基于熔池圖像焊縫跟蹤的移動式焊接機器人裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熔化極自動焊裝置，特別是非固定工位焊件自動跟蹤焊接的移動式焊接機器人裝置。
【背景技術】
[0002]非固定工位焊件，特別是施工現(xiàn)場安裝焊件的焊接形式變化多樣，并且受坡口加工、組對拼裝等因素制約，焊縫坡口存在錯邊、間隙不均勻等問題，直接影響自動焊接的實施。目前發(fā)展較成熟的焊縫跟蹤裝置是激光式傳感跟蹤裝置，其工作原理是將激光線打到焊接部位前方一定距離的焊縫坡口上，傳感器接收反射回來的帶有坡口信息的結(jié)構(gòu)光，通過圖像處理識別焊縫偏差，控制器對焊縫偏差及偏差變化趨勢信息進行計算處理后，通過接口電路控制夾持焊槍的運動機構(gòu)，實現(xiàn)焊接過程中的焊縫跟蹤控制。這是一種以激光為光源的主動光視覺法，檢測的是焊接之前的信息，而不是焊接部位的實時信息，采用這種焊縫跟蹤方法在焊接機器人裝置在汽車生產(chǎn)線等固定工位及高精度產(chǎn)品的焊接中應用很好，但是無法適應非固定工位，尤其是工程現(xiàn)場安裝組對的焊縫坡口焊接。受焊縫坡口實時檢測技術發(fā)展限制，目前的移動式焊接機器人在焊接過程中的焊縫軌跡控制主要還是通過人工手動操作完成。
[0003]熔化極氣體保護焊是在移動焊接作業(yè)中大量使用的一種高效焊接方法，在手工焊接作業(yè)過程中，操作焊工通過觀察焊接熔池獲取焊縫信息，實時控制焊槍的運動軌跡，完成焊接作業(yè)。模仿焊工手工焊接作業(yè)過程，在焊接過程中通過視覺傳感器實時檢測熔池圖像信息，提取焊接偏差，控制焊接機器人夾持焊槍實現(xiàn)自動跟蹤焊接，是解決移動式焊接機器人全自動焊焊縫跟蹤的一種有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，是提供一種基于熔池圖像焊縫跟蹤的移動式焊接機器人裝置，解決非固定工位焊縫、尤其是工程施工現(xiàn)場安裝焊縫的全自動跟蹤與焊接問題。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括:移動式焊接機器人小車和導軌、焊接機器人控制系統(tǒng)、焊接電源及送絲系統(tǒng)和焊槍、熔池圖像采集處理系統(tǒng)、聯(lián)機接口電路，其中焊槍固定安裝在上述焊接機器人小車的高低滑塊機構(gòu)上，圖像采集處理系統(tǒng)的CCD攝像機沿焊接前進方向安裝在焊接機器人小車的高低滑塊機構(gòu)上、并與焊槍保持相對位置固定，焊接機器人小車通過導軌安裝于待焊接的工件上，熔池圖像采集處理系統(tǒng)通過帶濾光系統(tǒng)的CCD攝像機采集焊接熔池圖像、通過聯(lián)機通信接口與焊接機器人控制系統(tǒng)相連，焊接機器人通過聯(lián)機接口電路與焊接電源及送絲系統(tǒng)相連，送絲系統(tǒng)與焊槍相連。
[0006]所述的焊槍為機器人專用直柄氣保焊槍，通過焊槍夾固定安裝于焊接機器人小車的高低滑塊機構(gòu)上，焊槍通過焊槍電纜與焊接電源及送絲系統(tǒng)相連；所述的焊接電源為熔化極氣體保護焊電源，送絲系統(tǒng)為帶測速反饋的自動推絲機構(gòu)，焊接電源與送絲系統(tǒng)通過內(nèi)部電纜連成一體。
[0007]所述的移動式焊接機器人小車由焊接機器人行走機構(gòu)、和高低滑塊機構(gòu)和水平滑塊機構(gòu)組成。所述的高低滑塊機構(gòu)和水平滑塊機構(gòu)，驅(qū)動電機為步進電機，高低滑塊機構(gòu)固定安裝于水平滑塊機構(gòu)一側(cè)，水平滑塊機構(gòu)固定安裝于焊接機器人行走機構(gòu)上。所述的焊接機器人行走機構(gòu)采用伺服電機，齒輪齒條傳動，行走機構(gòu)通過導軌夾持機構(gòu)安裝于導軌上。
[0008]所述的導軌由導軌基座和導軌支撐座組成，通過導軌支撐座固定安裝在待焊接的工件上，導軌基座邊緣與焊縫坡口邊緣平行，到焊縫坡口邊緣的安裝距離根據(jù)水平滑塊機構(gòu)的行程確定。
[0009]所述的熔池圖像采集處理系統(tǒng)由帶濾光系統(tǒng)的CCD攝像機、計算機視頻采集及熔池圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成。
[0010]所述的帶濾光系統(tǒng)的CCD攝像機為工業(yè)用面陣CCD攝像機，攝像機鏡頭可調(diào)焦距和光圈，在攝像機前面固定安裝有電弧濾光系統(tǒng)，電弧濾光系統(tǒng)由濾光基座、窄帶濾光片、焊接濾光/減光片、擋飛濺白玻璃組成，濾光基座套裝于攝像機鏡頭上、并用2個螺釘緊固，圓形窄帶濾光片的直徑與鏡頭直徑相同、緊臨鏡頭安裝于濾光基座的中心孔內(nèi)，方形濾光片緊貼窄帶濾光片安裝，方形擋飛濺白玻璃安裝在最外側(cè)，方形焊接濾光/減光片和方形擋飛濺白玻璃穿過濾光基座的方形通孔、并且2個堅固螺釘固定。
[0011]所述的帶濾光系統(tǒng)的CCD攝像機通過三維調(diào)節(jié)連接板安裝在焊接機器人小車的高低滑塊機構(gòu)上，安裝方向為焊接前進方向。
[0012]所述的計算機視頻采集及熔池圖像處理系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機(IPC)、圖像采集卡、Mat I ab軟件和V i sual Basic軟件組成，圖像采集卡通過視頻連接線與(XD攝像機相連、并通過PCI插槽安裝于工業(yè)控制計算機中，使用Visual Basic軟件控制圖像采集卡采集焊接過程的熔池圖像，在Matlab軟件中采用曲率極值的焊接偏差提測定算法處理熔池圖像并提取焊接偏差信息，計算機視頻采集及熔池圖像處理系統(tǒng)采用RS485模式通過通訊電纜與焊接機器人控制系統(tǒng)連接。
[0013]所述的曲率極值的焊接偏差測定算法是從焊接熔池圖像中提取熔池輪廓線，將輪廓線分割為分別包含焊絲和熔池前部尖端的兩個子輪廓線，分別求取兩個子輪廓線上各點的曲率值，兩個輪廓線上的曲率最大值點分別是焊絲中心點和熔池前部尖端中心點即焊縫坡口中心點，焊絲中心點與熔池前部尖端中心點的位置差即為焊接偏差像素量，在圖像像素定標基礎上，即可計算出實際的焊接偏差值。
[0014]所述的焊接機器人控制系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)作為主控制器，由CPU模塊、AD/DA模塊、1模塊、接口電路、模擬量隔離模塊、開關量隔離模塊、電機驅(qū)動器、焊接工藝參數(shù)控制軟件模塊、焊接操作控制盒、開關電源、隔離變壓器構(gòu)成，焊接機器人的工藝參數(shù)通過焊接工藝參數(shù)控制軟件模塊由程序設置或通過焊接操作控制盒手動設置，焊接機器人控制器通過接口電路接收來自計算機視頻采集及熔池圖像處理系統(tǒng)提取的焊接偏差信息、通過CPU模塊計算焊縫跟蹤偏差控制量、輸出致電機驅(qū)動器、控制焊縫跟蹤執(zhí)行機構(gòu)運動、實現(xiàn)焊接過程中的軌跡跟蹤控制。
[0015]所述的基于熔池圖像焊縫跟蹤的移動式焊接機器人裝置使用CCD攝像機在焊接過程中實時采集熔池圖像、并采用曲率極值焊接偏差測定算法提取焊接偏差量，焊接電源及送絲系統(tǒng)為焊槍執(zhí)行焊接作業(yè)提供能源及持續(xù)的填充金屬，焊接機器人控制系統(tǒng)通過接口電路與焊接電源和計算機視頻采集及熔池圖像處理系統(tǒng)連接、依據(jù)獲取的焊縫偏差信息控制焊接機器人的行走機構(gòu)和焊縫跟蹤執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)焊接過程中的實時糾偏。
[0016]更換不同規(guī)格的導軌和導軌支撐座，可適應圓弧焊縫或平直焊縫等多種形式焊縫的全自動移動焊接作業(yè)。
[0017]由于采用上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點和效果:
(I)采用圖像視覺方法直接檢測實施焊接的熔池圖像，并用曲率極值方法在線實時測定焊接偏差，通過焊接機器人控制系統(tǒng)控制并驅(qū)動焊縫跟蹤執(zhí)行機構(gòu)，在焊接過程中動態(tài)調(diào)節(jié)焊槍位置，保證焊槍始終與焊縫坡口中心對正，確保焊接質(zhì)量。
[0018](2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)嚴謹，工作可靠，克服了現(xiàn)有的超前檢測焊縫跟蹤控制模式無法適應復雜焊縫動態(tài)焊接的問題，特別適用于非固定工位、尤其是現(xiàn)場施工安裝移動作業(yè)的全自動跟蹤焊接。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的CCD攝像機安裝示意圖；
圖4為本發(fā)明的電弧濾光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0021]基于熔池圖像焊縫跟蹤的移動式焊接機器人裝置由移動式焊接機器人小車2和導軌9、焊接機器人控