基于离线规划的焊缝跟踪系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于离线规划的焊缝跟踪系统，包括焊接机器人、中央控制器，还包括用于获取焊缝路径的焊缝探测机构、用于在焊接前获取焊缝信息的焊缝图像采集器以及在焊接时获取实时熔池信息的熔池图像采集器；焊缝图像采集器包括激光器一和CCD相机一；熔池图像采集器包括激光器二和CCD相机二；中央控制器包括离线规划模块、图像处理分析模块、焊缝路径模块、焊接机器人驱动模块、探针驱动模块；焊缝探测机构的探针和焊缝图像采集器安装在多自由度探针支架上，熔池图像采集器设置在焊枪上，多自由度探针支架的电机与探针驱动模块通信相连；本发明专利技术具有能够对焊缝实现高精度、全自动化控制的特点。

Seam tracking system based on off-line planning

The invention provides a seam tracking system based on off-line planning, including welding robot, the central controller, which is used for weld seam welding seam path detection mechanism for the weld pool image collector acquire information in weld seam image before welding and obtain the real-time information of weld pool in welding; weld seam image acquisition device comprises a laser and CCD camera; weld pool image acquisition device comprises a laser camera two and CCD two; the central controller includes off-line planning module, image processing module, the weld welding robot path module, drive module, driver module probe; weld detection mechanism probe and weld image acquisition device installed in the multi DOF probe bracket, the weld pool image acquisition settings in the welding gun, motor and probe multi DOF driving module connected to the probe holder; The invention has the characteristics of high precision and full automatic control for the realization of the weld.

【技术实现步骤摘要】
基于离线规划的焊缝跟踪系统本专利技术是2016年6月16日提交的、专利技术名称为“基于离线规划的焊缝跟踪系统及方法”、申请号为201610431083.9的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术属于机器人焊接
，涉及一种基于离线规划的焊缝跟踪系统及方法。
技术介绍
千斤顶的焊接工艺包括缸底及柱头的焊接，由于缸筒、缸底均采用27SiMn材料，而27SiMn属于中碳合金结构钢,并通过淬火、回火获得较高的强度性能,同时为保证钢的淬透性及消除回火脆性,又加入了Mn、Si合金元素。钢中含有少量P、S等有害性合金元素，即使P、S含量控制在0.02％以下，还会具有裂纹敏感性。S增加了热裂纹敏感性，P增加了硬度但降低了塑性和韧性，又提高了冷裂纹敏感性，这些因素均造成对缸体焊缝质量和强度的影响。由于支架缸体焊缝承受压力较大，必须严格跟踪、控制焊缝质量，根据焊接条件的变化实时检测出焊缝的偏差，并调整焊接路径和焊接参数，避免焊逢冷、热裂纹及气孔的产生。机器人编程时焊缝轨迹上的关键点坐标位置必须通过示教方式获取，然后存入程序的运动指令中。这对于一些复杂形状的焊缝轨迹来说，必须花费大量的时间示教，从而降低了机器人的使用效率，也增加了编程人员的劳动强度。采取完全离线编程的办法，可以使机器人焊接程序的编制、焊缝轨迹坐标位置的获取、以及程序的调试均在一台计算机上独立完成，不需要机器人本身的参与，但在实际应用时都仍面对一个关键性问题即编制的程序对于现场实际环境的适应性，出现问题的主要原因是现场焊接环境中的各种实际要素相对于编程时相应的理想要素的变化，尤其是批量化的生产方式中，焊接对象在位姿与尺寸上不可预知的误差则是最主要的原因，其中既有加工和装配上的误差所导致的焊缝位置和尺寸的静态变化，另外还有焊接过程中工件受热及散热条件的改变所造成的焊道的动态变形。因此在焊接过程中需要提高其实时监测性，以此实现焊接的应变性和适应性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种对焊缝实现高精度、全自动化控制的基于离线规划的焊缝跟踪系统及方法。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：基于离线规划的焊缝跟踪系统，包括焊接机器人和用于控制焊接机器人焊接轨迹的中央控制器，所述焊缝跟踪系统还包括用于获取焊缝路径的焊缝探测机构、用于在焊接前获取焊缝信息的焊缝图像采集器以及在焊接时获取实时熔池信息的熔池图像采集器；所述焊缝探测机构包括在焊缝间沿长度方向移动的探针、探针夹具以及通过电机驱动的多自由度探针支架，所述探针通过探针夹具连接在所述多自由度探针支架上，所述探针设有感应接触作用力的力传感器；所述焊缝图像采集器包括照射焊缝区域的激光器一和接收焊缝区域光反射的CCD相机一；所述CCD相机一将焊缝图像传输给与中央控制器通信相连的图像采集卡；所述熔池图像采集器包括照射熔池区域的激光器二和接收熔池区域光反射的CCD相机二；所述CCD相机二将熔池图像传输给图像采集卡；所述中央控制器包括在三维图形界面规划探针探测路径的离线规划模块和对所述图像采集卡所接受到的图像信息进行计算处理的图像处理分析模块；多自由度探针支架的电机与中央控制器的探针驱动模块通信相连，所述探针驱动模块分别接收由所述图像处理分析模块输出的焊缝起始点信息以及由所述离线规划模块输出的探针探测路径信息；所述中央控制器还包括生成焊缝路径的焊缝路径模块和与焊接机器人的电机通信连接的焊接机器人驱动模块，所述力传感器通信连接于所述焊缝路径模块，所述焊缝路径模块将由所述离线规划模块输出的探针探测路径信息和由力传感器输出的焊缝作用力信息进行结合计算生成焊缝路径；所述焊缝路径模块将焊缝路径反馈至所述焊接机器人驱动模块，所述焊接机器人驱动模块驱动焊枪沿着焊缝路径进行焊接；所述图像处理分析模块将对熔池图像分析所得的焊接偏差量反馈至所述焊接机器人驱动模块，焊接电源和送丝机构受控于所述焊接机器人驱动模块。在上述的基于离线规划的焊缝跟踪系统中，所述中央控制器具有连接焊接电源的焊接电源通信接口、连接送丝机构的送丝机构通信接口、连接图像采集卡的图像采集卡通信接口以及连接力传感器的力传感器通信接口。在上述的基于离线规划的焊缝跟踪系统中，所述多自由度探针支架具有三个自由度。在上述的基于离线规划的焊缝跟踪系统中，所述CCD相机二设有滤光片。在上述的基于离线规划的焊缝跟踪系统中，所述焊缝图像采集器通过安装架设置在所述多自由度探针支架上，所述熔池图像采集器通过安装架设置在焊枪上。在上述的基于离线规划的焊缝跟踪系统中，所述焊缝跟踪系统还包括在焊接后检验焊接质量的超声波传感器，所述中央控制器还具有超声波处理模块，所述超声波传感器通信连接于所述超声波处理模块。在上述的基于离线规划的焊缝跟踪系统中，所述焊缝跟踪系统还包括在焊接前对焊枪进行校验的焊枪校准机构，所述焊枪校准机构包括基座、用于固定焊枪的焊枪上夹持块和焊枪下夹持块，以及用于检验焊枪位置的对心轴，还包括安装位置可变的两校准基块，两校准基块间隔地固定在所述基座的同一侧；两所述校准基块之间设有粗调焊枪位置的调节杆和套在焊枪上的顶压调节块，所述顶压调节块可拆卸地固定在所述调节杆的端部；所述调节杆固定连接丝杆螺母座，丝杆螺母座与端部设有旋转手轮的丝杆传动相连，所述基座上安装有轴承座，所述丝杆安装在轴承座上；所述基座的两侧还分别设有螺母座，所述螺母座连接一用于微调焊枪位置的微调顶丝，焊枪处于两微调顶丝之间；所述基座的端部设有安装位置可变的对心轴固定座，所述对心轴安装在所述对心轴固定座上，所述对心轴的前端开设有供仿导电嘴校枪尖穿过的中心孔，所述仿导电嘴校枪尖安装在焊枪的头部。基于离线规划的焊缝跟踪方法，包括以下步骤：(A)、探针探测路径离线规划：A.1通过离线规划模块的三维图形界面绘制出焊接模拟对象；A.2设计接头特征：选择接头类型；A.3设计坡口特征：选择坡口类型，确定坡口参数，根据焊缝的段数为相应的接头类型完成坡口顶边、坡口面、坡口顶面以及坡口根边的参数提取；A.4设计焊缝特征：选择焊缝类型、焊缝的段数，并根据接头特征、坡口特征以及焊缝类型、焊缝的段数完成焊缝位置的提取；A.5生成探针探测路径：设定焊缝坐标系，通过鼠标点击焊缝位置，获取焊接关键点坐标，通过直线插补形成探针探测路径；A.6储存以上提取的特征以及探针探测路径至离线规划模块；A.7离线规划模块将探针探测路径反馈至探针驱动模块和焊缝路径模块；(B)利用焊缝图像采集器采集当前焊缝图像，获取焊缝起始点信息：B.1激光器一照射实际的焊缝区域，CCD相机一接收焊缝区域的光反射；B.2CCD相机一将焊缝图像信息传输给图像采集卡，由图像采集卡传输给图像处理分析模块，图像处理分析模块计算得出实际焊缝的起始点位置；(C)利用探针移动，获得焊缝路径：C.1图像处理分析模块将焊缝的起始点位置反馈给探针驱动模块，探针驱动模块驱动多自由度探针支架的电机转动，多自由度支架将探针移动到焊缝的起始点；C.2探针驱动模块按照规划的探针探测路径驱使探针在焊缝间移动；C.3力传感器将焊缝对探针的接触力转为电信号，并反馈给焊缝路径模块，焊缝路径模块结合离线规划的探针探测路径和实际探测中所受到的接触力进行计算，生成焊缝路径；(D)焊接机器人驱动焊枪焊接，焊接时利用熔池本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于离线规划的焊缝跟踪系统，包括焊接机器人和用于控制焊接机器人焊接轨迹的中央控制器，其特征在于，所述焊缝跟踪系统还包括用于获取焊缝路径的焊缝探测机构、用于在焊接前获取焊缝信息的焊缝图像采集器以及在焊接时获取实时熔池信息的熔池图像采集器；所述焊缝探测机构包括在焊缝间沿长度方向移动的探针、探针夹具以及通过电机驱动的多自由度探针支架，所述探针通过探针夹具连接在所述多自由度探针支架上，所述探针设有感应接触作用力的力传感器；所述焊缝图像采集器包括照射焊缝区域的激光器一和接收焊缝区域光反射的CCD相机一；所述CCD相机一将焊缝图像传输给与中央控制器通信相连的图像采集卡；所述熔池图像采集器包括照射熔池区域的激光器二和接收熔池区域光反射的CCD相机二；所述CCD相机二将熔池图像传输给图像采集卡；所述中央控制器包括在三维图形界面规划探针探测路径的离线规划模块和对所述图像采集卡所接受到的图像信息进行计算处理的图像处理分析模块；多自由度探针支架的电机与中央控制器的探针驱动模块通信相连，所述探针驱动模块分别接收由所述图像处理分析模块输出的焊缝起始点信息以及由所述离线规划模块输出的探针探测路径信息；所述中央控制器还包括生成焊缝路径的焊缝路径模块和与焊接机器人的电机通信连接的焊接机器人驱动模块，所述力传感器通信连接于所述焊缝路径模块，所述焊缝路径模块将由所述离线规划模块输出的探针探测路径信息和由力传感器输出的焊缝作用力信息进行结合计算生成焊缝路径；所述焊缝路径模块将焊缝路径反馈至所述焊接机器人驱动模块，所述焊接机器人驱动模块驱动焊枪沿着焊缝路径进行焊接；所述图像处理分析模块将对熔池图像分析所得的焊接偏差量反馈至所述焊接机器人驱动模块，焊接电源和送丝机构受控于所述焊接机器人驱动模块；所述多自由度探针支架具有三个自由度，所述焊缝图像采集器通过安装架设置在所述多自由度探针支架上，所述熔池图像采集器通过安装架设置在焊枪上。...

【技术特征摘要】
1.基于离线规划的焊缝跟踪系统，包括焊接机器人和用于控制焊接机器人焊接轨迹的中央控制器，其特征在于，所述焊缝跟踪系统还包括用于获取焊缝路径的焊缝探测机构、用于在焊接前获取焊缝信息的焊缝图像采集器以及在焊接时获取实时熔池信息的熔池图像采集器；所述焊缝探测机构包括在焊缝间沿长度方向移动的探针、探针夹具以及通过电机驱动的多自由度探针支架，所述探针通过探针夹具连接在所述多自由度探针支架上，所述探针设有感应接触作用力的力传感器；所述焊缝图像采集器包括照射焊缝区域的激光器一和接收焊缝区域光反射的CCD相机一；所述CCD相机一将焊缝图像传输给与中央控制器通信相连的图像采集卡；所述熔池图像采集器包括照射熔池区域的激光器二和接收熔池区域光反射的CCD相机二；所述CCD相机二将熔池图像传输给图像采集卡；所述中央控制器包括在三维图形界面规划探针探测路径的离线规划模块和对所述图像采集卡所接受到的图像信息进行计算处理的图像处理分析模块；多自由度探针支架的电机与中央控制器的探针驱动模块通信相连，所述探针驱动模块分别接收由所述图像处理分析模块输出的焊缝起始点信息以及由所述离线规划模块输出的探针探测路径信息；所述中央控制器还包括生成焊缝路径的焊缝路径模块和与焊接机器人的电机通信连接的焊接机器人驱动模块，所述力传感器通信连接于所述焊缝路径模块，所述焊缝路径模块将由所述离线规划模块输出的探针探测路径信息和由力传感器输出的焊缝作用力信息进行结合计算生成焊缝路径；所述焊缝路径模块将焊缝路径反馈至所述焊接机器人驱动模块，所述焊接机器人驱动模块驱动焊枪沿着焊缝路径进行焊接；所述图像处理分析模块将对熔池图像分析所得的焊接偏差量反馈至所述焊接机器人驱动模块，焊接电源和送丝机构受控于所述焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：李武朝，郭为安，王进满，朱金根，
申请(专利权)人：嘉兴职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33