一种焊缝跟踪系统及焊缝跟踪方法技术方案

本发明专利技术公开了一种焊缝跟踪系统及焊缝跟踪方法。焊缝跟踪系统包括视觉传感装置、支架、焊枪、运动机构、计算机及挡板，所述视觉传感装置，包括点状激光器、线状激光器、面阵相机；面阵相机采集图像，并传入计算机，该计算机发出指令，控制运动机构在三维方向移动。实现在焊接过程中，通过监测工件表面高度变化而自动调节焊枪高度。本发明专利技术首次采用点线激光组合式视觉传感系统为基准的整体的焊缝高度识别跟踪方法及焊枪调节方法，此种跟踪方法，对多种工况具有更好的适应性，克服了现有技术中跟踪方法的局限性，该方法响应速度快，能准确识别工件表面高度变化，精度高，能高效地完成焊缝跟踪。

Welding seam tracking system and welding seam tracking method

The invention discloses a welding seam tracking system and a welding seam tracking method. The seam tracking system includes a visual sensing device, frame, welding torch, motion mechanism, computer and baffle, the visual sensing device, including dot laser, laser, linear array camera; CCD camera image acquisition, computer and the introduction of computer instructions, motion control mechanism moves in the three-dimensional direction. In the process of welding, the height of the welding torch can be automatically adjusted by monitoring the change of the surface height of the workpiece. The first line laser vision sensing system combined by the benchmark the overall height of the weld seam recognition and tracking method and welding torch adjusting method, the tracking method has better adaptability to various conditions, to overcome the limitations of tracking method in the prior art, the method has fast response speed, can accurately identify the height change of workpiece high precision, and can efficiently complete the seam tracking.

【技术实现步骤摘要】
一种焊缝跟踪系统及焊缝跟踪方法
本专利技术涉及焊接自动控制
，具体地说是一种焊缝跟踪系统，本专利技术还涉及一种焊缝跟踪方法。
技术介绍
近年来，工业对工件的焊接需求不断扩大，人工焊接已经无法满足供应。焊接自动化得到迅速发展及广泛应用，焊接跟踪系统的研究也越来越受到人们关注。它对于减轻工人劳动强度，提高焊接质量有重要意义。但在焊接钢板时，钢板会因为加热时间过长、焊接电流过大或其他情况下造成向下塌陷，形成坑状的现象。这将导致工件连接成型差和未焊透等缺陷。因此，需要实时识别工件与焊枪相对位置。目前，业界存在一些对工件、焊缝的识别方法，例如CN104668738A公开了“交叉式双线激光视觉传感焊枪高度实时识别系统及识别方法”，该系统包括：交叉式双线激光视觉传感器、焊枪、计算机等；传感器由分布于摄像机两侧的左线激光器、右线激光器及前端滤光器组成；识别方法：对系统参数标定后，两激光器以交叉方式将激光线投射至工件，焊枪处于检测位置Pi时，由摄像机采集图像送至计算机处理，获得图像中两激光线间的距离Xi；焊枪高度hi为：hi＝h0/(1-Xitan(θ/2)/(Nptan(α/2)))-ΔH，重复上述步骤，可实时识别焊枪高度。该专利技术中采用了两线激光式传感装置，此类装置采用两条激光线作为跟踪、识别、计算的依据，此种装置及其方法，适合于部分特点的理想环境下使用，而在一些实际环境下，则无法使用。例如，当工件表面凹凸不平，则在工件上可能呈现的两条线为曲线，其不同部位的间距则无法准确测定；另外，当工件为角焊缝时，该装置在工件上出现两条弯折线，且两条弯折线不在同一平面，在此情形下，无法实现焊缝的跟踪、识别、计算。另有装置依据单条激光线进行焊缝跟踪，但单条激光易受振动影响，致使焊枪走向不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种焊缝跟踪系统及其方法，该系统及其方法能够适应多种焊缝工艺及不同环境，并对环境具备更好的适应调节能力。为解决上述技术问题，本专利技术焊缝跟踪系统及方法，通过以下技术方案实现：一种焊缝跟踪系统，其特征在于包括视觉传感装置、支架、焊枪、运动机构、计算机及挡板；所述视觉传感装置，包括点状激光器、线状激光器、面阵相机、滤镜；所述点状激光器用于向工件投射点状激光，所述线状激光器用于向工件投射线状激光，所述滤镜设在面阵相机镜头前端；所述支架包括柱状的主架、第一调节架及第二调节架，所述面阵相机、第一调节架、第二调节架、焊枪、挡板均安装在主架上；所述挡板置于焊枪与视觉传感装置之间，所述第一调节架垂直于主架，所述点状激光器安装在第一调节架上，且可沿第一调节架滑动；所述线状激光器可拆卸、可转动地安装于第二调节架上；所述运动机构与主架相连，用于驱动支架及其上的装置向三维方向移动，该运动机构与计算机相连；所述面阵相机采集工件表面图像，并传入计算机，该计算机发出指令，控制运动机构在三维方向移动。进一步地，所述点状激光器发射的点激光、线状激光器点发射的线激光的光谱与滤镜带通范围一致。进一步地，所述挡板活动安装于主架上，并可转动。进一步地，本焊缝跟踪系统还可设有反光镜，所述线状激光器发射的激光经反光镜反射后投射于工件上。一种焊缝跟踪方法，其特征在于：基于上面所述设备实现跟踪过程，包括以下步骤：步骤1：设备准备及调节，将工件置于于视觉传感装置的正下方，使点状激光器竖直向下照射于工件表面，激光点位于焊缝一侧，调节线状激光器线激光入射角度β，使线状激光器轴线与竖直方向夹角为20°～70°，所述第一调节架与面阵相机的间距小于30mm，点状激光器发出的激光点投射在焊缝侧边5～20mm范围内，保证工件上点状激光器投射的激光点与线状激光器激光线重合，且位于面阵相机视场的中央；步骤2：对焊缝跟踪相关参数进行标定：面阵相机视场角α，线状激光器轴线与竖直方向夹角β；点线激光重合时，工件表面焊缝与相机焦点f之间距离为h0，此时焊枪所在的位置为正常焊接位置b0；Xi为激光点与激光线之间距离的像素个数，图像分辨率为Xr(pixel/mm)；步骤3：焊缝跟踪系统沿着焊缝方向从右至左前行；当工件表面高度变化Δhi时，激光点与激光线在工件上产生距离；步骤4：相机采集工件上图像，传送至计算机进行处理，获得图像中激光点与激光线距离；步骤5：按照下列计算公式，计算此时工件表面高度变化Δhi；其中各参数的含义如步骤2所述；步骤6：计算机命令运动机构驱动焊枪相应调整焊接位置bi，当下一次工件表面高度变化时，重复步骤3-步骤5，从而实现在焊接过程中，通过监测工件表面高度变化而自动调节焊枪高度。进一步地，所述步骤1中线状激光器轴线与竖直方向夹角β为40°～50°。进一步地，所述第一调节架与面阵相机的间距为10～20mm。采用上述方案后，由于采用了首创的点线激光组合式视觉传感系统为基准的整体的焊缝高度识别跟踪方法及焊枪调节方法，本专利技术方法只需对监测工件表面高度变化时的点线激光图像采集并处理获得其距离，即可运用前面所述公式计算工件表面高度变化Δhi，便于实时跟踪焊缝；此种跟踪方法，对多种工况具有更好的适应性，克服了现有技术中跟踪方法的局限性，该方法响应速度快，能准确识别工件表面高度变化，精度高，能高效地完成焊缝跟踪。附图说明图1示出了本专利技术一种实施例中焊缝跟踪系统的结构示意图。图中：1、主架，2、第一调节架，3、点状激光器，4、面阵相机(含镜头和滤镜)，5、计算机，6、第二调节架，7、线状激光器，8、挡板，9、焊枪，10、工件，11、焊缝，12、激光线，13、激光点。图2为本专利技术的计算模型图。图中：α为CCD面阵相机视场角，β为线状激光器轴线与竖直方向夹角，f为面阵相机的焦点，P0为工件初始位置(点线激光重合时)，Pi(P1高于P0，P2低于P0)为工件处于检测时的位置，h0为工件表面焊缝与相机焦点f之间距离(物距)，Δhi为工件的检测位置与初始位置间的高度差(Δh1为P1与P0之间高度差，Δh2为P2与P0之间高度差)，Xi(包括X1和X2)为激光点与激光线之间距离的像素个数，b0为正常焊接位置，b1为焊接P1处位置，b2为焊接P2处位置。图3为工件表面高度变化时的图像对比工件正常情况下的图像。图中：X1为P1处激光点与激光线之间距离的像素个数，X2为P2处激光点与激光线之间距离的像素个数。图4示出了本专利技术一种实施例中含有两个点状激光器的焊缝跟踪系统。图5示出了本专利技术一种实施例中焊缝跟踪系统对非标准圆截面工件焊接的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。以下描述仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1图1示出了本专利技术一种实施例中焊缝跟踪系统的结构示意图，包括视觉传感装置、支架、焊枪9、运动机构、计算机5及挡板8；所述视觉传感装置，包括点状激光器3、线状激光器7、面阵相机4。所述点状激光器3，线状激光器7与面阵相机4三者相对位置固定，所述点状激光器3用于向工件10投射点状激光，所述线状激光器7用于向工件10投射线状激光，在面阵相机镜头前端设有滤镜；支架包括柱状的主架1、第一调节架2及第二调节架6，所述面阵相机4、第一调节架2、第二调节架6、焊枪9、挡板8均安装在主架1上；所述挡板8置于焊枪9与视觉传感装置之间，所述第一调节架本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊缝跟踪系统，其特征在于包括视觉传感装置、支架、焊枪(9)、运动机构、计算机(5)及挡板(8)；所述视觉传感装置，包括点状激光器(3)、线状激光器(7)、面阵相机(4)；所述面阵相机(4)包括面阵图像传感器、镜头、滤镜；所述点状激光器(3)用于向工件投射点状激光，所述线状激光器(7)用于向工件投射线状激光；所述支架包括柱状的主架(1)、第一调节架(2)及第二调节架(6)，所述面阵相机(4)、第一调节架(2)、第二调节架(6)、焊枪(9)、挡板(8)均安装在主架(1)上；所述挡板(8)置于焊枪(9)与视觉传感装置之间，所述第一调节架(2)垂直于主架(1)，所述点状激光器(3)安装在第一调节架(2)上，且可沿第一调节架(2)滑动；所述线状激光器(7)可拆卸、可转动地安装于第二调节架(6)上；所述运动机构与主架(1)相连，用于驱动支架及其上的装置向三维方向移动，该运动机构与计算机(5)相连；所述面阵相机(4)采集工件表面图像，并传入计算机(5)，该计算机(5)发出指令，控制运动机构在三维方向移动。

【技术特征摘要】
1.一种焊缝跟踪系统，其特征在于包括视觉传感装置、支架、焊枪(9)、运动机构、计算机(5)及挡板(8)；所述视觉传感装置，包括点状激光器(3)、线状激光器(7)、面阵相机(4)；所述面阵相机(4)包括面阵图像传感器、镜头、滤镜；所述点状激光器(3)用于向工件投射点状激光，所述线状激光器(7)用于向工件投射线状激光；所述支架包括柱状的主架(1)、第一调节架(2)及第二调节架(6)，所述面阵相机(4)、第一调节架(2)、第二调节架(6)、焊枪(9)、挡板(8)均安装在主架(1)上；所述挡板(8)置于焊枪(9)与视觉传感装置之间，所述第一调节架(2)垂直于主架(1)，所述点状激光器(3)安装在第一调节架(2)上，且可沿第一调节架(2)滑动；所述线状激光器(7)可拆卸、可转动地安装于第二调节架(6)上；所述运动机构与主架(1)相连，用于驱动支架及其上的装置向三维方向移动，该运动机构与计算机(5)相连；所述面阵相机(4)采集工件表面图像，并传入计算机(5)，该计算机(5)发出指令，控制运动机构在三维方向移动。2.根据权利要求1所述的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述点状激光器(3)发射的点激光、线状激光器(7)发射的线激光的光谱与面阵相机(4)前端的滤镜带通范围一致。3.根据权利要求1所述的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述挡板(8)活动安装于主架(1)上，并可转动。4.根据权利要求1所述的焊缝跟踪系统，其特征在于：还设有反光镜，所述线状激光器(7)发射的激光经反光镜反射后投射于工件上。5.一种焊缝跟踪方法，其特征在于：基于权利要求1所述的焊缝跟踪系统实现跟踪过程，包括以下步骤：步骤1：设备准备及调节，将工件置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘源泂，周同聚，王兴东，刘钊，曾镛，杨雅伦，黄志久，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42