CN107262926B - 具有ccd检测的自动化激光焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有CCD视觉定位的自动激光焊接装置及焊接方法。该装置包括激光平台和机架机罩，还包括：设有导轨定位基准、夹具、送料轴、旋转压紧气缸水平设置在激光平台上的送料装置；设置激光平台一端的设有第一激光头的二维激光器；设置在激光平台另一端设有第二激光头、CCD视觉定位相机的四维激光器；设置在机架机罩内的PC控制机。本发明的有益效果：设备通过CCD视觉定位相机获取目标的图像信号，由PC控制机计算出相应的目标位置并驱动设备进行位置定位，机器视觉+图像处理的使用提高了焊接精度，排除工装和产品误差，并且避免人为因素对产品品质的影响。

Description

具有CCD检测的自动化激光焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接，自动检测领域，尤其是涉及一种具有CCD检测的自动化激光焊接装置及焊接方法。

背景技术

近几年，在汽车行业中激光焊接得到了快速的发展，如何创新整合设备做到激光焊接设备与视觉检测装置可以协同工作，提高自动化程度、减少设备占用空间、节省成本，是开发此套***的主要目的。焊接设备配备视觉成像检测装置的焊接是一种比较新颖的想法。传统的焊接方式缺少视觉成像设备及相对应的控制软件。很少具有自动捕捉产品焊缝位置并计算焊枪偏移距离实现自动焊接产品，且较少具有四维激光焊接头，焊接位置误差较大，焊接质量较差，效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术焊接设备提及庞大，焊接头定位效果差，焊接质量差，效率低等问题。提供了一种具有CCD视觉定位的自动激光焊接装置，包括激光平台和机架机罩，还包括：设有导轨定位基准、夹具、送料轴、旋转压紧气缸设置在激光平台上的送料装置；设置激光平台一端的设有第一激光头的二维激光器；设置在激光平台另一端设有第二激光头、CCD视觉定位相机的四维激光器；设置在机架机罩内的PC控制机，设置在机架机罩外壁上的监视器，所述夹具设置在送料轴上，所述送料轴水平的设置在激光平台上，其出口端设有对产品进行靠左定位的导轨定位基准，入口端设有压紧产品的旋转压紧气缸；

所述CCD视觉定位相机对待焊接产品拍照，并反馈到与CCD视觉定位相机输出端相连的PC控制机，所述PC控制机对照片进行预处理，找出可焊接的区域内之带焊接产品的位置并发出运动补偿指令反馈至二维激光器和四维激光器；

进一步的，所述监视器设置在机架机罩外侧的右上方。

进一步的，所述四维激光器还包括由下而上相互交叉叠加设置的Y轴模块、X轴模块、W轴模块、Z轴模块、挂设在Z轴模块侧壁上的第二激光头，所述Y轴模块、X轴模块、W轴模块、Z轴模块根据PC控制机输出的运动补偿指令协同调整第二激光头移动至待焊接的产品位置进行直线焊接；所述二维激光器根据PC控制机输出的运动补偿指令调整第一激光头移动至带焊接产品位置进行直线焊接；所述CCD视觉定位相机输出端还设有监测焊接全过程的监视器。

进一步的，所述送料装置的数量为2台。

进一步的，所述的送料轴将夹具上的产品输送给二维激光器与四维激光器焊接后卸除产品，夹具可退回至送料轴入口端，重复下一个产品的焊接操作。

进一步的，所述CCD视觉定位相机设置在第二激光头上方，可对待焊接的产品放大150倍后拍摄。

一种激光焊焊接的方法，其特征在于：利用如上所述的装置进行实施，该方法包括如下步骤：

步骤S1，送料装置上料，将产品放入夹具内，待产品的一侧定位紧靠导轨定位基准后，确认产品左侧均与导轨定位基准相平，上料完成，按下旋转压紧气缸的按钮后压紧产品；

步骤S2，启动送料轴开关将待焊接的产品输送给CCD视觉定位相机拍照并将信号反馈至PC控制机，PC控制机对待焊接产品的照片进行预处理，计算出实际的焊缝路径宽度，结合检测得到的产品高度，输出的运动补偿指令并驱动二维激光器与四维激光器的运动至带焊接产品位置并控制该激光焊头的直线焊接动作；

步骤S3，所述PC控制机将焊接完产品检测数据与预设的标准数据进行对比，将不符合要求的焊接部位信息再次输送至二维激光器与四维激光器，再次由PC控制机发送控制指令至二维激光器与四维激光器，对不符合要求的焊接部位进行补焊；

步骤S4，焊接完成后夹具将产卸除，并随送料轴退回至至初始原位；

步骤S6，重复下一个产品焊接动作。

进一步的，所述CCD视觉定位相机十字靶心与二维激光器、四维激光器焊接光斑中心完全重合。

采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：配备同轴CCD监视***，同轴CCD监视***最大可以放大150倍，同时同轴CCD监视器十字靶心和激光焊接焊接光斑中心完全重合，设备通过CCD视觉检测取目标的图像信号，由工控***计算出相应的目标位置并驱动激光器进行位置定位,提高焊接精度，排除工装和产品误差，并且避免人为因素对产品品质的影响，易于激光加工时的调整定位，提高了精密加工中定位的准确性，从而提高焊接效率及产品的焊接质量。

附图说明

图1是本发明的激光焊接装置整机结构示意图。

图2是本发明的激光焊接装置内部结构示意图。

图3是本发明的思维激光器结构示意图。

图4是本发明的送料装置结构示意图。

图中：1—激光平台，2—监视器，3—PC控制器，4—送料装置，5—机架机罩，11—夹具，12—CCD视觉定位相机，13—四维激光器，14—送料轴，15—二维激光器，111—产品，112—旋转压紧气缸，113—导轨定位基准，131—Z轴模块，132—第二激光头，133—W轴模块，134—X轴模块，135—Y轴模块，151—第一激光头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1-4所示，一种具有CCD视觉定位的自动激光焊接装置，包括激光平台1和机架机罩5，还包括：设有导轨定位基准113、夹具11、送料轴14、旋转压紧气缸112并设置在激光平台1上的送料装置4；设置激光平台1一端的且设有第一激光头151的二维激光器15；设置在激光平台1另一端且设有第二激光头132、CCD视觉定位相机12的四维激光器13；设置在机架机罩5内的PC控制机3，设置在机架机罩5外壁上的监视器2，所述夹具11设置在送料轴14上，所述送料轴14水平的设置在激光平台1上，其出口端设有对产品111进行靠左定位的导轨定位基准113，入口端设有压紧产品111的旋转压紧气缸112；

所述CCD视觉定位相机12对待焊接产品111拍照，并反馈到与CCD视觉定位相机12输出端相连的PC控制机3，所述PC控制机3对照片进行预处理，找出可焊接的区域内之待焊接产品111的位置并发出运动补偿指令反馈至二维激光器15和四维激光器13；

所述四维激光器13还包括由下而上相互交叉叠加设置的Y轴模块135、X轴模块134、W轴模块133、Z轴模块131、挂设在Z轴模块131侧壁上的第二激光头132，所述Y轴模块135、X轴模块134、W轴模块133、Z轴模块131根据PC控制机3输出的运动补偿指令协同调整第二激光头132移动至待焊接的产品111位置进行直线焊接；

所述二维激光器15根据PC控制机3输出的运动补偿指令调整第一激光头151移动至带焊接产品111位置进行直线焊接；

所述CCD视觉定位相机12输出端还设有监测焊接全过程的监视器2。

实施例1

所述的产品111夹具11设置在送料轴14上，其作用是对待焊接产品111固定装夹，上料方式为人工直接上下料。

所述的旋转压紧气缸112作用将待焊接产品111上料完成后压紧待焊接产品111，降低在运动过程中带来的振动对焊机造成的影响。

所述的带导轨定位基准113作用为保持每次上料时待焊接品左侧的定位相对一致。

所述的送料轴14的作用是将产品111夹具11平稳匀速的输送给工业相机12位置进行拍照并将拍摄的照片信息输送至工控***3计算处理，完成后进一步将产品111送入四维激光器13与二维激光器15位置进行焊接，并退回至初始原位。

所述的工业相机12的作用是将待焊接产品111的外部轮廓进行拍照，并保存照片送与工控***3处理。

所述的四维激光器13的作用是将到位的待焊接产品111按照由PC控制机3所计算得出的坐标值进行轨迹为直线的焊接动作，其中四维激光器13的第二激光头的空间坐标由Z轴模131、W轴模块133、X轴模块134、Y轴模块135协同完成，根据PC控制机3发出的运动补偿指令进行位置的调整。所述焊接过程可在由连接在CCD视觉定位相机12出口的监视器2显示。

所述的二维激光器15的作用是将到位的待焊接产品111按照由PC控制机3所计算得出的坐标值对产品111进行轨迹为直线的焊接动作。根据PC控制机3发出的运动补偿指令进行位置的调整。所述焊接过程可在由连接在CCD视觉定位相机12出口的监视器2显示。

所述的PC控制机3对CCD视觉定位相机12拍摄的图像进行分析、识别产品111的端点轮廓，识别完成后计算两个端点形成的直线段的角度以及计算其中点位置，最终将计算结果输出运动补偿指令并控制各个激光器的空间轴进行焊接动作。

具有CCD检测的自动化激光焊接装置运行步骤具体为：

步骤S1，送料装置4上料，将产品111放入夹具11内，待产品111的一侧紧靠导轨定位基准113，确认产品111左侧均与导轨定位基准113相平，确认上料完成，按下旋转压紧气缸112的按钮后压紧产品；

步骤S2，启动送料轴14开关将待焊产品111输送给CCD视觉定位相机12拍照并将信号输送至PC控制机3，PC控制机3执行CCD视觉定位相机12发出的控制指令对产品111位置、高度计算；

步骤S3，PC控制机3对产品111实际焊接轨迹数据进行处理，并且根据处理结果发出运动补偿指令驱动二维激光器15与四维激光器13，以调节第一激光头151和第二激光头132的位置以及控制两组激光焊头的焊接动作；

步骤S4，所述PC控制机3将所述检测数据与预设的标准数据进行对比，将不符合要求的焊接部位信息传输至二维激光器15与四维激光器13，由工控***3发送控制指令至二维激光器15与四维激光器13，并且由工控***1控制第一激光头151和第二激光头132对该焊接部位进行补焊；

步骤S5，焊接完成后夹具将产品卸除，并随送料轴退回至至初始原位。

步骤S6，重复下一个产品焊接动作。

在本发明中CCD视觉定位相机12与PC控制机3控制激光焊接的具体过程为：

四维激光器由X轴模块134、Y轴模块135、Z轴模块131、W轴模块133组成（下面描述为X、Y0、Z0、W0）；

二维激光器由Z1轴模块、Y1轴模块组成（下面简称Y1，Z1）；

视觉监测分为视觉属性和视觉调试

视觉属性:主要是视觉方面的属性修改。

视觉调试:主要是视觉方面的参数确认。

主要操作如下：

(1):执行搜索:执行视觉搜索，即CCD视觉定位相机进行拍照，在参数设置里面能调整曝光时间和增益；

(2):实时图像:显示CCD视觉定位相机的图像；

(3):开始进行图像模板设定，将图像进行区域选定，并自动对选定区域进行顶端点捕捉与直线测量；

(4):完成模板设定后重新执行视觉搜索，观察得到的图像及顶端点的位置；

(5):得到顶点的坐标，然后两个顶点的平均值即为焊接的定位点，根据坐标补偿计算出焊接的X、Y0和W0轴坐标点；

(6):确定左工位数据，移动到焊接位置，移动Z1，使Z1对准产品，把当前Z1位置进行软件编写记录；

(7):确定右工位数据，移动到焊接位置，移动Z0，使Z0对准产品的上方，把当前Z0位置进行软件编写记录；

(8):确定右工位补偿数据

将Y1移动到拍照位置执行视觉搜索，将生成的补偿值对应记录；

移动X，Y0，W0，使第二激光头132和第一激光头151均对准产品，计算X、Y0、W0的补偿量；

(9):保存数据，预防不小心关闭软件或者断电等情况造成修改的数据没有保存；

(10):测试总动作查看拍照是否正常,看产品在图片中显示是否居中,能搜索到产品焊接轨迹是否正常，焊接轨迹是否正确。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有CCD检测的自动化激光焊接装置，包括激光平台（1）和机架机罩（5），还包括设有导轨定位基准（113）、夹具（11）、送料轴（14）、旋转压紧气缸（112）并设置在激光平台（1）上的送料装置（4）；设置在激光平台（1）一端的且设有第一激光头（151）的二维激光器（15）；设置在激光平台（1）另一端且设有第二激光头（132）及CCD视觉定位相机（12）的四维激光器（13），所述CCD视觉定位相机（12）设置在第二激光头（132）上方；设置在机架机罩（5）内的PC控制机（3），设置在机架机罩（5）外侧的监视器（2），其特征在于：

所述夹具（11）设置在送料轴（14）上，所述送料轴（14）水平的设置在激光平台（1）上，其出口端设有对产品（111）进行靠左定位的导轨定位基准（113），入口端设有压紧产品（111）的旋转压紧气缸（112）；

所述CCD视觉定位相机（12）对待焊接产品（111）拍照，并反馈到与其输出端相连的PC控制机（3），所述PC控制机（3）对照片进行预处理，找出可焊接的区域内之待焊接产品（111）的位置并发出运动补偿指令反馈至二维激光器（15）和四维激光器（13）；

所述二维激光器（15）根据PC控制机（3）输出的运动补偿指令调整第一激光头（151）移动至待焊接产品（111）位置进行直线焊接；

所述CCD视觉定位相机（12）输出端还设有监测焊接全过程的监视器（2）。

2.根据权利要求1所述的一种具有CCD检测的自动化激光焊接装置，其特征在于：所述监视器（2）设置在机架机罩（5）外侧的右上方。

3.根据权利要求1所述的一种具有CCD检测的自动化激光焊接装置，其特征在于：所述四维激光器（13）包括由下而上相互交叉叠加设置的Y轴模块（135）、X轴模块（134）、W轴模块（133）、Z轴模块（131）、挂设在Z轴模块（131）侧壁上的第二激光头（132），所述Y轴模块（135）、X轴模块（134）、W轴模块（133）、Z轴模块（131）根据PC控制机（3）输出的运动补偿指令协同调整第二激光头（132）移动至待焊接的产品（111）位置进行直线焊接。

4.根据权利要求1所述的一种具有CCD检测的自动化激光焊接装置，其特征在于：所述的送料轴（14）将夹具（11）上的产品（111）输送给二维激光器（15）与四维激光器（13）焊接后卸除产品（111），夹具（11）可退回至送料轴（14）入口端，重复下一个产品的焊接操作。

5.根据权利要求1所述的一种具有CCD检测的自动化激光焊接装置，其特征在于：所述CCD视觉定位相机（12）可对待焊接的产品放大150倍后拍摄。

6.一种激光焊焊接的方法，其特征在于：利用如权利要求1或2或3所述的装置进行实施，该方法包括如下步骤：

步骤S1，激光平台（1）上的送料装置（4）上料，将产品（111）放入夹具（11）内，待产品（111）的一侧定位紧靠导轨定位基准（113）后，确认产品（111）左侧均与导轨定位基准（113）相平，上料完成，按下旋转压紧气缸（112）的按钮后压紧产品（111）；

步骤S2，启动送料轴（14）开关将待焊接的产品（111）输送给CCD视觉定位相机（12）拍照并将信号反馈至PC控制机（3），PC控制机（3）对待焊接产品（111）的照片进行预处理，计算出实际的焊缝路径宽度，结合检测得到的产品（111）高度，输出运动补偿指令并驱动二维激光器（15）与四维激光器（13）运动至待焊接产品（111）位置并控制激光焊头的直线焊接动作；

步骤S3，所述PC控制机（3）将焊接完产品（111）检测数据与预设的标准数据进行对比，将不符合要求的焊接部位信息再次输送至二维激光器（15）与四维激光器（13），再次由PC控制机（3）发送控制指令至二维激光器（15）与四维激光器（13），对不符合要求的焊接部位进行补焊；

步骤S4，焊接完成后夹具（11）将产品（111）卸除，并随送料轴（14）退回至初始原位； 步骤S5，重复下一个产品焊接动作。

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