器413和所述RZ轴伺服驱动器414集成于控制柜6中，所述X轴伺服驱电机421通过控制丝杆的传动来控制所述焊机5、所述控制柜6和所述视觉传感器1沿X方向移动，X方向为待焊金属板材7焊缝轨迹方向，使整体作业机构跟随焊缝轨迹移动，适应于各种长度的轨迹跟踪焊接；所述Y轴伺服电机422用于控制所述焊枪51和所述视觉传感器1沿Y方向移动，所述Z轴伺服电机423用于控制所述焊枪51沿Z方向移动，所述RZ轴伺服电机424用于控制所述焊枪51摆动。具体的，将金属板材7放置的作业平面平行于X轴和Y轴构成的平面，所述平面位于所述焊枪51和所述视觉传感器1下方，所述视觉传感器1垂直于所述作业平面。所述Y轴伺服电机422通过皮带传动使所述焊枪51、所述视觉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种视觉闭环焊接系统，其特征在于,包括视觉传感器、人机交互界面、运动控制器、驱动模块和焊机；所述视觉传感器、所述人机交互界面和所述焊机，分别与所述运动控制器连接，所述运动控制器与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述焊机和所述视觉传感器连接；所述驱动模块分别包括相互连接的X轴伺服驱动器和X轴伺服电机、相互连接的Y轴伺服驱动器和Y轴伺服电机、相互连接的Z轴伺服驱动器和Z轴伺服电机、相互连接的RZ轴伺服驱动器和RZ轴伺服电机；所述X轴伺服驱动器、所述Y轴伺服驱动器、所述Z轴伺服驱动器和所述RZ轴伺服驱动器分别与所述运动控制器连接；所述X轴伺服电机和所述Y轴伺服电机分别与所述视觉传感器连接；所述焊机包括焊枪，所述X轴伺服电机、所述Y轴伺服电机、所述Z轴伺服电机和所述RZ轴伺服电机，分别与所述焊枪连接；所述视觉传感器包括智能相机和线激光。

【技术特征摘要】
1.一种视觉闭环焊接系统，其特征在于,包括视觉传感器、人机交互界面、运动控制器、驱动模块和焊机；所述视觉传感器、所述人机交互界面和所述焊机，分别与所述运动控制器连接，所述运动控制器与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述焊机和所述视觉传感器连接；所述驱动模块分别包括相互连接的X轴伺服驱动器和X轴伺服电机、相互连接的Y轴伺服驱动器和Y轴伺服电机、相互连接的Z轴伺服驱动器和Z轴伺服电机、相互连接的RZ轴伺服驱动器和RZ轴伺服电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新，吉峰，倪健，覃高鄂，
申请(专利权)人：无锡信捷电气股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32