基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制方法，包括以下步骤：Ａ．进行轨迹检测；Ｂ．进行轨迹识别；Ｃ．进行轨迹控制；Ｄ．最后通过执行机构动作来调节焊枪与焊缝之间的相对位置关系。本发明专利技术通过激光位移传感器获取焊缝的信息，在经过有效的滤波处理后进行轨迹拟合，实现轨迹的检测，同时结合最小偏差法的轨迹插补算法，从根本上解决波纹板自动焊接中的轨迹检测控制这一问题。本发明专利技术还对拐点的焊接参数的平滑转换进行详细了说明，并提出了平滑程度可调的拐点参数变换方法。经采用本发明专利技术的方法现场试焊，轨迹跟踪效果达到了预期的目标，提高了集装箱波纹板焊接质量和焊接效率，改善了劳动环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测与控制方法，尤其是一种基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检 测与控制方法。
技术介绍
目前，焊接轨迹控制技术的研究是焊接工业技术研究的重点和难点之一，国内外研究前 沿主要集中在如下方面 一、焊接轨迹信息传感技术；二、轨迹跟踪控制理论与算法。在自 动焊接过程中，准确检测获取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，陆续出现了各种不同形式的传感器， 其中接触式传感器、电弧传感器和光学传感器应用较为普遍。接触式传感器将焊缝变化转变 为导杆或导轮的位置变化，并转化为电信号，该传感器由于性能稳定、成本低廉，在生产中 曾得到广泛应用，但由于跟踪精度及速度的限制，已不适合高精度、高速度的焊接领域；电 弧传感器以电弧本身的参数为跟踪目标，能实时反应焊缝变化，但检测精度易受焊接过程中 熔滴过渡形式、飞溅的影响，尤其在对薄板焊件的对接和搭接接头的焊接中，应用方法较难 掌握。相比之下光学传感器以获得信息丰富、精确度高、检测范围广等特点，逐渐引起人们 的重视，并在焊接生产领'域得到了日渐广泛地应用，这为焊接自动化的实现提供了有利条件。 光学传感器中应用较多的为激光传感器、红外传感器、视觉传感器等，采用CCD摄像机、红 外成像仪等现代化图像传感设备及智能化的图像处理方法，为准确获取焊缝信息提供了保证， 进一步确保了焊接过程的稳定性和可靠性。同时随着微处理器技术的不断换代升级、众多高 性能微处理器的涌现，在此基础上产生的智能化焊缝检测跟踪系统，使焊接轨迹自动控制技术 的研究进入到了一个崭新的阶段。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于激光测距的集装箱波纹板焊 接轨迹检测与控制方法。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案一种，包括以下步骤-A. 进行轨迹检测；系统初始化后，水平进给作为主动进给轴启动，通过激光精密位移传 感器实时检测波纹板的波纹轨迹，并将检测到的焊缝初始信息数据传送到微处理器，对采集 数据进行滤波、存储；B. 进行轨迹识别；通过微处理器对数字信号进行处理，提取焊缝的信息，同时拐点判断3模块在不断识别当前位置是否为拐点，即水平段与上坡段、下坡段的连接点判别；如是拐点， 则通过改变焊接电压、焊接电流、焊接速度、启动摆动控制保证焊接质量；C. 进行轨迹控制；通过微处理器根据检测的波纹板位置变化和拐点判别结果，以轨迹数 据为基础，对轨迹进行插补运算，对各坐标轴进行实时控制；D. 最后通过执行机构动作来调节焊枪与焊缝之间的相对位置关系，即用电机带动升降轴 丝杠做上下调节，从而达到焊缝跟踪的目的；在整个系统运行过程中，对焊接电压和电流实 时显示。所述步骤A中的通过激光精密位移传感器实时检测波纹板的波纹轨时采用非接触检测方式。所述步骤B中水平段、上坡段和下坡段焊接工艺参数为独立设定。 所述步骤B中水平段、上坡段和下坡段焊接工艺参数平滑转换控制。 所述步骤B中拐点的判别具体通过判断采集数据点偏离程度的大小，区分属于不同坡段 的数据点，然后在各自所属段内进行线性拟合。本专利技术通过激光传感器获取焊缝的信息，在经过有效的滤波处理后进行轨迹拟合，实现 轨迹的检测，同时结合最小偏差法的轨迹插补算法，从根本上解决波纹板自动焊接中的轨迹 检测控制这一问题。本专利技术还对拐点的焊接参数的平滑转换进行详细了说明，并提出了平滑 程度可调的拐点参数变换方法。经采用本专利技术的方法现场试焊，轨迹跟踪效果达到了预期的 目标，提高了集装箱波纹板焊接质量和焊接效率，改善了劳动环境;轨迹控制精度小于0.2mm; 焊接速度是手工焊接的3倍以上；焊缝平滑度高、成型均匀、 一致性好；人机交互友好，一 线操作人员只需简单操作即可实现自动焊接。 附图说明图l是本专利技术总体流程图； 图2是功能参数选择设置程序流程；图3是波纹板原始采集数据点分布图； 图4是中值滤波后数据点分布图5是滑动滤波后数据点分布图6是自适应滤波后数据点分布图； 图7是滑动方差分布图8是上坡段的直线拟合图图9是分段线性拟合图IO是焊接电压平滑过渡过程图ll是焊接电流平滑过渡过程4图12是焊接速度平滑过渡过程图； 图13是预定的插补进给方向图； 图14是采用最小偏差法的插补轨迹图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。一种，包括以下步骤A. 进行轨迹检测；系统初始化后，水平进给作为主动进给轴启动，通过激光精密位移传 感器实时检测波纹板的波纹轨迹，并将检测到的焊缝初始信息数据传送到微处理器，对采集 数据进行滤波、存储；B。 进行轨迹识别；通过微处理器对数字信号进行处理，提取焊缝的信息，同时拐点判断 模块在不断识别当前位置是否为拐点，即水平段与上坡段、下坡段的连接点判别；如是拐点， 则通过改变焊接电压、焊接电流、焊接速度、启动摆动控制保证焊接质量；C. 进行轨迹控制；通过微处理器根据检测的波纹板位置变化和拐点判别结果，以轨迹数 据为基础，对轨迹进行插补运算，对各坐标轴进行实时控制；D. 最后通过执行机构动作来调节焊枪与焊缝之间的相对位置关系，即用电机带动升降轴 丝杠做上下调节，从而达到焊缝跟踪的目的；在整个系统运行过程中，对焊接电压和电流实 时显示。所述步骤A中的通过激光精密位移传感器实时检测波纹板的波纹轨时采用非接触检测方式。所述步骤B中水平段、上坡段和下坡段焊接工艺参数为独立设定。所述步骤B中水平段、上坡段和下坡段焊接工艺参数平滑转换控制。所述步骤B中拐点的判别具体通过判断采集数据点偏离程度的大小，区分属于不同坡段的数据点，然后在各自所属段内进行线性拟合。l.程序总体流程首先系统初始化后,水平进给作为主动进给轴启动,数据采集模块开始采集波纹轨迹，对 采集数据进行滤波、存储后，以此轨迹数据为基础，对轨迹进行插补运算，并驱动电机做相 应的调整，同时拐点判断模块在不断识别当前位置是否为拐点，如是拐点，则通过改变焊接 电压、焊接电流、焊接速度、启动摆动控制等来保证焊接质量。整个系统运行过程中，对焊 接电压、电流进行了实时显示。如图1所示。 程序组织实现 1)。参数设置利用编码器的微动开关来选择参数，当按下一次时为功能l，按下两次时为功能2……，5参数说明信息及参数值同时在数码管上显示，当左旋/右旋编码器柄时，即可实现数据的大小 调整，参数调整后，若在参数调节界面5秒内不做任何操作，参数调节模式自动退出，同时 将变化的参数存入单片机的EEPROM。如图2所示。2) .通讯模块系统在整个运行过程中，需要与焊机进行不断的通信；焊机初始化通信，启动/停止焊机, 焊接规范的变换等，与焊机初始化通信为系统上电后，对焊丝直径、是否实心焊丝、焊机控 制方式等焊接信息进行设置；在焊接开始和结束要对焊机发送启动/停止指令；在焊接过程中, 如上坡段需要变换焊接规范，则需要控制焊机准确实现焊接电压、电流的变换。由此可见在 整个系统运行过程中，对通讯的准确性、时效性要求较高，在程序实现过程中这就要求实现 系统与焊机的握手通信以对传送信息进行确认，如当焊机接受数据，且校验正确，则回发系 统一个确认信息，若焊机对接受数据校验错误，则回发系统一个要求重发的信息，此种回发 确认机制提高了信息最终接受的准确性。在具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制方法，其特征在于，包括以下步骤：　Ａ．进行轨迹检测；系统初始化后，水平进给作为主动进给轴启动，通过激光精密位移传感器实时检测波纹板的波纹轨迹，并将检测到的焊缝初始信息数据传送到微处理器， 对采集数据进行滤波、存储；　Ｂ．进行轨迹识别；通过微处理器对数字信号进行处理，提取焊缝的信息，同时拐点判断模块在不断识别当前位置是否为拐点，即水平段与上坡段、下坡段的连接点判别；如是拐点，则通过改变焊接电压、焊接电流、焊接速度、启动摆 动控制保证焊接质量；　Ｃ．进行轨迹控制；通过微处理器根据检测的波纹板位置变化和拐点判别结果，以轨迹数据为基础，对轨迹进行插补运算，对各坐标轴进行实时控制；　Ｄ．最后通过执行机构动作来调节焊枪与焊缝之间的相对位置关系，即用电机带动 升降轴丝杠做上下调节，从而达到焊缝跟踪的目的；在整个系统运行过程中，对焊接电压和电流实时显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田新诚，张光先，刘涛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]