自适应双目视觉传感的波纹板焊缝跟踪监测与控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种自适应双目视觉传感的波纹板焊缝跟踪监测与控制系统。本系统包含一个自适应旋转双目视觉传感器、电路控制装置、以及用于焊枪空间姿态调整的多自由度焊接小车，自适应旋转双目视觉传感器通过控制线路与多自由度焊接小车连接。在焊接过程中自适应旋转双目视觉传感器可以通过自适应旋转机构使双目传感器既可以同时绕焊枪转动也可以分别沿着焊枪方向摆动以适应波纹板焊缝轨迹的变化。在本发明专利技术中通过前置的线阵CCD激光位移传感器获取波纹板焊缝信息，并进行数据拟合得出波纹板焊缝的轨迹；通过后置的面阵CCD的被动视觉传感器获得焊接过程中的跟踪误差，并利用两个传感器获得的数据进行融合得到反馈控制策略从而实现高精度的波纹板焊缝跟踪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自适应双目视觉传感的波纹板焊接焊缝跟踪检测与控制系统，尤其是基于自适应旋转双目视觉传感器，自适应旋转双目视觉传感器通过空心电机与焊枪连接，在焊接过程中自适应旋转双目视觉传感器可以通过自适应旋转关节使两个传感器同时绕焊枪转动，以保证线阵CCD激光位移传感器总是位于当前焊缝方向的正前方，面阵CCD被动视觉传感器总是位于当前焊缝方向的正后方，并且传感器的“双目”可以通过伺服电机分别沿着焊枪方向摆动以适应焊缝轨迹的变化；通过前置的线阵CCD激光位移传感器获取波纹板焊缝信息并进行数据拟合得出焊缝的轨迹，通过后置的面阵CCD被动视觉传感器获得焊接过程中的跟踪误差，通过双传感器的数据融合得出反馈控制策略进而实现高精度的波纹板焊缝跟踪。
技术介绍
由于波纹板有较好的力学性能，目前大量用于集装箱的生产，集装箱的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，所以实现波纹板焊接自动化是亟需解决的问题。目前用于波纹板的焊接方法主要是手工焊接和机械仿形半自动焊接，焊接效率低且焊接质量难以保证，波纹板焊缝成型质量不高，同时由于焊接过程焊接规范无法实现有效跟踪调整，使波纹板的上坡段与下波段以及直线段的焊缝成型质量有明显的不同，难以满足对波纹板焊接质量一致性的要求。这些问题在我国波纹板焊接中长期存在又一直未得到解决的难题，以至于制约了我国集装箱等行业的制造技术的进步和行业增长模式的转变。目前国内外已经有多种原理的关于焊缝跟踪的方法，都采用相应的传感器来实现，如电弧传感、光电传感器、电容传感器、超声波传感器等，这些焊缝跟踪的方法都得到了不同程度的应用，但是由于波纹板的特殊结构，若将用于普通焊接的焊缝跟踪方法用于波纹板的焊接并不能达到满意的效果。由于视觉传感器获得的信息量大、跟踪精度高的特点，在波纹板焊接中得到了广泛的应用。如山东大学的田新诚等申请的专利“基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测装置”、广东工业大学的高向东等申请的专利“双波长双目视觉焊缝跟踪方法及跟踪系统”，都是利用视觉来实现波纹板焊缝跟踪。但是由于波纹板在焊接过程中容易发生变形，上述的基于视觉的焊缝跟踪方法都是开环的控制故难以保证波纹板焊缝跟踪的精度，本专利技术提供一种闭环反馈的波纹板焊缝跟踪方法，可以有效地提高焊缝跟踪的效果。目前存在的视觉传感器体积较大，在波纹板焊接中由于波纹板轨迹的复杂性会影响焊枪的可达性，并且在焊接过程中由于焊枪姿态的调整会改变视觉传感器的拍摄角度从而会影响焊缝跟踪的精度。本专利技术公开的自适应双目视觉传感器的“双目”可以自适应的转动以适应波纹板轨迹的变化从而提高焊缝跟踪的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服目前波纹板焊接技术中存在的问题，提供一种结构简单、焊接质量高且经济性好的波纹板自动焊接方法。本系统可以实现焊枪空间姿态的调整、可以实现焊缝跟踪的闭环控制以及通过自适应旋转双目视觉传感器使焊枪能更好的适应波纹板焊缝轨迹的变化从而提高焊接质量。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种自适应双目视觉传感的波纹板焊缝跟踪检测与控制系统，包括自适应旋转双目视觉传感器、电路控制装置以及用于焊枪空间姿态调整的多自由度焊接小车。自适应旋转双目视觉传感器通过控制线路与主控连接，主控通过对传感器获得数据进行处理，进而控制焊接小车的运动轨迹。所述的自适应旋转双目视觉传感器包括：一个空心电机、一个自适应旋转关节、两个伺服电机、一个伺服电机安装基座、三个旋转编码器、一个线阵CCD激光位移传感器以及一个面阵CCD被动视觉传感器，线阵CCD激光位移传感器和面阵CCD被动视觉传感器分别通过线阵CCD激光位移传感器摆动手臂及面阵CCD被动视觉传感器摆动手臂装配在两个伺服电机上，伺服电机通过安装基座装配在焊枪上；空心电机与焊枪固连，并且通过自适应旋转关节与伺服电机安装基座连接；当检测到波纹板的拐点时，自适应旋转双目视觉传感器可以通过自适应旋转关节使两个传感器同时绕着焊枪转动，以保证线阵CCD激光位移传感器总是位于当前焊缝方向的正前方，面阵CCD被动视觉传感器总是位于当前焊缝方向的正后方，并且传感器的“双目”可以通过伺服电机分别沿着焊枪方向摆动以适应焊缝轨迹的变化。所述线阵CCD激光位移传感器包括，线阵CCD、步进电机、扫描转镜、圆柱物镜、圆柱像镜、滤波片、CCD驱动电路及步进电机驱动电路；将其与面阵CCD被动视觉传感器以及自适应旋转机构封装在一起，通过激光测距获得波纹板焊缝信息的数据，利用的最小二乘法对数据进行拟合，得出焊缝的轨迹。所述的面阵CCD被动视觉传感器包括，面阵CCD、镜头、CCD驱动电路等组成；将其与线阵CCD激光传感器以及自适应旋转机构封装在一起；在焊接过程中面阵CCD被动视觉传感器对焊枪及熔池进行拍照，经过图像处理得出实时的跟踪误差；对两个传感器所获得数据进行融合得出反馈控制策略，经过控制系统对多自由度焊接小车进行控制实现焊缝跟踪。所述的自适应旋转机构包括，一个空心电机、一个自适应旋转关节、两个伺服电机、一个伺服电机安装基座、三个旋转编码器、一个线阵CCD激光位移传感器摆动手臂以及一个面阵CCD被动视觉传感器摆动手臂。所述的空心电机外壳与焊枪固连，以保证其与焊枪相对静止，空心电机的轴与自适应旋转关节连接且电机轴上装有旋转编码器。空心电机通过控制线路与主控系统连接，主控根据焊缝轨迹信息得出电机应该转动的角度以保证线阵CCD激光位移传感器总是位于当前焊缝方向的正前方，面阵CCD被动视觉传感器总是位于当前焊缝方向的正后方。空心电机中设有焊丝通过机构，防止焊丝与电机的线圈相互干扰，以保证焊丝在空心电机中顺利通过。所述的旋转关节由内圈、外圈以及滚珠组成，内外圈之间可以相互转动；旋转关节的外圈与空心电机的外壳固连，内圈的一端与空心电机轴通过键连接以带动其转动，内圈的另一端与伺服电机安装基座固连；旋转关节内设有焊丝通过的结构，以防止在内圈的转动过程中与焊丝相互干扰。所述的伺服电机安装在伺服电机安装基座上，通过安装基座固连在自适应旋转关节上，自适应旋转双目视觉传感器的“双目”通过摆动手臂分别装配在两个伺服电机上；两个伺服电机的轴上分别装有旋转编码器，以精确控制伺服电机的旋转角度；两个伺服电机分别通过控制电路与主控连接，主控根据焊缝的轨迹控制伺服电机转动进而使自适应双目视觉传感器的“双目”适应焊缝轨迹的变化；两个伺服电机之间留有足够大的缝隙，以保证焊丝顺利通过。所述的伺服电机安装基座一端安装在自适应旋转关节上，另一端与焊枪固连；伺服电机安装基座的内部设有伺服电机固定的结构，且其内部以及两端都设有焊丝通过的结构以保证焊丝顺利通过。附图说明：图1是本专利技术的机械示意图。图2是自适应旋转双目视觉传感器的机械示意图。图3是本专利技术的系统原理结构图。图中，1、多自由度焊接小车的运动轨迹，2、多自由度焊接小车，3、面阵CCD被动视觉传感器，4、线阵CCD激光位移传感器摆动手臂，5、线阵CCD激光位移传感器，6、焊枪，7、波纹板焊缝，8、伺服电机安装基座，9、伺服电机1，10、自适应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应双目视觉传感的波纹板焊缝跟踪监测与控制系统，其特征在于：包括一个自适应旋转双目视觉传感器、用于焊枪空间姿态调整的多自由度焊接小车及其控制电路；本系统提供一种闭环反馈的波纹板焊接焊缝跟踪方法，可以显著提高波纹板焊接焊缝跟踪的精度。

【技术特征摘要】
1.一种自适应双目视觉传感的波纹板焊缝跟踪监测与控制系统，其特征在于：包括一个自适应旋转双目视觉传感器、用于焊枪空间姿态调整的多自由度焊接小车及其控制电路；本系统提供一种闭环反馈的波纹板焊接焊缝跟踪方法，可以显著提高波纹板焊接焊缝跟踪的精度。
2.根据权利要求1所述自适应旋转双目视觉传感器其特征在于：包括一个空心电机、一个自适应旋转关节、两个伺服电机、一个伺服电机安装基座、三个旋转编码器、一个线阵CCD激光位移传感器以及一个面阵CCD被动视觉传感器，线阵CCD激光位移传感器和面阵CCD被动视觉传感器分别装配在两个伺服电机上，伺服电机通过安装基座装配在焊枪上；空心电机与焊枪固连，并且通过自适应旋转关...

【专利技术属性】
技术研发人员：李湘文，贾爱亭，洪波，姚强，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43