單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器。本傳感器包含一套自適應(yīng)視覺視野裝置、一個(gè)基于面陣CCD的攝像機(jī)、一個(gè)自適應(yīng)擺動(dòng)器、一個(gè)線激光發(fā)射器、一個(gè)點(diǎn)激光發(fā)射器、一套自適應(yīng)超前距離轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)以及傳感器保護(hù)罩。在焊接起始點(diǎn)位置自適應(yīng)擺動(dòng)器可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)擺動(dòng)掃描激光的長(zhǎng)度，自適應(yīng)視覺視野裝置可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)視覺的視野范圍；在焊接過(guò)程中根據(jù)線激光與焊縫的交點(diǎn)到線激光與掃描激光的交點(diǎn)的距離得出焊槍的高度偏差，通過(guò)掃描激光的長(zhǎng)度的變化得出左右偏差，根據(jù)掃描激光折彎的位置及角度確定波紋板焊縫拐點(diǎn)的位置以及折彎的角度；自適應(yīng)超前距離轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)可以根據(jù)焊接工藝參數(shù)的變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)超前距離。
【專利說(shuō)明】
單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及焊縫跟蹤領(lǐng)域，是一種單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳 感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于波紋板有較好的力學(xué)性能，目前大量用于集裝箱的生產(chǎn)，集裝箱的生產(chǎn)是勞 動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)需要大量的焊接工人，且工作環(huán)境惡劣人力成本高，所以實(shí)現(xiàn)波紋板焊接自 動(dòng)化是亟需解決的問(wèn)題。目前用于波紋板的焊接方法主要是手工焊接和機(jī)械仿形半自動(dòng)焊 接，焊接效率低且焊接質(zhì)量難以保證，波紋板焊縫成型質(zhì)量不高。這些問(wèn)題在我國(guó)波紋板焊 接中長(zhǎng)期存在又一直未得到解決的難題，以至于制約了我國(guó)集裝箱等行業(yè)的制造技術(shù)的進(jìn) 步和行業(yè)增長(zhǎng)模式的轉(zhuǎn)變。為了提高波紋板焊接的自動(dòng)化水平，本發(fā)明提出一種單目自適 應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器，可以有效地提高波紋板焊接的自動(dòng)化水平。在 可查的期刊文獻(xiàn)中所公開的基于視覺的波紋板焊接焊縫跟蹤方法自動(dòng)化程度較低很難同 時(shí)實(shí)現(xiàn)起始點(diǎn)定位和焊縫跟蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，更好的推動(dòng)焊接設(shè)備的自動(dòng)化的進(jìn)程，針對(duì)目前 波紋板焊接中多為半自動(dòng)化，生產(chǎn)效率低的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了一種單目自適應(yīng)交叉激光 視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器。
[0004] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器，本傳感器包含一套自適 應(yīng)視覺視野裝置、一個(gè)基于面陣CCD的攝像機(jī)、一個(gè)自適應(yīng)擺動(dòng)器、一個(gè)點(diǎn)激光發(fā)射器、一個(gè) 線激光發(fā)射器、一套自適應(yīng)轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)以及一個(gè)傳感器保護(hù)罩。所述的基于面陣CCD的攝像 機(jī)、自適應(yīng)擺動(dòng)器、點(diǎn)激光發(fā)射器、線激光發(fā)射器封裝在傳感器保護(hù)罩中。所述的單目自適 應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器通過(guò)自適應(yīng)轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)與焊槍固連;點(diǎn)激光發(fā)射器 與自適應(yīng)擺動(dòng)器固連，自適應(yīng)擺動(dòng)器以固定角度擺動(dòng)且與傳感器保護(hù)罩固連;線激光發(fā)射 器與傳感器保護(hù)罩固連，線激光的軸線與豎直面傾斜45度安裝，擺動(dòng)掃描激光的中間位置 的軸線與線激光的軸線相交;基于面陣CCD的攝像機(jī)的軸線與擺動(dòng)掃描激光中間位置的軸 線和線激光的軸線組成的平面夾角為60度。
[0006] 所述的點(diǎn)激光發(fā)射器與自適應(yīng)擺動(dòng)器固連，焊接過(guò)程中自適應(yīng)擺動(dòng)器以固定角度 擺動(dòng)以產(chǎn)生固定長(zhǎng)度的擺動(dòng)掃描激光，擺動(dòng)掃描激光打在波紋板上與焊縫平行且距離焊縫 有一個(gè)固定的對(duì)中高度，若焊槍左偏則擺動(dòng)掃描激光的長(zhǎng)度會(huì)變長(zhǎng)，若焊槍右偏則擺動(dòng)掃 描激光的長(zhǎng)度會(huì)變短，根據(jù)擺動(dòng)掃描激光的長(zhǎng)度變化量來(lái)計(jì)算焊槍的左右偏差量，從而控 制焊槍左右偏差的補(bǔ)償。當(dāng)擺動(dòng)掃描激光掃描到波紋板的拐點(diǎn)時(shí)，激光條紋會(huì)呈現(xiàn)出波紋 板拐角的形狀，根據(jù)掃描激光條紋出現(xiàn)拐點(diǎn)的位置可以得出波紋板焊縫拐點(diǎn)的位置，根據(jù) 激光條紋上折線的角度可以獲得波紋板焊縫拐點(diǎn)的角度及方向，從而控制焊槍進(jìn)行焊槍姿 態(tài)的調(diào)整。
[0007] 所述的線激光發(fā)射器產(chǎn)生線激光，線激光打在波紋板焊縫上呈現(xiàn)出波紋板焊縫的 形狀。在波紋板焊縫的起始位置根據(jù)波紋板焊縫與線激光的交點(diǎn)到線激光與擺動(dòng)掃描激光 交點(diǎn)的距離以及擺動(dòng)掃描激光的長(zhǎng)度來(lái)尋找波紋板焊縫的起始點(diǎn);在焊接過(guò)程中根據(jù)焊縫 與線激光的交點(diǎn)到線激光與擺動(dòng)掃描激光交點(diǎn)的距離來(lái)提取焊槍的高度偏差，根據(jù)擺動(dòng)掃 描激光的長(zhǎng)度來(lái)提取焊槍左右偏差。
[0008] 所述的自適應(yīng)視覺視野裝置由一套自適應(yīng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)以及步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路;步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)控制線路與主控連接；自適應(yīng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一端與傳 感器保護(hù)罩固連，另一端通過(guò)自適應(yīng)超前距離轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)與焊槍固連。在波紋板焊縫起始點(diǎn) 位置時(shí)主控根據(jù)激光條紋在基于面陣CCD攝像機(jī)視野中的位置以及大小控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng) 自適應(yīng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，以帶動(dòng)傳感器保護(hù)罩前后移動(dòng)實(shí)現(xiàn)基于面陣CCD攝像機(jī)視野范 圍的調(diào)節(jié)，從而使線激光與焊縫的交點(diǎn)、線激光與擺動(dòng)掃描激光的交點(diǎn)以及擺動(dòng)掃描激光 的全部長(zhǎng)度處于基于面陣CCD攝像機(jī)的視野中且具有適當(dāng)?shù)谋壤?br>[0009] 所述的自適應(yīng)超前距離轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)由一套自適應(yīng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及與焊槍連接的法蘭盤組成，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)控制線路與主控連接。 由于在基于單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器的焊縫跟蹤系統(tǒng)中傳感器 是超前安裝的，所以必定會(huì)存在超前誤差。超前誤差的大小是和超前距尚是呈正相關(guān)的，超 前距離越大，超前誤差就越大，但是如果超前距離過(guò)小焊接過(guò)程產(chǎn)生的強(qiáng)烈的弧光和飛濺 就會(huì)對(duì)視覺信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，例如產(chǎn)生高斯噪聲、椒鹽噪聲等，所以設(shè)計(jì)合適的超前距 離是必要的。以"梯形波紋板"為例，由于波紋板的"三段式"的特殊結(jié)構(gòu)，為了保證焊接質(zhì) 量，在焊接不同的波段時(shí)采用不同的焊接工藝參數(shù)，為了提高焊接精度所以不同的焊接工 藝參數(shù)選用不同的超前距離。本發(fā)明提出的單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳 感器可以根據(jù)不同的焊接工藝參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)超前距離從而提高焊縫跟蹤的精度。當(dāng)焊槍 到達(dá)波紋板的"拐點(diǎn)"時(shí)，焊槍進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整的同時(shí)調(diào)用不同的焊接工藝參數(shù)，主控根據(jù)不 同的焊接工藝參數(shù)匹配不同的超前距離從而控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單目自適應(yīng)交 叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器超前距離的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
[0010] 發(fā)明的有益效果：
[0011] 本發(fā)明涉及一種單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器，通過(guò)掃描激 光的長(zhǎng)度以及掃描激光的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)波紋板焊縫起始點(diǎn)的識(shí)別以及焊縫跟蹤，通過(guò)掃描激 光的形狀實(shí)現(xiàn)波紋板拐點(diǎn)位置的判斷以及拐角的計(jì)算。本發(fā)明所提出的單目自適應(yīng)交叉激 光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器可以根據(jù)激光條紋在基于面陣CCD攝像機(jī)視野中的位置自 適應(yīng)的調(diào)芐基于面陣CCD攝像機(jī)的視野范圍，從而提高視覺質(zhì)量;本發(fā)明所提出的單目自適 應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器可以根據(jù)不同的工藝參數(shù)自適應(yīng)的調(diào)節(jié)焊槍的 超前距離從而提高焊縫跟蹤的精度。本發(fā)明提出了一種全自動(dòng)化的波紋板焊接方法，可以 提高波紋板焊接的自動(dòng)化水平，進(jìn)而大大提高波紋板焊接的效率。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是基于單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器的焊縫跟蹤系統(tǒng) 圖。
[0013] 圖2是單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
[0014] 圖3是單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器偏差提取的幾何關(guān)系 圖。
[0015] 圖4是單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器尋找波紋板焊縫軌跡拐 點(diǎn)的幾何關(guān)系圖。
[0016] 圖中：1一波紋板，2-單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器，3-自 適應(yīng)視覺視野裝置，4 一步進(jìn)電機(jī)，5-十字滑架，6-焊槍姿態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，7-自適應(yīng)超 前距離轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)，8-多自由度焊接小車9一傳感器保護(hù)罩，10-線激光發(fā)射器，11一點(diǎn)激光 發(fā)射器，12 -自適應(yīng)擺動(dòng)器，13 -自適應(yīng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，14 一自適應(yīng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，15-基 于面陣C⑶攝像機(jī)，16-步進(jìn)電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了更好地表達(dá)整個(gè)發(fā)明的技術(shù)方案與有益效果，下面結(jié)合附圖和實(shí)施案例對(duì)本 發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0018] 步驟1:波紋板焊接起始點(diǎn)的識(shí)別。
[0019] 在焊接前設(shè)定所需的掃描激光的長(zhǎng)度Lbf以及線激光與焊縫的交點(diǎn)到線激光與掃 描激光的交點(diǎn)的距離Ldl。擺動(dòng)掃描激光裝置11、12發(fā)射的擺動(dòng)掃描激光打在波紋板上同時(shí) 線激光發(fā)射器10發(fā)射線激光以及基于線陣CCD的攝像機(jī)15進(jìn)行拍照，基于線陣CCD的攝像機(jī) 拍15攝到激光條紋，經(jīng)過(guò)圖像處理得出掃描激光的長(zhǎng)度L BF1，將獲得的激光的長(zhǎng)度與設(shè)定的 掃描激光的長(zhǎng)度的初值進(jìn)行對(duì)比，若Lbfi<Lbf則主控控制焊槍左移直到Lbfi = Lbf，若Lbfi> Lbf則主控控制焊槍右移直到LBF1 = LBF。若LBF1 = LBF，經(jīng)過(guò)圖像處理得出線激光與焊縫的交點(diǎn) 到線激光與掃描激光的交點(diǎn)的距離Ldu，若Ldu<Ldl則主控控制焊槍上移，直到Ldu = Ldl，若 Ldli > Ldl則主控控制焊槍下移到Ldli = Ldl，若Lbfi = Lbf且Ldli = Ldl則起弧焊接。
[0020] 步驟2:波紋板焊縫跟蹤的偏差提取。
[0021] 在焊接前設(shè)定所需的掃描激光的長(zhǎng)度Lbf以及線激光與焊縫的交點(diǎn)到線激光與掃 描激光的交點(diǎn)的距離Ldl。在焊接過(guò)程中擺動(dòng)掃描激光裝置11、12發(fā)射的擺動(dòng)掃描激光打在 波紋板上同時(shí)線激光發(fā)射器10發(fā)射線激光以及基于線陣CCD的攝像機(jī)15進(jìn)行拍照，基于線 陣CCD的攝像機(jī)15拍攝到激光條紋，經(jīng)過(guò)圖像處理得出掃描激光的長(zhǎng)度L BF1&及線激光與焊 縫的交點(diǎn)到線激光與掃描激光的交點(diǎn)的距離Ldli。若Lbfi < Lbf則焊槍右偏Lbfi = Lce，此時(shí)偏 差量為圖3中的【丑/ = W -[班^。若Lbfi>Lbf貝焊槍左偏Lbfi = Lag，此時(shí)焊 槍偏差量為圖3中的Lu。^ - Lu,?。從而得出焊槍的的左右偏差量LlJ、 Lhi，進(jìn)而主控控制焊槍實(shí)現(xiàn)左右偏差的補(bǔ)償。若Ldli <Ldl，則焊槍下偏，偏移量為L(zhǎng)dl-Ldli ;若 Ldli>Ldl，則焊槍丄偏，偏移量為L(zhǎng)dli-Ldl。從而得出焊槍的尚度偏差，進(jìn)而主控控制焊槍實(shí) 現(xiàn)高度方向上的補(bǔ)償。
[0022]步驟3:波紋板焊縫拐點(diǎn)的識(shí)別
[0023]在焊接過(guò)程中當(dāng)基于線陣CCD的攝像機(jī)15拍攝到的掃描激光的激光條紋上出現(xiàn)折 線時(shí)掃描激光已經(jīng)到達(dá)波紋板的拐點(diǎn)。經(jīng)過(guò)圖像處理得出圖4中ND的長(zhǎng)度Lnd，從而獲得波紋 板焊縫拐點(diǎn)的位置。圖4中，根據(jù)線段BN和線段ND的斜率計(jì)算出線段BN與線段ND之間的夾角 <BND，<BND = jt- | tan-Abn | - | tan-And |。從而獲得波紋板焊縫拐點(diǎn)的位置以及波紋板焊縫 拐角的大小，進(jìn)而主控控制焊槍到達(dá)波紋板拐點(diǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)焊槍姿態(tài)的調(diào)整。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器，其特征在于:本傳感器包 含一套自適應(yīng)視覺視野裝置、一個(gè)基于面陣CCD的攝像機(jī)、一個(gè)自適應(yīng)擺動(dòng)器、一個(gè)點(diǎn)激光 發(fā)射器、一個(gè)線激光發(fā)射器、一套自適應(yīng)轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)以及傳感器保護(hù)罩;所述的基于面陣CCD 的攝像機(jī)、自適應(yīng)擺動(dòng)器、點(diǎn)激光發(fā)射器、線激光發(fā)射器封裝在傳感器保護(hù)罩中；點(diǎn)激光發(fā) 射器與自適應(yīng)擺動(dòng)器固連，自適應(yīng)擺動(dòng)器以固定角度擺動(dòng)，產(chǎn)生固定長(zhǎng)度的擺動(dòng)掃描激光； 線激光的軸線與豎直面傾斜45度安裝，擺動(dòng)掃描激光的中間位置的軸線與線激光的軸線相 交;基于面陣CCD的攝像機(jī)的軸線與擺動(dòng)掃描激光中間位置的軸線和線激光的軸線組成的 平面夾角為60度;所述的單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器通過(guò)自適應(yīng)轉(zhuǎn) 接機(jī)構(gòu)與焊槍固連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器，其 特征在于:所述的自適應(yīng)視覺視野裝置由一套自適應(yīng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)以及步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成;步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)控制線路與主控連接；自適應(yīng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一 端與傳感器的保護(hù)外殼固連，另一端通過(guò)自適應(yīng)超前距離轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)與焊槍固連;所述的自 適應(yīng)超前距離轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)可以根據(jù)焊接工藝參數(shù)的變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)傳感器的超前距離。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單目自適應(yīng)交叉激光視覺的波紋板焊縫跟蹤傳感器，其 特征在于:在波紋板焊縫的起始位置根據(jù)焊縫與線激光的交點(diǎn)到線激光與擺動(dòng)掃描激光交 點(diǎn)的距離以及擺動(dòng)掃描激光的長(zhǎng)度來(lái)尋找波紋板焊縫的起始點(diǎn);在焊接過(guò)程中根據(jù)波紋板 焊縫與線激光的交點(diǎn)到線激光與擺動(dòng)掃描激光交點(diǎn)的距離來(lái)提取焊槍的高度偏差，根據(jù)擺 動(dòng)掃描激光的長(zhǎng)度來(lái)提取焊槍左右偏差;根據(jù)擺動(dòng)掃描激光出現(xiàn)折彎的位置以及折彎的角 度來(lái)尋找波紋板焊縫拐角的位置和角度。
【文檔編號(hào)】B23K37/02GK106002022SQ201610397080
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】李湘文, 賈愛亭, 洪波, 鐘勇
【申請(qǐng)人】湘潭大學(xué)