本發(fā)明涉及焊接自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種焊縫跟蹤系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種焊縫跟蹤方法。

背景技術(shù)：

近年來，工業(yè)對(duì)工件的焊接需求不斷擴(kuò)大，人工焊接已經(jīng)無法滿足供應(yīng)。焊接自動(dòng)化得到迅速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，焊接跟蹤系統(tǒng)的研究也越來越受到人們關(guān)注。它對(duì)于減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高焊接質(zhì)量有重要意義。但在焊接鋼板時(shí)，鋼板會(huì)因?yàn)榧訜釙r(shí)間過長(zhǎng)、焊接電流過大或其他情況下造成向下塌陷，形成坑狀的現(xiàn)象。這將導(dǎo)致工件連接成型差和未焊透等缺陷。因此，需要實(shí)時(shí)識(shí)別工件與焊槍相對(duì)位置。

目前，業(yè)界存在一些對(duì)工件、焊縫的識(shí)別方法，例如cn104668738a公開了“交叉式雙線激光視覺傳感焊槍高度實(shí)時(shí)識(shí)別系統(tǒng)及識(shí)別方法”，該系統(tǒng)包括：交叉式雙線激光視覺傳感器、焊槍、計(jì)算機(jī)等；傳感器由分布于攝像機(jī)兩側(cè)的左線激光器、右線激光器及前端濾光器組成；識(shí)別方法：對(duì)系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定后，兩激光器以交叉方式將激光線投射至工件，焊槍處于檢測(cè)位置pi時(shí)，由攝像機(jī)采集圖像送至計(jì)算機(jī)處理，獲得圖像中兩激光線間的距離xi；焊槍高度hi為：

hi＝h0/(1-xitan(θ/2)/(nptan(α/2)))-δh，重復(fù)上述步驟，可實(shí)時(shí)識(shí)別焊槍高度。該發(fā)明中采用了兩線激光式傳感裝置，此類裝置采用兩條激光線作為跟蹤、識(shí)別、計(jì)算的依據(jù)，此種裝置及其方法，適合于部分特點(diǎn)的理想環(huán)境下使用，而在一些實(shí)際環(huán)境下，則無法使用。例如，當(dāng)工件表面凹凸不平，則在工件上可能呈現(xiàn)的兩條線為曲線，其不同部位的間距則無法準(zhǔn)確測(cè)定；另外，當(dāng)工件為角焊縫時(shí)，該裝置在工件上出現(xiàn)兩條彎折線，且兩條彎折線不在同一平面，在此情形下，無法實(shí)現(xiàn)焊縫的跟蹤、識(shí)別、計(jì)算。

另有裝置依據(jù)單條激光線進(jìn)行焊縫跟蹤，但單條激光易受振動(dòng)影響，致使焊槍走向不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種焊縫跟蹤系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)及其方法能夠適應(yīng)多種焊縫工藝及不同環(huán)境，并對(duì)環(huán)境具備更好的適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明焊縫跟蹤系統(tǒng)及方法，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種焊縫跟蹤系統(tǒng)，其特征在于包括視覺傳感裝置、支架、焊槍、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)及擋板；

所述視覺傳感裝置，包括點(diǎn)狀激光器、線狀激光器、面陣相機(jī)、濾鏡；所述點(diǎn)狀激光器用于向工件投射點(diǎn)狀激光，所述線狀激光器用于向工件投射線狀激光，所述濾鏡設(shè)在面陣相機(jī)鏡頭前端；

所述支架包括柱狀的主架、第一調(diào)節(jié)架及第二調(diào)節(jié)架，所述面陣相機(jī)、第一調(diào)節(jié)架、第二調(diào)節(jié)架、焊槍、擋板均安裝在主架上；所述擋板置于焊槍與視覺傳感裝置之間，所述第一調(diào)節(jié)架垂直于主架，所述點(diǎn)狀激光器安裝在第一調(diào)節(jié)架上，且可沿第一調(diào)節(jié)架滑動(dòng)；所述線狀激光器可拆卸、可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于第二調(diào)節(jié)架上；

所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與主架相連，用于驅(qū)動(dòng)支架及其上的裝置向三維方向移動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與計(jì)算機(jī)相連；

所述面陣相機(jī)采集工件表面圖像，并傳入計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在三維方向移動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述點(diǎn)狀激光器發(fā)射的點(diǎn)激光、線狀激光器點(diǎn)發(fā)射的線激光的光譜與濾鏡帶通范圍一致。

進(jìn)一步地，所述擋板活動(dòng)安裝于主架上，并可轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，本焊縫跟蹤系統(tǒng)還可設(shè)有反光鏡，所述線狀激光器發(fā)射的激光經(jīng)反光鏡反射后投射于工件上。

一種焊縫跟蹤方法，其特征在于：基于上面所述設(shè)備實(shí)現(xiàn)跟蹤過程，包括以下步驟：

步驟1：設(shè)備準(zhǔn)備及調(diào)節(jié)，將工件置于于視覺傳感裝置的正下方，使點(diǎn)狀激光器豎直向下照射于工件表面，激光點(diǎn)位于焊縫一側(cè)，調(diào)節(jié)線狀激光器線激光入射角度β，使線狀激光器軸線與豎直方向夾角為20°～70°，所述第一調(diào)節(jié)架與面陣相機(jī)的間距小于30mm，點(diǎn)狀激光器發(fā)出的激光點(diǎn)投射在焊縫側(cè)邊5～20mm范圍內(nèi)，保證工件上點(diǎn)狀激光器投射的激光點(diǎn)與線狀激光器激光線重合，且位于面陣相機(jī)視場(chǎng)的中央；

步驟2：對(duì)焊縫跟蹤相關(guān)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定：面陣相機(jī)視場(chǎng)角α，線狀激光器軸線與豎直方向夾角β；點(diǎn)線激光重合時(shí)，工件表面焊縫與相機(jī)焦點(diǎn)f之間距離為h0，此時(shí)焊槍所在的位置為正常焊接位置b0；xi為激光點(diǎn)與激光線之間距離的像素個(gè)數(shù)，圖像分辨率為xr(pixel/mm)；

步驟3：焊縫跟蹤系統(tǒng)沿著焊縫方向從右至左前行；當(dāng)工件表面高度變化δhi時(shí)，激光點(diǎn)與激光線在工件上產(chǎn)生距離；

步驟4：相機(jī)采集工件上圖像，傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，獲得圖像中激光點(diǎn)與激光線距離；

步驟5：按照下列計(jì)算公式，計(jì)算此時(shí)工件表面高度變化δhi；

其中各參數(shù)的含義如步驟2所述；

步驟6：計(jì)算機(jī)命令運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)焊槍相應(yīng)調(diào)整焊接位置bi，當(dāng)下一次工件表面高度變化時(shí)，重復(fù)步驟3-步驟5，從而實(shí)現(xiàn)在焊接過程中，通過監(jiān)測(cè)工件表面高度變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍高度。

進(jìn)一步地，所述步驟1中線狀激光器軸線與豎直方向夾角β為40°～50°。

進(jìn)一步地，所述第一調(diào)節(jié)架與面陣相機(jī)的間距為10～20mm。

采用上述方案后，由于采用了首創(chuàng)的點(diǎn)線激光組合式視覺傳感系統(tǒng)為基準(zhǔn)的整體的焊縫高度識(shí)別跟蹤方法及焊槍調(diào)節(jié)方法，本發(fā)明方法只需對(duì)監(jiān)測(cè)工件表面高度變化時(shí)的點(diǎn)線激光圖像采集并處理獲得其距離，即可運(yùn)用前面所述公式計(jì)算工件表面高度變化δhi，便于實(shí)時(shí)跟蹤焊縫；此種跟蹤方法，對(duì)多種工況具有更好的適應(yīng)性，克服了現(xiàn)有技術(shù)中跟蹤方法的局限性，該方法響應(yīng)速度快，能準(zhǔn)確識(shí)別工件表面高度變化，精度高，能高效地完成焊縫跟蹤。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明一種實(shí)施例中焊縫跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1、主架，2、第一調(diào)節(jié)架，3、點(diǎn)狀激光器，4、面陣相機(jī)(含鏡頭和濾鏡)，5、計(jì)算機(jī)，6、第二調(diào)節(jié)架，7、線狀激光器，8、擋板，9、焊槍，10、工件，11、焊縫，12、激光線，13、激光點(diǎn)。

圖2為本發(fā)明的計(jì)算模型圖。圖中：α為ccd面陣相機(jī)視場(chǎng)角，β為線狀激光器軸線與豎直方向夾角，f為面陣相機(jī)的焦點(diǎn)，p0為工件初始位置(點(diǎn)線激光重合時(shí))，pi(p1高于p0，p2低于p0)為工件處于檢測(cè)時(shí)的位置，h0為工件表面焊縫與相機(jī)焦點(diǎn)f之間距離(物距)，δhi為工件的檢測(cè)位置與初始位置間的高度差(δh1為p1與p0之間高度差，δh2為p2與p0之間高度差)，xi(包括x1和x2)為激光點(diǎn)與激光線之間距離的像素個(gè)數(shù)，b0為正常焊接位置，b1為焊接p1處位置，b2為焊接p2處位置。

圖3為工件表面高度變化時(shí)的圖像對(duì)比工件正常情況下的圖像。圖中：x1為p1處激光點(diǎn)與激光線之間距離的像素個(gè)數(shù)，x2為p2處激光點(diǎn)與激光線之間距離的像素個(gè)數(shù)。

圖4示出了本發(fā)明一種實(shí)施例中含有兩個(gè)點(diǎn)狀激光器的焊縫跟蹤系統(tǒng)。

圖5示出了本發(fā)明一種實(shí)施例中焊縫跟蹤系統(tǒng)對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)圓截面工件焊接的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。以下描述僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

圖1示出了本發(fā)明一種實(shí)施例中焊縫跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括視覺傳感裝置、支架、焊槍9、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)5及擋板8；

所述視覺傳感裝置，包括點(diǎn)狀激光器3、線狀激光器7、面陣相機(jī)4。所述點(diǎn)狀激光器3，線狀激光器7與面陣相機(jī)4三者相對(duì)位置固定，所述點(diǎn)狀激光器3用于向工件10投射點(diǎn)狀激光，所述線狀激光器7用于向工件10投射線狀激光，在面陣相機(jī)鏡頭前端設(shè)有濾鏡；

支架包括柱狀的主架1、第一調(diào)節(jié)架2及第二調(diào)節(jié)架6，所述面陣相機(jī)4、第一調(diào)節(jié)架2、第二調(diào)節(jié)架6、焊槍9、擋板8均安裝在主架1上；所述擋板8置于焊槍9與視覺傳感裝置之間，所述第一調(diào)節(jié)架2垂直于主架1，所述點(diǎn)狀激光器3安裝在第一調(diào)節(jié)架2上，且可沿第一調(diào)節(jié)架2滑動(dòng)；所述線狀激光器7可拆卸、可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于第二調(diào)節(jié)架6上；

所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與主架1相連，用于驅(qū)動(dòng)支架及其上的裝置向三維方向移動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與計(jì)算機(jī)5相連；

所述面陣相機(jī)4采集工件表面圖像，并傳入計(jì)算機(jī)5，該計(jì)算機(jī)5發(fā)出指令，控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在三維方向移動(dòng)。

優(yōu)選地，所述點(diǎn)狀激光器3發(fā)射的激光點(diǎn)13、線狀激光器7點(diǎn)發(fā)射的激光線12的光譜與濾鏡5帶通范圍一致。

優(yōu)選地，所述擋板8可根據(jù)實(shí)際環(huán)境需要，活動(dòng)安裝于主架1上，并可轉(zhuǎn)動(dòng)，此種結(jié)構(gòu)屬于現(xiàn)有技術(shù)中的常見技術(shù)，此處不再詳述。

優(yōu)選地，本焊縫跟蹤系統(tǒng)還可以設(shè)有反光鏡，反光鏡與線狀激光器7配合使用，所述線狀激光器7發(fā)射的激光經(jīng)反光鏡反射后投射于工件10上。此種情形下，可以使線狀激光器7及第二調(diào)節(jié)架2離面陣相機(jī)4距離更短，結(jié)構(gòu)更緊湊，減少因各部件不同步震動(dòng)引起的識(shí)別誤差，也便于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

另外，所述焊槍9與點(diǎn)線組合式視覺裝置之間設(shè)有擋板8，保證焊接時(shí)能濾除弧光、雜光等干擾。

相應(yīng)地，本發(fā)明所涉及的一種焊縫跟蹤方法，是基于上面所述設(shè)備實(shí)現(xiàn)跟蹤過程，包括以下步驟：

步驟1：設(shè)備準(zhǔn)備及調(diào)節(jié)，將工件10置于于視覺傳感裝置的正下方，使點(diǎn)狀激光器3豎直向下照射于工件10表面，激光點(diǎn)13位于焊縫11一側(cè)，調(diào)節(jié)線狀激光器7線激光入射角度β，使線狀激光器7軸線與豎直方向夾角為40°，所述第一調(diào)節(jié)架2與面陣相機(jī)4的間距小于30mm，點(diǎn)狀激光器3發(fā)出的激光點(diǎn)13投射在焊縫11側(cè)邊5～20mm范圍內(nèi)，保證工件10上點(diǎn)狀激光器3投射的激光點(diǎn)13與線狀激光器7發(fā)射的激光線12重合，且位于面陣相機(jī)4視場(chǎng)的中央；

步驟2：對(duì)上述點(diǎn)線組合式焊縫跟蹤系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定：ccd面陣相機(jī)4視場(chǎng)角α，線狀激光器7軸線與豎直方向夾角β；點(diǎn)線激光重合時(shí)，工件10表面焊縫11與相機(jī)焦點(diǎn)f之間距離(物距)為h0，此時(shí)焊槍9所在的位置為正常焊接位置b0；xi(包括x1和x2)為激光點(diǎn)與激光線之間距離的像素個(gè)數(shù)，圖像分辨率為xr(pixel/mm)；

步驟3：點(diǎn)線組合式焊縫跟蹤系統(tǒng)沿著焊縫方向從右至左前行；當(dāng)工件10表面高度變化δhi(δh1或δh2)時(shí)，焊縫跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)pi(p1或p2)處，激光點(diǎn)12與激光線13在工件10上產(chǎn)生距離；

步驟4：面陣相機(jī)4采集工件10上圖像，傳送至計(jì)算機(jī)5進(jìn)行處理，獲得圖像中激光點(diǎn)13與激光線12距離；

步驟5：按照下列計(jì)算公式，計(jì)算此時(shí)工件10表面高度變化δhi；

其中各參數(shù)的含義如步驟2所述；

步驟6：計(jì)算機(jī)5命令運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)焊槍9相應(yīng)調(diào)整焊接位置bi(b1或b2)，當(dāng)下一次工件10表面高度變化時(shí)，重復(fù)步驟3-步驟5，從而實(shí)現(xiàn)在焊接過程中，通過監(jiān)測(cè)工件10表面高度變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍9高度。

步驟1中線狀激光器7軸線與豎直方向夾角β在20°～70°均可，但優(yōu)選角度為40°～50°。例如圖1所示實(shí)施例采用40°、45°、50°。

第一調(diào)節(jié)架2與面陣相機(jī)4的優(yōu)選間距為間距為10～20mm。例如圖1所示實(shí)施例采用10mm。

實(shí)施例2

圖4為根據(jù)實(shí)施例示出的兩個(gè)點(diǎn)狀激光器的點(diǎn)線組合式焊縫跟蹤系統(tǒng)，其與圖1的區(qū)別在于視覺傳感裝置包括兩個(gè)點(diǎn)狀激光器3；兩個(gè)點(diǎn)狀激光器3分別安裝在第一調(diào)節(jié)架2左右兩側(cè)，且可沿第一調(diào)節(jié)架2滑動(dòng)(y向)。兩個(gè)點(diǎn)狀激光器3豎直向下照射于工件表面，兩個(gè)激光點(diǎn)分別位于焊縫左側(cè)和右側(cè)；

線狀激光器7軸線與豎直方向夾角β為45°；第一調(diào)節(jié)架2與面陣相機(jī)4的間距為12mm；兩個(gè)點(diǎn)狀激光器3發(fā)出的激光點(diǎn)分別投射在焊縫11兩側(cè)邊10mm處，保證工件10上激光點(diǎn)與激光線重合，且位于面陣相機(jī)4視場(chǎng)的中央。

其他步驟、原理與實(shí)施例1類同。

實(shí)施例3

圖5為根據(jù)實(shí)施例示出的點(diǎn)線激光組合式焊縫跟蹤系統(tǒng)對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)圓截面工件焊接的示意圖，在此工況下，圓管狀工件繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，焊縫跟蹤系統(tǒng)整體不動(dòng)，焊槍瞄準(zhǔn)焊縫，點(diǎn)狀激光器垂直照射于工件表面，(圓管截面半徑方向)激光點(diǎn)位于焊縫一側(cè)；線狀激光器7以一定角度傾斜照射于工件表面，線狀激光垂直于焊縫；點(diǎn)狀激光器3垂直發(fā)射的激光點(diǎn)與線狀激光器7發(fā)射的激光線在非標(biāo)準(zhǔn)圓截面工件上重合；面陣相機(jī)4采集圖像，并傳入計(jì)算機(jī)5；第一調(diào)節(jié)架2與面陣相機(jī)的間距為15mm；點(diǎn)狀激光器3發(fā)出的激光點(diǎn)投射在焊縫側(cè)邊10mm處。其他方法步驟與實(shí)施例1類同，同樣可以實(shí)現(xiàn)通過監(jiān)測(cè)工件表面高度變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍高度。而一些現(xiàn)有技術(shù)中的識(shí)別方法則無法對(duì)此種特殊工況進(jìn)行跟蹤。

以上僅以部分實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，凡在本發(fā)明的精神和原則內(nèi)做出的任何修改、改進(jìn)及等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。