本發(fā)明涉及一種焊縫檢測(cè)裝置，尤其涉及一種焊縫跟蹤傳感器，此外本發(fā)明還涉及一種焊縫跟蹤方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有基于工件表面形貌特征的激光焊縫視覺傳感器，在檢測(cè)不開坡口的對(duì)接焊縫時(shí)，如果沒有預(yù)留的對(duì)接間隙，則檢測(cè)的依據(jù)僅僅是焊縫兩側(cè)工件偏離理想位置而產(chǎn)生的錯(cuò)邊尺寸，那么就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)邊尺寸太小而識(shí)別率低或無法識(shí)別的問題。
有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的焊縫跟蹤傳感器及其焊縫跟蹤方法，以提高焊縫的識(shí)別率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種焊縫識(shí)別率高的焊縫跟蹤傳感器，此外本發(fā)明還提供該焊縫跟蹤傳感器的焊縫跟蹤方法。
本發(fā)明的焊縫跟蹤傳感器，包括連接臂，所述連接臂上設(shè)置有激光發(fā)射器、與所述激光發(fā)射器配合的第一圖像采集傳感器和用于采集灰度圖像的第二圖像采集傳感器，所述激光發(fā)射器的主軸與第一圖像采集傳感器成像系統(tǒng)的主軸之間具有一定的夾角，所述連接臂的頂端設(shè)置有焊槍，所述激光發(fā)射器、第一圖像采集傳感器和第二圖像采集傳感器分別與上位機(jī)連接。
進(jìn)一步的，本發(fā)明的焊縫跟蹤傳感器，所述第二圖像采集傳感器位于第一圖像采集傳感器和激光發(fā)射器之間。
進(jìn)一步的，本發(fā)明的焊縫跟蹤傳感器，所述激光發(fā)射器能夠在掃描機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下擺動(dòng)并投射出扇形的激光束。
進(jìn)一步的，本發(fā)明的焊縫跟蹤傳感器，所述第一圖像采集傳感器和第二圖像采集傳感器為同一圖像傳感器，并且所述第一圖像采集傳感器或第二圖像采集傳感器的光路中設(shè)置有可調(diào)濾光器。
進(jìn)一步的，本發(fā)明的焊縫跟蹤傳感器，所述可調(diào)濾光器為電控可調(diào)濾光器。
進(jìn)一步的，本發(fā)明的焊縫跟蹤傳感器，所述可調(diào)濾光器包括設(shè)置在連接臂上的電機(jī)及與電機(jī)的輸出軸連接且由多個(gè)濾光片組成的濾光盤。
進(jìn)一步的，本發(fā)明的焊縫跟蹤傳感器，包括為所述第二圖像采集傳感器提供照明的光源。
進(jìn)一步的，本發(fā)明的焊縫跟蹤傳感器，所述光源為單色光源。
借由上述方案，本發(fā)明的焊縫跟蹤傳感器至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的焊縫跟蹤傳感器在三角測(cè)量原理的激光焊縫傳感器的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)2d的第二圖像采集傳感器，以便實(shí)現(xiàn)傳感信息融合，提高焊縫跟蹤傳感器工作的適應(yīng)范圍和焊縫的識(shí)別率。其中，激光發(fā)射器與第一圖像采集傳感器配合，組成激光視覺，得到焊縫垂直位置的深度信息，或者同時(shí)得到焊縫的深度與焊縫水平位置信息；第二圖像采集傳感器，則通過灰度圖像處理的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫在水平方向上的位置進(jìn)行檢測(cè)判斷。某些環(huán)境下，第二圖像采集傳感器需要增加照射焊縫的光源，以便提高焊縫邊緣對(duì)比度變化。第二圖像采集傳感器還可以作為監(jiān)控手段，為操作工人提供監(jiān)控焊接跟蹤過程的輔助條件。
本發(fā)明的焊縫跟蹤方法，包括以下步驟：
s1：激光發(fā)射器發(fā)射激光束至工件表面；
s2：切換可調(diào)濾光器，并通過第一圖像采集傳感器和第二圖像采集傳感器間隔采集反射激光和工件表面的灰度圖像，并將反射激光數(shù)據(jù)和灰度圖像數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)；
所述上位機(jī)，是相對(duì)于第一圖像采集傳感器和第二圖像采集傳感器構(gòu)成的相對(duì)獨(dú)立系統(tǒng)而言，不單指?jìng)鞲衅髦獾挠?jì)算設(shè)備，也可以是集成到傳感器內(nèi)部的計(jì)算設(shè)備；
s3：在采集到的反射激光數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，上位機(jī)通過三角測(cè)量原理計(jì)算得到焊縫的深度和位置數(shù)據(jù)；
s4：在采集到的灰度圖像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，上位機(jī)計(jì)算得到焊縫的位置數(shù)據(jù)；
s5：上位機(jī)將步驟s3中得到的位置數(shù)據(jù)和s4中得到的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)和計(jì)算，得到焊縫的準(zhǔn)確的位置數(shù)據(jù)；
s6：上位機(jī)通過步驟s4和步驟s5中得到的焊縫的數(shù)度和位置數(shù)據(jù)，通過驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)整焊槍的位置。
借由上述方案，本發(fā)明的焊縫跟蹤方法至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的焊縫跟蹤方法通過對(duì)兩組位置數(shù)據(jù)的融合，從而提高了對(duì)焊縫的識(shí)別率。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
附圖說明
圖1是實(shí)施例一的焊縫跟蹤傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是實(shí)施例二的焊縫跟蹤傳感器的立體結(jié)構(gòu)圖；
圖3是實(shí)施例三的焊縫跟蹤傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是實(shí)施例五中一種焊縫跟蹤傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是實(shí)施例五中另一種焊縫跟蹤傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例一：
如圖1，本實(shí)施例的焊縫跟蹤傳感器采用發(fā)出一束激光的激光發(fā)射器1，通過掃描機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的擺動(dòng)反光鏡，或者激光器本身擺動(dòng)，使激光束扇形地投射到與焊縫所在工件表面形成一系列點(diǎn)狀光斑，排列在一條焊縫的橫截線上，該橫截線大致垂直于焊縫，激光束的投射平面相對(duì)于第一圖像采集傳感器2的主光軸的關(guān)系，可以變化，例如也可以如圖3所示。掃描的激光束與第一圖像采集傳感器2配合，組成激光視覺，檢測(cè)出焊縫的表面形貌，進(jìn)而檢測(cè)出焊縫的高度位置和水平位置信息。第二圖像采集傳感器3則獨(dú)立地拍攝焊縫的2d灰度圖像，對(duì)該圖像分析處理，僅能得到焊縫的水平位置信息，而不能得到焊縫的高度位置信息。通過信息融合技術(shù)，將兩個(gè)由不同途徑得到的焊縫水平位置信息綜合成為更準(zhǔn)確、更可靠的焊縫水平位置信息，為焊槍的軌跡控制提供依據(jù)。這里的灰度圖像是指圖像中像素的明暗信息漸變，而不是特指單色圖像。
實(shí)施例二：
如圖2，本實(shí)施例的焊縫跟蹤傳感器與實(shí)施例一的焊縫跟蹤傳感器不同之處在于，其激光發(fā)射器發(fā)出的是一個(gè)扇形面，該光面在焊縫所在工件表面上形成一條高亮度的光紋，該光紋大致垂直于焊縫，第一圖像采集傳感器拍攝該光紋，分析得到焊縫的高度位置和水平位置信息。
為了獲得更清晰的焊縫的2d灰度圖像，在上述實(shí)施例一與實(shí)施例二中，還可以對(duì)焊縫進(jìn)行主動(dòng)照明，優(yōu)選的在第二圖像采集傳感器周圍增加一個(gè)環(huán)狀照明光源。
實(shí)施例三：
如圖3，本實(shí)施例的焊縫跟蹤傳感器在實(shí)施例一或?qū)嵤├暮缚p跟蹤傳感器基礎(chǔ)上演變，這里取消了第一圖像采集傳感器。而第二圖像采集傳感器除了發(fā)揮上述實(shí)施例中采集2d灰度圖像的功能之外，還兼具檢測(cè)激光在工件4上照射的點(diǎn)狀光斑、或線狀光紋的功能。根據(jù)光斑或光紋的成像位置判斷工件到傳感器的高度距離、焊縫的水平位置信息。
實(shí)施例四：
在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上演變，激光發(fā)射器發(fā)出的是一條光束，而且該光束不進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，亦即形成一個(gè)光斑。根據(jù)該激光光斑的成像位置僅計(jì)算出工件到傳感器的高度距離。
實(shí)施例五：
如圖4和5，本實(shí)施例的焊縫跟蹤傳感器在實(shí)施例三、或?qū)嵤├牡幕A(chǔ)上，增加可切換的濾光系統(tǒng)，分時(shí)地采集焊縫的2d灰度圖像與激光痕跡(光斑或光紋)。所述濾光系統(tǒng)可以采用電控的可調(diào)濾光器6，如圖4所示。在拍攝焊縫的2d灰度圖像時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定其通光量，以便焊縫的圖像清晰；在拍攝激光痕跡時(shí)，進(jìn)一步降低通光量，以便獲得低背景亮度的更清晰的激光痕跡的圖像。
也可采用機(jī)械切換的方法交替使用兩種不同特點(diǎn)的濾光片，如圖5所示，這里采用了一個(gè)電機(jī)，電機(jī)上設(shè)置具有多個(gè)濾光片的濾光盤7，電機(jī)旋轉(zhuǎn)著循環(huán)地切換使用不同特點(diǎn)的濾光片。
還可以采用電動(dòng)調(diào)整成像系統(tǒng)光圈的方式實(shí)現(xiàn)不同的通光量，以適應(yīng)兩種不同特點(diǎn)圖像的拍攝。
還可以采用成對(duì)的偏振片，通過改變其角度實(shí)現(xiàn)通光量的控制。
實(shí)施例六：在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，增加對(duì)焊縫照明的光源。
實(shí)施例七：在實(shí)施例6的基礎(chǔ)上，將對(duì)焊縫照明的光源改為單色光源，而且將用于拍攝焊縫2d灰度圖像的濾光片設(shè)計(jì)成僅允許照明光通過的帶通濾光片；將用于拍攝激光痕跡圖像的濾光片設(shè)計(jì)成僅允許激光通過的帶通濾光片。
焊縫跟蹤傳感器和焊槍5安置在焊接執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，例如機(jī)器人或焊接小車等，傳感器位于焊槍5前方一定距離，焊接時(shí)，傳感器將觀察到的焊縫信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或其他移動(dòng)終端，處理后得到焊縫軌跡，計(jì)算機(jī)或移動(dòng)終端就可以實(shí)時(shí)查詢焊槍偏離焊縫的距離，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整焊槍位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫的跟蹤。
根據(jù)焊縫的實(shí)際情況，傳感器可能以不同的模式工作：
1)對(duì)于有坡口的焊縫，或焊縫輪廓尺寸特征明顯的任務(wù)，激光視覺能準(zhǔn)確檢測(cè)到焊縫特征并進(jìn)行識(shí)別，此時(shí)第二圖像采集傳感器3可以僅作為監(jiān)控用途，操作工人可在屏幕上監(jiān)控焊接跟蹤情況。
2)對(duì)于雖然有坡口或其他輪廓尺寸特征的焊縫，但是尺寸特征不夠明顯或者存在其他干擾的任務(wù)，激光視覺難以準(zhǔn)確地檢測(cè)到焊縫特征并進(jìn)行識(shí)別，此時(shí)第二圖像采集傳感器3除了可以作為監(jiān)控用途之外，還可以提供焊縫位置信息，以便輔助激光視覺，共同完成焊縫位置判斷，提高準(zhǔn)確率。
3)對(duì)于不開坡口的焊縫，焊縫尺寸不夠明顯，單從激光視覺無法或難以得到穩(wěn)定的焊縫信息，此時(shí)利用第二圖像采集傳感器3提供的平面灰度信息進(jìn)行判斷，能更準(zhǔn)確地判斷焊縫的水平位置，而焊縫的高度位置仍由激光視覺提供。
一般情況下，將依據(jù)焊縫的2d灰度信息識(shí)別與激光視覺識(shí)別的結(jié)果結(jié)合使用，可以利用冗余的信息提高焊縫檢測(cè)準(zhǔn)確度。根據(jù)2d圖像傳感器提供的灰度圖像識(shí)別的結(jié)果的顯著程度，與激光視覺識(shí)別尺寸特征的顯著程度，以及剛剛檢測(cè)過的焊縫歷史信息，可以進(jìn)行冗余信息融合處理，例如簡(jiǎn)單地利用置信概率加權(quán)分配兩種識(shí)別結(jié)果的方法，就能得到更準(zhǔn)確的判斷。
本發(fā)明的焊縫跟蹤方法，包括以下步驟：
s1：激光發(fā)射器發(fā)射激光束至工件表面；
s2：切換可調(diào)濾光器，并通過第一圖像采集傳感器和第二圖像采集傳感器間隔采集反射激光和工件表面的灰度圖像，并將反射激光數(shù)據(jù)和灰度圖像數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)；
s3：在采集到的反射激光數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，上位機(jī)通過三角測(cè)量原理計(jì)算得到焊縫的深度和位置數(shù)據(jù)；
s4：在采集到的灰度圖像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，上位機(jī)計(jì)算得到焊縫的位置數(shù)據(jù)；
s5：上位機(jī)將步驟s3中得到的位置數(shù)據(jù)和s4中得到的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)和計(jì)算，得到焊縫的準(zhǔn)確的位置數(shù)據(jù)；
s6：上位機(jī)通過步驟s4和步驟s5中得到的焊縫的數(shù)度和位置數(shù)據(jù)，通過驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)整焊槍的位置。
以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。