一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统。采用DSP控制系统，焊接前，将焊缝最高点作为焊接的起点，在控制面板上输入焊接工艺参数（管道直径、焊接速度等），轨迹计算模块计算出理想的马鞍形运动轨迹；电机驱动模块接入多个电机，驱动各执行机构完成马鞍形焊缝的运动轨迹，试运行阶段，根据实际工况对部分轨迹点进行调整。焊接时，焊枪前部的结构光跟踪传感器将焊枪的实时位置反馈给运动实时跟踪模块，计算出偏差位移量，控制系统通过控制相应电机完成偏差量的移动，实现焊缝的实时跟踪。本发明专利技术不仅能够适应不同直径的管管相贯焊缝，而且实现了马鞍形轨迹计算和焊缝的实时跟踪，自动化程度高，工件焊接质量好。

Welding control system of saddle shaped space curve

The invention discloses a saddle shaped space curve welding control system. The use of DSP control system, welding, welding seam will be the highest point as the starting point, the input of welding parameters on the control panel (pipe diameter, welding speed), the trajectory calculation module calculates saddle trajectory ideal; the motor drive module to access multiple motor, motion trajectory of each actuator to complete the saddle shaped seam the trial operation stage, according to the actual conditions of the adjustment on the part of track points. When welding, welding structure in front of the optical tracking sensor real-time position feedback to the torch real-time tracking module, calculate the deviation of displacement control system by moving control corresponding motor to complete deviation, to achieve real-time tracking of weld seam. The invention not only can be used for intersecting welds of tubes with different diameters, but also realizes the calculation of saddle shape tracks and the real-time tracking of welding seams. The invention has high degree of automation and good welding quality of workpieces.

【技术实现步骤摘要】
一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统
本专利技术涉及一种基于结构光跟踪传感的焊缝实时跟踪，特别涉及一种马鞍形空间曲线的焊缝实时跟踪的焊接控制系统。
技术介绍
圆形管材在石油、化工、电力等工业领域中十分常见，对于石油、天然气、水的输送常用此类管材来运输，管材之间相连接的相贯线焊缝也是非常典型的焊缝形式。这种管管之间相交的相贯线在行业中称为马鞍形焊缝。而在保证低成本和高焊接质量的条件下，这些容器的筒体和与其连接的管道的焊接问题也是一个亟待解决的问题。基于自动化焊接的种种优势，针对上述马鞍形焊缝的焊接问题，国内企业在原手工焊的情况下，也陆续采用自动或半自动的方式来实现相贯线焊缝的焊接。但是市场上大部分针对相贯线焊缝的焊接设备，一般缺少反馈及数字化管理，方法一般要采用示教再现的方法，操作复杂、适应能力较差，只能满足预先示教的特定路径的焊缝，不能够根据实际焊接工况准确调整焊枪的轨迹，实现焊接过程的自动化和数字化。因此，在相贯线焊缝焊接时，能自动适应管道直径和位置是实现机器人焊接应用的一个关键问题。目前，将焊缝视觉传感器应用于焊接机器人的研究较为常见，主要应用于直线焊缝或水平焊缝的焊接方面，但是把焊缝跟踪传感器应用于压力容器的管管相交的焊接方面的研究和应用却不多见。因此，确有必要对现有技术和马鞍形空间曲线的自动焊接设备做进一步的研究和改造，以解决现有技术之不足。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于针对上述不足，提供一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统，以期望实现马鞍形焊接设备在完成马鞍形焊缝轨迹的情况下，能够根据焊接的实际工况准确调整焊接轨迹，解决焊接设备系统稳定性差、效率低、焊缝不能实时跟踪等技术问题。本专利技术采用如下技术方案:一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统，采用了基于结构光的跟踪传感系统，具体如下：激光从激光器发出，经过柱面透镜后汇聚成宽度很窄的光带，其最大特点是激光发射的光带是结构化的，在图像处理过程中可以采用特定处理方法快速提取光带图像，对相应的图像信息进行采集，并且经过图像预处理，然后将信息送到控制系统，控制系统对图像进行处理，提取出所需的焊接信息，处理后送给机器人的驱动装置。作为优选，进一步地技术方案是：所述结构光跟踪传感系统工作原理如下：图像采集卡采集CCD摄像机所拍摄的焊缝图片，经过A/D转换成数字信号后传送给运动实时跟踪模块，接着调用图像处理程序进行图像预处理（滤波、增强等）和图像后处理（抽取焊缝中心线、检测特征信号点）,将处理得到的偏差信号传给DSP控制系统。本专利技术另一方面还采用如下技术方案：提供了一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统，其包括如下步骤：（1）根据焊接需求，在控制面板输入各项焊接工艺参数，轨迹计算模块按照预设编写在多轴运动控制卡里面的插补算法和程序计算出理想的马鞍形焊缝轨迹，将生成的焊接轨迹参数传输至控制系统；手工对焊枪位置进行调整，将焊缝的最高点作为马鞍形焊接轨迹的初始起点；（2）电机驱动模块接入主轴回转运动电机、横向进给运动电机、纵向进给运动电机和焊枪旋转电机，驱动各执行机构完成马鞍形焊缝的轨迹运动，在试运行阶段，电机驱动模块收到控制系统的信号，驱动电机带动执行机构完成相应的轨迹运动；在焊枪运行过程中，通过工作人员干预，根据实际工况对理想轨迹的部分轨迹点进行一定的插补算法调整，使其满足实际需求;（3）结构光跟踪传感器安置在焊枪的前面,并且与焊枪固定，将焊枪的实时位置反馈给运动实时跟踪模块；焊接过程中，CCD摄像机将采集到的图像传送到图像采集卡，经过A/D转换后，将信号送入控制系统的运动实时跟踪模块进行处理，得到偏差信号后由电机驱动模块控制伺服电机，对执行机构的运动进行调整以及对结构光跟踪传感器和焊枪的位置调整,实现对焊缝的跟踪;（4）DSP控制系统根据运动实时跟踪模块反馈的焊枪当前位置，至少计算出当前焊枪的摆动角度和落差量，并传输至控制面板进行呈现。进一步地，所述步骤（2）中轨迹试运行步骤具体包括：步骤1：将焊接机器人移动到调整起点，即马鞍形焊缝最高点位置；步骤2：按下控制面板上的“试运行”按钮，焊接设备会自动沿着理想轨迹运动；步骤3：当有需要调整的轨迹点时，按下“暂停”按钮，设备会停止运动，此时工作人员可以通过调整横向进给机构、纵向进给机构和焊枪回转机构使焊枪末端到达合理的位置；按下“继续”按钮，控制系统软件会根据一定的插补算法对调整点前后各一段距离进行平滑处理，然后根据调整后的新轨迹，继续运动；步骤4：如果遇到下一个需要调整的轨迹点，重复步骤（2）、（3），到整条轨迹调整完成。进一步地，所述步骤（3）实现对焊缝的实时跟踪具体步骤为：图像采集卡采集CCD摄像机所拍摄的焊缝图片，经过A/D转换成数字信号后传送给运动实时跟踪模块，接着调用图像处理程序进行图像预处理（滤波、增强等）和图像后处理（抽取焊缝中心线、检测特征信号点）,将处理后的偏差信号传给DSP控制系统，系统得到信号后，由电机驱动模块操纵伺服电机控制横向、纵向和焊枪的摆动机构，完成相应的进给运动调整以及结构光跟踪传感器和焊枪的位置调整,实现对焊缝的跟踪。所述伺服电机至少为四个，分别用于带动焊枪在横向和纵向两个方向上的往复移动、焊枪的摆动以及主轴的回转运动。本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术提供了一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统，满足了压力容器管道与接管相贯形成的马鞍形空间曲线的焊接需求，能够实现不同直径，不同焊接速度等工艺参数产生的马鞍形的空间曲线焊缝。并且能够根据焊接的实际工况准确调整焊接轨迹；（2）本专利技术通过提供一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统，实现了对相贯线焊接机器人运动控制系统的研究，改善了相贯线焊接机器人的适应能力，提高了焊接效率和稳定性以及焊接过程的自动化和数字化程度。附图说明图1是本专利技术的一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统的系统结构框图。图2是本专利技术的结构光跟踪传感系统的基本工作原理图。具体实施方式下面结合附图对本说明作进一步阐述。参考图1所示，本专利技术的一个实施例是一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统，该系统主要用于压力容器与接管之间的马鞍形空间曲线的自动焊接，其在系统组成上主要有如下模块：DSP控制系统，分别接入控制面板和三大软件模块。其作用是根据控制面板输入的各项焊接参数，计算出马鞍形的焊接轨迹，并生产焊接轨迹参数传输至电机驱动模块；控制面板，连接控制系统，在界面上根据焊接要求，输入不同筒体、接管直径、焊接速度等工艺参数，传送给控制系统，计算出不同的马鞍形焊缝轨迹，满足焊接需求。电机驱动模块，接入主轴回转运动电机、横向进给运动电机、纵向进给运动电机和焊枪摆动电机，驱动各执行机构完成马鞍形焊缝的轨迹运动；轨迹计算模块，根据控制面板输入的焊接工艺参数，计算出理想的马鞍形焊缝轨迹，并在试运行阶段，根据实际焊接要求，对理想轨迹的部分轨迹点进行一定的插补算法调整；运动实时跟踪模块，根据结构光跟踪传感系统采集的焊缝图像，经A/D转换后，调用图像处理程序，进行图像预处理（滤波、增强等）和图像后处理（抽取焊缝中心线、检测特征信号点）,将处理后的偏差信号传给DSP控制系统，系统得到信号后，由电机驱动模块操纵伺服电机完成相应的进给运动调整以及结构光跟踪传感器和焊枪的位置调整,实现对焊缝的跟踪。再参考图1所示，本专利技术的一个实施例的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统，其特征在于：包括如下步骤（1）根据焊接需求，在控制面板输入各项焊接工艺参数，轨迹计算模块按照预设编写在多轴运动控制卡里面的插补算法和程序计算出理想的马鞍形焊缝轨迹，将生成的焊接轨迹参数传输至控制系统；手工对焊枪位置进行调整，将焊缝的最高点作为马鞍形焊接轨迹的初始起点；（2）电机驱动模块接入主轴回转运动电机、横向进给运动电机、纵向进给运动电机和焊枪摆动电机，驱动各执行机构完成马鞍形焊缝的轨迹运动；在试运行阶段，电机驱动模块收到控制系统的信号，驱动电机带动执行机构做相应的轨迹运动，在焊枪运行过程中，通过工作人员干预，根据实际工况对理想轨迹的部分轨迹点进行一定的插补算法调整，使其满足实际需求；（3）结构光跟踪传感器安置在焊枪的前面,并且与焊枪固定，将焊枪的实时位置反馈给运动实时跟踪模块；焊接过程中，CCD摄像机将采集到的图像传送到图像采集卡，经过A/D转换后，将信号送入控制系统的运动实时跟踪模块进行处理，得到偏差信号后由电机驱动模块控制伺服电机，对执行机构的运动进行调整以及对结构光跟踪传感器和焊枪的位置调整,实现对焊缝的跟踪；（4）DSP控制系统根据运动实时跟踪模块反馈的焊枪当前位置，至少计算出当前焊枪的摆动角度和落差量，并传输至控制面板进行呈现。...

【技术特征摘要】
1.一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统，其特征在于：包括如下步骤（1）根据焊接需求，在控制面板输入各项焊接工艺参数，轨迹计算模块按照预设编写在多轴运动控制卡里面的插补算法和程序计算出理想的马鞍形焊缝轨迹，将生成的焊接轨迹参数传输至控制系统；手工对焊枪位置进行调整，将焊缝的最高点作为马鞍形焊接轨迹的初始起点；（2）电机驱动模块接入主轴回转运动电机、横向进给运动电机、纵向进给运动电机和焊枪摆动电机，驱动各执行机构完成马鞍形焊缝的轨迹运动；在试运行阶段，电机驱动模块收到控制系统的信号，驱动电机带动执行机构做相应的轨迹运动，在焊枪运行过程中，通过工作人员干预，根据实际工况对理想轨迹的部分轨迹点进行一定的插补算法调整，使其满足实际需求；（3）结构光跟踪传感器安置在焊枪的前面,并且与焊枪固定，将焊枪的实时位置反馈给运动实时跟踪模块；焊接过程中，CCD摄像机将采集到的图像传送到图像采集卡，经过A/D转换后，将信号送入控制系统的运动实时跟踪模块进行处理，得到偏差信号后由电机驱动模块控制伺服电机，对执行机构的运动进行调整以及对结构光跟踪传感器和焊枪的位置调整,实现对焊缝的跟踪；（4）DSP控制系统根据运动实时跟踪模块反馈的焊枪当前位置，至少计算出当前焊枪的摆动角度和落差量，并传输至控制面板进行呈现。2.根据权利要求1述的一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统，其特征在于：所述步骤（2）中轨迹试运行步骤具体包括：步骤1：将焊接机器人移动到调整起点，即马鞍形焊缝最高点位置；步骤2：按下控制面板上的“试运行”按钮，焊接设备会自动沿着理想轨迹运动；步骤3：当有需要调整的轨迹点时，按下“暂停”按钮，设备会停止运动，此时工作人员可以通过调整横向进给机构、纵向进给机构和焊枪摆动机构使焊枪末端到达合理的位置；按下“继续”按钮，控制系统软件会根据一定的插补算法对调整点前后各一段距离进行平滑处理，然后根据调整后的新轨迹，继续运动；步骤4：如果遇到下一个需要调整的轨迹点，重复步骤（2）、（3），到整条轨迹调整完成。3.根据权利要求1所述的一种马鞍形空间曲线的焊接控制系统，其特征在于：所述步骤（3）实现对焊缝的实时跟踪具体步骤为：图像采集卡采集CCD摄像机所拍摄的焊缝图片，经过A/D转换成数字信号后传送给运动实时跟踪模块，接着调用图像处理程序进行图像预处理（滤波、增强等）和图像后处理（抽取焊缝中心线、检测特征信号点）,将处理后...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏敏，薛良豪，杨涛，卢永鑫，张锋，施宁强，张志阳，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65