專利名稱：基于激光視覺傳感的焊縫自動(dòng)跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于激光視覺傳感的焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
焊縫跟蹤是實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化亟待解決的問題。目前激光視覺傳感是最有發(fā)展前景的焊縫跟蹤傳感方式之一，倍受人們的青睞，并逐步在焊接生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。激光視覺傳感器與焊槍跟蹤機(jī)構(gòu)固定連接在一起，傳感器安裝在焊槍的前方，用于檢測焊縫位置信息。傳感器將圖像信息傳送給圖像采集系統(tǒng)，并經(jīng)圖像處理獲取焊縫位置信息，將焊槍位置與該焊縫位置作比較，計(jì)算出焊槍偏離焊縫的偏差，即焊縫偏差，利用這一偏差作為反饋給控制器來調(diào)整跟蹤機(jī)構(gòu)，使焊槍始終對準(zhǔn)焊縫，實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤的目的。采用這種傳感器方式進(jìn)行焊縫跟蹤控制，由于傳感器與焊槍固定在一起，且傳感器檢測位置超前焊槍一定的距離，如果直接將傳感器檢測到的位置來計(jì)算焊縫偏差，并用這個(gè)偏差來調(diào)整焊槍，當(dāng)焊縫比較平直時(shí)，該方法對跟蹤精度影響不大，當(dāng)焊縫為斜線或彎曲線時(shí)，則誤差很大，根本無法保證準(zhǔn)確跟蹤。出現(xiàn)這個(gè)問題的原因是誤將檢測得的偏差當(dāng)作實(shí)際(真正)焊縫偏差來處理。

目前已有計(jì)算實(shí)際焊縫偏差的方法(如蔣力培在《焊接學(xué)報(bào)》(1998, Vol.19, N0.3:184-189)上發(fā)表的“傳感器超前檢測式焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的控制模型”)，但是，僅僅依靠這種單一的反饋來控制焊槍會(huì)產(chǎn)生滯后控制的不良后果，影響跟蹤的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有焊縫自動(dòng)跟蹤方法依靠單一反饋來控制焊槍產(chǎn)生滯后控制，影響跟蹤的精度這一不足，提供一種激光視覺傳感焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，在傳感器檢測位置超前焊槍的情況下，它可以計(jì)算出焊槍實(shí)際焊縫偏差，同時(shí)可以預(yù)測下一步焊縫的走向，大大提高焊縫跟蹤精度和效果。本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種激光視覺傳感焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、焊槍、視覺傳感器、圖像采集單元、運(yùn)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)單元，視覺傳感器、圖像采集單元、運(yùn)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)單元安裝在焊槍的上方，圖像采集單元和運(yùn)動(dòng)控制單元連接計(jì)算機(jī)，焊槍由驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)；焊槍前方設(shè)置有半導(dǎo)體激光器，視覺傳感器下方設(shè)置有濾光片組。本發(fā)明由半導(dǎo)體激光器發(fā)出一字線激光條紋斜射到焊槍前方的焊件上，經(jīng)視覺傳感器攝取并傳送給圖像采集單元，圖像采集單元將采集到的圖像信息存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存，如果焊縫為一直線，則采集到的焊縫圖像中激光條紋為一折線；如果焊縫為一曲線，由于焊縫坡口處高度不一致，因此采集到的焊縫圖像中激光條紋將為一折線(折線反映了焊縫坡口信息)，該焊縫圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)的圖像處理及識(shí)別算法，檢測出焊縫中心位置，計(jì)算出位置偏差，焊縫自動(dòng)跟蹤算法依據(jù)偏差、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特性計(jì)算出焊槍糾偏量，由運(yùn)動(dòng)控制單元產(chǎn)生對應(yīng)控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器單元帶動(dòng)焊槍運(yùn)動(dòng)，使焊槍對準(zhǔn)焊縫。本發(fā)明所述驅(qū)動(dòng)單元包括步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器?？刂茊卧敵龅氖穷l率脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)焊槍運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明還提供一種基于激光視覺傳感的焊縫自動(dòng)跟蹤方法，包括以下步驟:
(1)啟動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)定跟蹤參數(shù)；
(2)開始跟蹤，計(jì)算機(jī)經(jīng)過視覺傳感器和圖像采集單元獲取焊縫圖像信息，計(jì)算出測量偏差，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
(3)計(jì)算機(jī)計(jì)算實(shí)際焊縫偏差做為反饋量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
(4)計(jì)算機(jī)計(jì)算由焊縫斜率預(yù)測的前饋量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
(5)計(jì)算機(jī)計(jì)算焊槍應(yīng)調(diào)整量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過運(yùn)動(dòng)控制單元輸出控制信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)單元控制焊槍運(yùn)動(dòng)；
(6)步驟(2)至步驟(5)循環(huán)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)焊縫自動(dòng)跟蹤，直到焊接結(jié)束。所述步驟(I)包括設(shè)定激光條紋中心與焊槍中心的距離、設(shè)定采樣周期、設(shè)定焊槍與焊件的相對移動(dòng)速度和設(shè)定視覺傳感器的分辨率。本發(fā)明通過計(jì) 算機(jī)處理獲得實(shí)際焊縫偏差來構(gòu)成反饋控制，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)處理獲得焊縫軌跡曲率(斜率)信息，進(jìn)而預(yù)測一個(gè)前饋量構(gòu)成前饋控制；將反饋控制和前饋控制兩者結(jié)合構(gòu)成前饋反饋，計(jì)算焊槍應(yīng)調(diào)整量，控制焊槍沿焊縫前進(jìn)。以下對本發(fā)明方法作進(jìn)一步說明，步驟如下:
(I)啟動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)定跟蹤參數(shù):第一，設(shè)定激光條紋中心(檢測點(diǎn))與焊槍中心的距離，并保證激光條紋在圖像中心線重合；第二，設(shè)定系統(tǒng)采樣時(shí)間；第三，設(shè)定焊件相對焊槍移動(dòng)的速度；第四，設(shè)定攝像機(jī)圖像的分辨率。(2)開始跟蹤，計(jì)算機(jī)經(jīng)過視覺傳感器和圖像采集單元獲取獲取焊縫圖像信息，計(jì)算出測量偏差Wi ,并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。(3)計(jì)算機(jī)計(jì)算實(shí)際焊縫偏差&做為反饋量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
Ne{ = Wj _M — ^ Hli_ J(a)
J=I
式中，m'為第iT周期焊槍實(shí)際調(diào)整量。(4)計(jì)算機(jī)計(jì)算由焊縫斜率預(yù)測的前饋量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。焊縫軌跡在iT時(shí)刻的斜率&可以由第周期在y方向上的增量和在X方向上的增量Δ$.的商來計(jì)算，
因此，由斜率#預(yù)測的焊槍調(diào)整量為Δγ.。在實(shí)際應(yīng)用中，可以選擇焊槍前后方一小段焊
縫軌跡曲線，求取它們的平均增量5^.做為焊縫斜率預(yù)測的前饋量。計(jì)算時(shí)，先按公式(b)分別計(jì)算出Δγ.至知+叫的值。
權(quán)利要求
1.一種激光視覺傳感焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、焊槍、視覺傳感器、圖像采集單元、運(yùn)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)單元，視覺傳感器、圖像采集單元、運(yùn)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)單元安裝在焊槍的上方，圖像采集單元和運(yùn)動(dòng)控制單元連接計(jì)算機(jī)，焊槍由驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)；其特征在于焊槍前方設(shè)置有半導(dǎo)體激光器，視覺傳感器下方設(shè)置有濾光片組。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光視覺傳感焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)單元包括步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。
3.一種基于激光視覺傳感的焊縫自動(dòng)跟蹤方法，其特征在于包括以下步驟 (1)啟動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)定跟蹤參數(shù)； (2)開始跟蹤，計(jì)算機(jī)經(jīng)過視覺傳感器和圖像采集單元獲取焊縫圖像信息，計(jì)算出測量偏差，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)； (3)計(jì)算機(jī)計(jì)算實(shí)際焊縫偏差做為反饋量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)； (4)計(jì)算機(jī)計(jì)算由焊縫斜率預(yù)測的前饋量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)； (5)計(jì)算機(jī)計(jì)算焊槍應(yīng)調(diào)整量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過運(yùn)動(dòng)控制單元輸出控制信號(hào)，由驅(qū)動(dòng)單元控制焊槍運(yùn)動(dòng)； (6)步驟(2)至步驟(5)循環(huán)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)焊縫自動(dòng)跟蹤，直到焊接結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于激光視覺傳感的焊縫自動(dòng)跟蹤方法，其特征在于步驟(I)包括設(shè)定激光條紋中心與焊槍中心的距離、設(shè)定采樣周期、設(shè)定焊槍與焊件的相對移動(dòng)速度和設(shè)定視覺傳感器的分辨率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于焊接技術(shù)領(lǐng)域的焊縫跟蹤方法，針對現(xiàn)有焊縫自動(dòng)跟蹤方法依靠單一反饋來控制焊槍產(chǎn)生滯后控制，影響跟蹤的精度這一不足，提供一種基于激光視覺傳感的焊縫跟蹤方法，在傳感器檢測位置超前焊槍的情況下，它可以計(jì)算出焊槍實(shí)際焊縫偏差，同時(shí)可以預(yù)測下一步焊縫的走向，大大提高焊縫跟蹤精度和效果。本發(fā)明使用攝像機(jī)持續(xù)獲取焊縫圖像信息，通過主控計(jì)算機(jī)處理獲得實(shí)際焊縫偏差來構(gòu)成反饋控制，同時(shí)通過主控計(jì)算機(jī)處理獲得焊縫軌跡曲率(斜率)信息，進(jìn)而預(yù)測一個(gè)前饋量構(gòu)成前饋控制；將反饋控制和前饋控制兩者結(jié)合構(gòu)成前饋反饋，計(jì)算焊槍應(yīng)調(diào)整量，控制焊槍沿焊縫前進(jìn)。
文檔編號(hào)B23K9/127GK103252560SQ20131009261
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者莫?jiǎng)俸? 戴建樹, 喻寧娜, 鐘義廣, 何建輝 申請人:廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院