專利名稱：視頻攝像傳感器tig焊焊縫自動(dòng)跟蹤與控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及焊接過程質(zhì)量實(shí)時(shí)傳感與控制技術(shù)領(lǐng)域中焊接對(duì)縫實(shí)時(shí)傳 感與控制，特別涉及視頻攝像傳感器TIG焊焊縫自動(dòng)跟蹤與控制裝置。
背景技術(shù)：
在焊接過程中確保焊炬自動(dòng)跟蹤焊縫對(duì)保證焊接質(zhì)量，提高焊接自動(dòng)化水平 有著極其重要的實(shí)際意義，焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)的關(guān)鍵是焊縫位置的傳感方法，目 前國內(nèi)外倍受關(guān)注的是采用光學(xué)視覺傳感器，如采用線陣CCD、面陣CCD等作 為圖像采集的核心部件。TIG (Tungsten inert gas)焊接方法被廣泛應(yīng)用于銅、鋁、不銹鋼、鈦合 金等材料的焊接中，在其焊接過程中對(duì)鎢極對(duì)縫精度要求很高，如焊偏將會(huì)產(chǎn)生 咬邊、未熔合、未焊透等焊接缺陷，嚴(yán)重降低產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，若沒有自動(dòng) 跟蹤，對(duì)厚度較小的材料實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高速焊接很難實(shí)現(xiàn)。國外廣為采用的是采 用激光條紋作為輔助光源，采用視覺傳感器進(jìn)行傳感，采用圖像處理技術(shù)進(jìn)行焊 縫識(shí)別。國內(nèi)在該方面研究有很多，目前未見實(shí)際應(yīng)用實(shí)例。專利內(nèi)容以弧光作為光源，針對(duì)TIG焊接材料及焊接參數(shù)的不同，采用中性減光片 減弱弧光強(qiáng)度，采用窄帶濾光片對(duì)透過減光片的弧光進(jìn)行濾光，獲得窄帶焊縫反 射弧光的信息。采用視頻攝像傳感器作為檢測元件，在焊接方向上超前于鎢極10mm-30mm 攝取焊縫圖像。本專利釆用的是2132C黑白視頻攝像機(jī)(鏡頭采用:FS-LM2514)， 該視頻攝像機(jī)輸出為PAL制式的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，具有物美價(jià)廉、易購買等特點(diǎn)。采用自主研究的主要由模擬電路構(gòu)成的視頻信號(hào)處理電路，對(duì)有視頻攝像傳 感器輸出的焊縫視頻信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、動(dòng)態(tài)平均值二值化處理、整形、限幅、 取反等處理，獲得含有焊縫特征的脈沖信號(hào)；采用自主開發(fā)的主要由51系列單片機(jī)構(gòu)成的電路，對(duì)焊縫偏差進(jìn)行分析、 計(jì)算及處理輸出。在本電路中通過軟件設(shè)計(jì)，以幀中心為基準(zhǔn)判斷焊縫偏差是否 合理，計(jì)算出合理偏差的大小和方向，偏差方向以高/低電平形式輸出，偏差大 小以脈沖形式輸出給焊炬糾偏交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將焊炬支撐機(jī)構(gòu)固定于高精度電動(dòng)滑移臺(tái)上，采用交流伺服電機(jī)拖動(dòng)滑移 臺(tái)，實(shí)現(xiàn)焊炬實(shí)時(shí)快速糾偏。本專利特點(diǎn)釆用視頻攝像傳感器進(jìn)行傳感，無接觸、無磨損，跟蹤精度高 (土0.1mm)，能可靠識(shí)別多種材料的焊縫，由于免去了大量的圖像處理，因此 響應(yīng)速度非?？?40ms)，設(shè)備安裝、操作簡單，易維護(hù)，價(jià)格低廉，可廣泛應(yīng) 用于銅、鋁、不銹鋼、鈦合金等材料的自動(dòng)焊接中。


圖l為專利技術(shù)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為視頻信號(hào)處理電原理圖； 圖3為焊縫偏差分析、計(jì)算及處理電原理圖；具體實(shí)施方式
如圖l所示，本專利主要由減光濾光片、視頻攝像傳感器、手動(dòng)滑移臺(tái)、電 動(dòng)滑移臺(tái)、視頻信號(hào)處理電路、單片機(jī)電路、視頻監(jiān)視器、偏差顯示電路、開 關(guān)設(shè)定、穩(wěn)壓電源、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等部分構(gòu)成?；竟ぷ髟硎峭高^減光濾光片，由攝像傳感器實(shí)時(shí)攝取焊接電弧前方10-30mm的焊縫圖像，傳感器輸出含有焊縫特征的標(biāo)準(zhǔn)PAL制式的視頻信號(hào)，該視頻信號(hào)被送入視頻信號(hào)處理電路，同時(shí)也送入視頻監(jiān)視器進(jìn)行顯示。在視頻信 號(hào)處理電路中對(duì)焊縫視頻信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、動(dòng)態(tài)平均值二值化處理、整形、 限幅、取反等處理，獲得含有焊縫特征的脈沖信號(hào)。將該脈沖信號(hào)送入單片機(jī)電 路，對(duì)焊縫偏差進(jìn)行分析、計(jì)算及處理輸出。在單片機(jī)電路中通過軟件設(shè)計(jì)，以 幀中心為基準(zhǔn)判斷焊縫偏差是否在合理范圍，若不合理則執(zhí)行報(bào)警程序；若合理 則計(jì)算出焊縫偏差的大小和方向，偏差方向以高/低電平形式輸出，偏差大小以 脈沖形式輸出給焊炬糾偏交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由交流伺服電機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)滑移 臺(tái)，實(shí)現(xiàn)焊炬實(shí)時(shí)快速糾偏。手動(dòng)滑移臺(tái)作用是調(diào)整攝像傳感器與焊炬之間的相對(duì)位置關(guān)系；開關(guān)設(shè)定作用包括手動(dòng)/自動(dòng)選擇、電源開關(guān)、報(bào)警開關(guān)等；偏差顯示作用是進(jìn)行焊縫偏差大小的顯示；穩(wěn)壓電源作用是提供低壓穩(wěn)壓電源.
權(quán)利要求
1. 采用黑白視頻攝像傳感器作為傳感器，其特征是價(jià)格低、易購買。
2. 采用自主研究的主要由模擬電路構(gòu)成的視頻信號(hào)處理電路結(jié)構(gòu)與原理，如圖2 所示。其特征是對(duì)有視頻攝像傳感器輸出的焊縫視頻信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、動(dòng) 態(tài)平均值二值化處理、整形、限幅、取反等處理，獲得含有焊縫特征的脈沖信號(hào)。
3. 采用自主開發(fā)的主要由51系列單片機(jī)構(gòu)成的焊縫偏差進(jìn)行分析、計(jì)算及處理 電路結(jié)構(gòu)與原理，如圖3所示。其特征是對(duì)焊縫偏差進(jìn)行分析、計(jì)算及處理輸 出，通過軟件設(shè)計(jì)，以幀中心為基準(zhǔn)判斷焊縫偏差是否合理，計(jì)算出合理偏差的 大小和方向，偏差方向以高/低電平形式輸出，偏差大小以脈沖形式輸出給焊炬 糾偏交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
全文摘要
本發(fā)明是視頻攝像傳感器TIG焊焊縫自動(dòng)跟蹤與控制裝置。屬于焊接過程質(zhì)量實(shí)時(shí)傳感與控制技術(shù)領(lǐng)域，主要是針對(duì)TIG(Tungsten inert gas)焊接方法，以弧光作為光源，針對(duì)TIG焊接材料及焊接參數(shù)的不同，采用中性減光片和窄帶濾光片對(duì)弧光進(jìn)行處理，采用視頻攝像傳感器作為檢測元件，在焊接方向上超前于鎢極10mm-30mm攝取焊縫圖像，對(duì)焊縫視頻信號(hào)進(jìn)行處理，獲得含有焊縫特征信號(hào)；采用51系列單片機(jī)對(duì)焊縫偏差進(jìn)行分析、計(jì)算及處理輸出，控制焊炬糾偏電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)焊縫自動(dòng)跟蹤。跟蹤精度高(±0.1mm)，能可靠識(shí)別多種材料的焊縫，響應(yīng)速度快，設(shè)備安裝、操作簡單，可廣泛應(yīng)用于銅、鋁、不銹鋼、鈦合金等材料的自動(dòng)焊接中。
文檔編號(hào)B23K9/127GK101219498SQ200710055218
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月10日
發(fā)明者宮文彪, 李云峰 申請(qǐng)人:李云峰