CN109365998B - 基于机器视觉定位的激光焊接装置及视觉定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于机器视觉定位的激光焊接装置及视觉定位方法，其中，所述激光焊接装置包括：大理石防振平台；X轴运动模块，设置在所述大理石防振平台的横梁上；Z轴运动模块，设置在所述X轴运动模块上，包括一绕Y轴手动转动平台；视觉定位模块，设置在所述绕Y轴手动转动平台上；Y轴运动模块，设置在所述大理石防振平台的基座上，包括一绕Z轴自动转动平台；控制驱动模块，包括一工控机和一伺服驱动器；焊接冷却模块，包括一光纤激光器和一工业水冷机。本发明简化了机器的运动控制，提高了焊接工件和激光焊接头的灵活性，可执行复杂的焊接工艺，机器视觉的定位精准度高，操作简单，提高了激光焊接生产效率。

Description

基于机器视觉定位的激光焊接装置及视觉定位方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，特别涉及一种基于机器视觉定位的激光焊接装置及视觉定位方法。

背景技术

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，由于其独特的优点，如激光束可聚焦在很小的区域、焊接工件变形量小等，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。机器视觉是人工智能快速发展的一个分支，机器视觉***将被摄取的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理***，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理***对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，再根据特征结果控制现场的设备动作。将机器视觉***应用在激光焊接领域时，机器通过视觉定位控制激光焊接头的焊接作业，代替传统的机械夹具定位方式，为激光焊接***提供了精确的定位参数，增加了激光焊接***的精确性。

中国专利文献号CN102645219B于2014年12月03日公开了一种用于焊缝检测的爬壁机器人的视觉导航***的焊缝的焊接定位方法及焊缝偏移量获取方法，该专利主要介绍了爬壁机器人的视觉导航***对焊缝的焊接定位方法，着重点在对焊接定位原理的论述和摄取图像的具体处理方法，没有给出爬壁机器人视觉导航***的结构特征，连接关系，控制及操作方式等。

中国专利文献号CN204414117U于2015年06月24日公开了一种视觉定位焊接机器人，该专利示意性地给出了一种视觉定位焊接机器人的结构特点及视觉定位方式，没有针对机器人如何通过其结构特点具体地完成视觉定位、激光焊接等过程。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于机器视觉定位的激光焊接装置及视觉定位方法，包括完整的焊接控制***，视觉定位***和焊接执行***，采用特定的机器视觉定位方法，能自动对焊接工件的焊缝定位并完成激光焊接，精准度高，操作和控制方便。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于机器视觉定位的激光焊接装置，包括：

大理石防振平台，所述大理石防振平台包括一大理石基座，所述大理石基座顶端的左右两侧分别固定设置有一大理石立柱，两个所述大理石立柱之间设置有一大理石横梁，所述大理石横梁的两端分别与两个所述大理石立柱的顶端通过紧固螺钉固定连接；

X轴运动模块，所述X轴运动模块设置在所述大理石横梁上，所述X轴运动模块包括一X轴自动位移滑台，所述X轴自动位移滑台与所述大理石横梁通过紧固螺钉固定连接；

Z轴运动模块，所述Z轴运动模块设置在所述X轴运动模块上，所述Z轴运动模块包括一Z轴自动位移滑台，所述Z轴自动位移滑台滑动设置在所述X轴自动位移滑台上，所述Z轴运动模块还包括一绕Y轴手动转动平台，所述绕Y轴手动转动平台滑动设置在所述Z轴自动位移滑台上；

视觉定位模块，所述视觉定位模块设置在所述绕Y轴手动转动平台上，通过紧固螺钉与所述绕Y轴手动转动平台固定连接；

Y轴运动模块，所述Y轴运动模块设置在所述大理石基座顶端的中部，同时位于所述视觉定位模块的底端，所述Y轴运动模块包括一Y轴自动位移滑台和绕Z轴自动转动平台，所述Y轴自动位移滑台通过紧固螺钉与所述大理石基座固定连接，所述绕Z轴自动转动平台滑动设置在所述Y轴自动位移滑台上；

控制驱动模块，所述控制驱动模块包括一内置运动控制卡的工控机和一伺服驱动器，所述工控机与所述伺服驱动器电连接，所述工控机还与所述视觉定位模块电连接，所述伺服驱动器分别与所述X轴自动位移滑台，所述Z轴自动位移滑台，所述Y轴自动位移滑台和所述Z轴自动转动平台电连接；

焊接冷却模块，所述焊接冷却模块包括一光纤激光器和一工业水冷机，所述光纤激光器与所述视觉定位模块通过光纤连接，所述工业水冷机分别与所述视觉定位模块和所述光纤激光器通过水管连接。

进一步地，所述Z轴自动位移滑台包括一伺服电机和一丝杆，所述伺服电机固定设置在所述Z轴自动位移滑台的第一端，与所述伺服驱动器电连接，所述丝杆设置在所述Z轴自动位移滑台的中部，所述丝杆的第一端通过一联轴器与所述伺服电机连接，所述Z轴自动位移滑台的两侧还分别设置有一导轨，每个所述导轨上均设置有两个滑块，所述丝杆上套设有一丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述丝杆螺纹连接，所述丝杆上还套设有一螺母支座，所述螺母支座和每个所述滑块均通过紧固螺钉固定连接在一承载板的底面组成一滑动整体，所述滑动整体通过设置在所述螺母支座上的紧固螺钉与所述丝杆螺母固定连接，所述承载板的顶面设置有一转接板，所述转接板的底面通过紧固螺钉与所述承载板固定连接，所述转接板的顶面通过紧固螺钉与所述绕Y轴手动转动平台固定连接。

进一步地，所述X轴自动位移滑台和所述Y轴自动位移滑台的结构均与所述Z轴自动位移滑台的结构相同，所述Z轴自动位移滑台在所述X轴自动位移滑台上的滑动连接方式、所述绕Z轴自动转动平台在所述Y轴自动位移滑台上的滑动连接方式均与所述绕Y轴手动转动平台在所述Z轴自动位移滑台上的滑动连接方式相同。

进一步地，所述绕Y轴手动转动平台包括Y轴转动基座，所述Y轴转动基座通过紧固螺钉与所述转接板固定连接，所述Y轴转动基座的其中一侧设置有一手动伺服电机，所述Y轴转动基座上设置有一Y轴转盘，所述Y轴转盘与所述手动伺服电机通过设置在Y轴转动基座内部的蜗杆蜗轮结构连接。

进一步地，所述视觉定位模块包括一封装外壳，所述封装外壳的中部外侧固定设置有一固定座，所述固定座通过紧固螺钉与所述Y轴转盘固定连接，所述封装外壳的第一顶端上设置有一工业镜头，所述工业镜头的顶端设置有一工业相机，所述工业相机与所述工业镜头通过一锁定旋钮连接，所述封装外壳的第二顶端上设置有一光纤接口，所述光纤接口与设置在所述封装外壳的中部内侧的一激光焊接头通过光纤连通，所述封装外壳的底部还设置有一环形光源。

进一步地，所述绕Z轴自动转动平台的工作台上设置有一夹具，所述夹具包括一呈“工”字形的夹具支座，所述夹具支座的顶端设置有一通风底板，通过紧固螺钉与所述夹具支座固定连接，所述通风底板的中部开设有一通风槽，所述通风槽连通所述夹具支座的第一端和第二端，所述通风槽的第一端和第二端分别设置有一进气嘴和一出气嘴，所述通风底板的顶端设置有两块焊接工件，每块所述焊接工件的顶端均设置有一固定盖板，两块所述固定盖板均通过紧固螺钉与所述通风底板固定连接，所述通风底板的两侧还分别设置有两个回形固定片，所述回形固定片与设置在所述夹具支座上的紧固螺钉滑动连接。

本发明还提供了激光焊接装置的视觉定位方法，包括：

步骤一，打开所述光纤激光器在一测试板上先加工出一条激光直线，所述工控机将所述工业相机采集的所述激光直线的图像进行边缘检测并拟合成激光移动线；

步骤二，将所述焊接工件在所述夹具上安装好后，所述工控机将所述工业相机采集的所述焊接工件的图像进行边缘检测并拟合成待加工线；

步骤三，在所述工控机上设置参数并由内嵌其上的运动控制卡发出运动指令并传递给所述伺服驱动器，所述伺服驱动器接收运动指令后驱动所述伺服电机转动，从而调节所述Y轴自动位移滑台和所述绕Z轴自动转动平台的位置，改变所述待加工线的位置和角度，最终使得所述待加工线和所述激光移动线重合，完成所述焊接工件的视觉定位；

步骤四，根据相关工艺要求，所述待加工线和所述激光移动线重合之后，还可设置参数调节所述Y轴自动位移滑台的位置，使所述待加工线重新偏移所述激光移动线一段距离，即完成所述焊接工件的偏移视觉定位。

本发明的上述方案的有益效果：本发明的基于机器视觉定位的激光焊接装置，包括完整的焊接控制***、视觉定位***和焊接执行***，焊接执行***可执行X轴、Y轴和Z轴方向的位移，同时还可执行绕Y轴的角位移和绕Z轴的角位移，并且各自由度的位移独立执行，简化了机器的运动控制，提高了焊接工件和激光焊接头的灵活性，可执行复杂的焊接工艺；视觉定位***采用机器视觉自动定位，摄取的图像信息清晰准确，定位对准的过程通过焊接控制***的工控机操作，算法处理可靠并且执行速度快，视觉定位的精准度高，仅需在控制软件界面设置相关参数，操作简单，减小了人工的劳动强度，有效地提高了激光焊接生产效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的Z轴自动位移滑台结构示意图；

图3是本发明的绕Y轴手动转动平台结构示意图；

图4是本发明的绕Z轴自动转动平台结构示意图；

图5是本发明的视觉定位模块结构示意图；

图6是本发明的夹具结构示意图；

图7是图6夹具的A向视图；

图8是本发明的控制软件界面图；

图9是本发明的视觉定位原理图；

图10是本发明的视觉定位和加工过程的流程图。

【附图标记说明】

1-大理石防振平台；101-大理石基座；102-大理石立柱；103-大理石横梁；2-X轴运动模块；201-X轴自动位移滑台；3-Z轴运动模块；301-Z轴自动位移滑台；302-绕Y轴手动转动平台；303-伺服电机；304-丝杆；305-联轴器；306-导轨；307-滑块；308-丝杆螺母；309-螺母支座；310-承载板；311-转接板；312-Y轴转动基座；313-手动伺服电机；314-Y轴转盘；4-视觉定位模块；401-封装外壳；402-固定座；403-工业镜头；404-工业相机；405-光纤接口；406-激光焊接头；407-环形光源；5-Y轴运动模块；501-Y轴自动位移滑台；502-绕Z轴自动转动平台；503-Z轴转动基座；504-工作台；505-夹具；506-夹具支座；507-通风底板；508-通风槽；509-进气嘴；510-出气嘴；511-焊接工件；512-固定盖板；513-回形固定片；6-控制驱动模块；601-工控机；602-伺服驱动器；7-焊接冷却模块；701-光纤激光器；702-工业水冷机。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种基于机器视觉定位的激光焊接***，包括大理石防振平台1，所述大理石防振平台1包括一大理石基座101，所述大理石基座101顶端的左右两侧分别固定设置有一大理石立柱102，两个所述大理石立柱102之间设置有一大理石横梁103，所述大理石横梁103的两端分别与两个所述大理石立柱102的顶端通过紧固螺钉固定连接；X轴运动模块2，所述X轴运动模块2设置在所述大理石横梁103上，所述X轴运动模块2包括一X轴自动位移滑台201，所述X轴自动位移滑台201与所述大理石横梁103通过紧固螺钉固定连接；Z轴运动模块3，所述Z轴运动模块3设置在所述X轴运动模块2上，所述Z轴运动模块3包括一Z轴自动位移滑台301，所述Z轴自动位移滑台301滑动设置在所述X轴自动位移滑台201上，所述Z轴运动模块3还包括一绕Y轴手动转动平台302，所述绕Y轴手动转动平台302滑动设置在所述Z轴自动位移滑台301上；视觉定位模块4，所述视觉定位模块4设置在所述绕Y轴手动转动平台302上，通过紧固螺钉与所述绕Y轴手动转动平台302固定连接；Y轴运动模块5，所述Y轴运动模块5设置在所述大理石基座101顶端的中部，同时位于所述视觉定位模块4的底端，所述Y轴运动模块5包括一Y轴自动位移滑台501和绕Z轴自动转动平台502，所述Y轴自动位移滑台501通过紧固螺钉与所述大理石基座101固定连接，所述绕Z轴自动转动平台502滑动设置在所述Y轴自动位移滑台上501；控制驱动模块6，所述控制驱动模块6包括一内置运动控制卡的工控机601和一伺服驱动器602，所述工控机601与所述伺服驱动器602电连接，所述工控机601还与所述视觉定位模块4电连接，所述伺服驱动器602分别与所述X轴自动位移滑台201，所述Z轴自动位移滑台301，所述Y轴自动位移滑台501和所述Z轴自动转动平台502电连接；焊接冷却模块7，所述焊接冷却模块7包括一光纤激光器701和一工业水冷机702，所述光纤激光器701与所述视觉定位模块4通过光纤连接，所述工业水冷机702分别与所述视觉定位模块4和所述光纤激光器701通过水管连接。

本发明所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，X轴运动模块2包括X轴自动位移滑台201，通过紧固螺钉固定设置在大理石横梁103上，能对设置在X轴自动位移滑台201上的包括Z轴运动模块3、视觉定位模块4的整体提供X轴方向的位移。Z轴运动模块3通过紧固螺钉固定设置在X轴运动模块2上，包括Z轴自动位移滑台301和绕Y轴手动转动平台302，绕Y轴手动转动平台302通过紧固螺钉固定设置在Z轴自动位移滑台301上，视觉定位模块4通过紧固螺钉固定设置在绕Y轴手动转动平台302上，Z轴自动位移滑台301能对包括绕Y轴手动转动平台302和视觉定位模块4的整体提供Z轴方向的位移，而绕Y轴手动转动平台302能通过手动操作的方式调整视觉定位模块4的入射角度。Y轴运动模块5包括Y轴自动位移滑台501和绕Z轴自动转动平台502，Y轴自动位移滑台501通过紧固螺钉固定设置在大理石基座101上，能对设置在Y轴自动位移滑台501上的绕Z轴自动转动平台502提供Y轴方向的位移，绕Z轴自动旋转平台502能提供一个绕Z轴的角位移。控制驱动模块6的工控机601，能接收视觉定位模块4的摄取图像信息并处理，然后发出指令，控制伺服驱动器602，来调整X轴自动位移滑台201、Z轴自动位移滑台301、Y轴自动位移滑台501以及绕Z轴自动转动平台502的对应位移。焊接冷却模块7，包括光纤激光器701和工业水冷机702，光纤激光器701可以向视觉定位模块4内输送激光源，而工业水冷机702可以在焊接作业时，分别向光纤激光器701和视觉定位模块4内输送冷却水，给光纤激光器701和视觉定位模块4降温。

如图2所示，所述Z轴自动位移滑台301包括一伺服电机303和一丝杆304，所述伺服电机302固定设置在所述Z轴自动位移滑台301的第一端，与所述伺服驱动器602电连接，所述丝杆304设置在所述Z轴自动位移滑台301的中部，所述丝杆304的第一端通过一联轴器305与所述伺服电机303连接，所述Z轴自动位移滑台301的两侧还分别设置有一导轨306，每个所述导轨306上均设置有两个滑块307，所述丝杆304上套设有一丝杆螺母308，所述丝杆螺母308与所述丝杆304螺纹连接，所述丝杆304上还套设有一螺母支座309，所述螺母支座309和每个所述滑块307均通过紧固螺钉固定连接在一承载板310的底面组成一滑动整体，所述滑动整体通过设置在所述螺母支座309上的紧固螺钉与所述丝杆螺母308固定连接，所述承载板310的顶面设置有一转接板311，所述转接板311的底面通过紧固螺钉与所述承载板310固定连接，所述转接板311的顶面通过紧固螺钉与所述绕Y轴手动转动平台302固定连接。同时，所述X轴自动位移滑台201和所述Y轴自动位移滑台501的结构均与所述Z轴自动位移滑台301的结构相同，所述Z轴自动位移滑台301在所述X轴自动位移滑台201上的滑动连接方式、所述绕Z轴自动转动平台502在所述Y轴自动位移滑台501上的滑动连接方式均与所述绕Y轴手动转动平台302在所述Z轴自动位移滑台301上的滑动连接方式相同。

本发明所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，所述伺服电机303为Z轴自动位移滑台301的动力源，丝杆304的第一端通过联轴器305连接伺服电机303的输出端，可通过伺服电机303的驱动而转动，而丝杆螺母308套设在丝杆304上并螺纹连接，当丝杆304转动时能带动丝杆螺母308上下移动，螺母支座309和每个滑块307均通过紧固螺钉固定连接在承载板310上，组成了一个整体，而螺母支座309又与丝杆螺母308通过紧固螺钉固定连接，因此当丝杆304转动时，可以带动此整体上下移动，完成Z轴方向的位移。承载板310的顶面还固定设置有一转接板311，绕Y轴手动转动平台302通过紧固螺钉固定设置在承载板310上，因此绕Y轴手动转动平台302能随着整体沿Z轴方向移动。同时，X轴自动位移滑台201和Y轴自动位移滑台501的结构与上述Z轴自动位移滑台301的结构相同，Z轴自动位移滑台301在X轴自动位移滑台201上的滑动连接方式、绕Z轴自动转动平台502在Y轴自动位移滑台501上的滑动连接方式也与上述绕Y轴手动转动平台302在Z轴自动位移滑台301上的滑动连接方式相同，因此X轴自动位移滑台201和Y轴自动位移滑台501的具体结构特征和连接关系这里不再赘述。

如图3、图4所示，所述绕Y轴手动转动平台302包括Y轴转动基座312，所述Y轴转动基座312通过紧固螺钉与所述转接板311固定连接，所述Y轴转动基座312的其中一侧设置有一手动伺服电机313，所述Y轴转动基座312上设置有一Y轴转盘314，所述Y轴转盘314与所述手动伺服电机313通过设置在Y轴转动基座312内部的蜗杆蜗轮结构连接。同时，所述绕Z轴自动转动平台502包括Z轴转动基座503，所述Z轴转动基座503通过紧固螺钉与所述转接板311固定连接，所述Z轴转动基座503的其中一侧设置有一伺服电机303，所述伺服电机303与所述伺服驱动器602电连接，所述Z轴转动基座503上设置有一工作台504，所述工作台504与所述伺服电机303通过设置在Z轴转动基座503内部的蜗杆蜗轮结构连接。

本发明所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，绕Y轴手动转动平台302包括Y轴转动基座312和设置在其一侧的手动伺服电机313，可手动扭转设置在上方的操作旋钮完成手动伺服电机313的输出，Y轴转动基座312上设置的Y轴转盘314，固定连接在Y轴转动基座312内的蜗轮上，Y轴转动基座312内还设置有一蜗杆，其一端连接手动伺服电机313的输出端，另一端与所述蜗轮螺纹连接，因此手动伺服电机313的输出能通过蜗杆蜗轮结构带动Y轴转盘314转动，完成角位移。绕Z轴自动转动平台502的结构与绕Y轴手动转动平台302的结构类似，仅仅是把绕Y轴手动转动平台302的手动伺服电机313换成了绕Z轴自动转动平台502上的伺服电机303，这里也不再赘述。

如图5所示，所述视觉定位模块4包括一封装外壳401，所述封装外壳401的中部外侧固定设置有一固定座402，所述固定座402通过紧固螺钉与所述Y轴转盘314固定连接，所述封装外壳401的第一顶端上设置有一工业镜头403，所述工业镜头403的顶端设置有一工业相机404，所述工业相机404与所述工业镜头403通过一锁定旋钮连接，所述封装外壳401的第二顶端上设置有一光纤接口405，所述光纤接口405与设置在所述封装外壳401的中部内侧的一激光焊接头406通过光纤连通，所述封装外壳401的底部还设置有一环形光源407。

本发明所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，视觉定位通过设置在封装外壳401中部外侧的固定座402与Y轴转盘314固定连接，可随Y轴转盘314的转动而调整倾角，封装外壳401包括第一顶端和第二顶端，第一顶端上设置的工业相机404，与工控机601电连接，可通过工业镜头403将摄取的图像信息输送至工控机601处理，第二顶端设置的光纤接口405，连接光纤激光器701，可接收从光纤激光器701输出的激光源并导入封装外壳401内，通过封装外壳401内的光纤线，最终导入设置在封装外壳401中部的激光焊接头406内，封装外壳401底部设置的环形光源407，能提供工业相机404摄取图像时必要的光照。

如图6和图7所示，所述绕Z轴自动转动平台502的工作台504上设置有一夹具505，所述夹具505包括一呈“工”字形的夹具支座506，所述夹具支座506的顶端设置有一通风底板507，通过紧固螺钉与所述夹具支座506固定连接，所述通风底板507的中部开设有一通风槽508，所述通风槽508连通所述夹具支座506的第一端和第二端，所述夹具支座506的第一端和第二端分别设置有一进气嘴509和一出气嘴510，所述通风底板507的顶端设置有两块焊接工件511，每块所述焊接工件511的顶端均设置有一固定盖板512，两块所述固定盖板512均通过紧固螺钉与所述通风底板507固定连接，所述通风底板507的两侧还分别设置有两个回形固定片513，所述回形固定片513与设置在所述夹具支座506上的紧固螺钉滑动连接。

本发明所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，呈工字形的夹具支座506的底板通过紧固螺钉固定连接在绕Z轴自动转动平台502的工作台504上，使得夹具505可随着绕Z轴自动转动平台502的转动而实现绕Z轴的角位移，夹具支座506的顶板上的通风底板507，中部设置有通风槽508，并且两端分别设置有进气嘴509和出气嘴510，可从进气嘴509导入保护气体，在通风槽508内流通并从出气嘴510排出，防止激光焊接时焊接工件511背部的熔化金属的氧化，焊接工件511设置在通风底板507上，焊接工件511上再设置一块固定盖板512，固定盖板512通过紧固螺钉与通风底板507连接并锁紧，这样能将固定盖板512和通风底板507之间的焊接工件511夹紧固定，防止焊接时焊接工件511移位，实际操作时将两块焊接工件511的焊缝位置设置在通风底板507的通风槽508之上，便于对焊接工件511背面的熔化金属的保护，通风底板507上还设置有回形固定片513，作为焊接工件511的辅助夹紧装置，也能对焊接工件511加紧固定。

如图8、图9、图10所示，本发明还提供了激光焊接装置的视觉定位方法，包括：步骤一，打开所述光纤激光器701在一测试板上先加工出一条激光直线，所述工控机601将所述工业相机404采集的所述激光直线的图像进行边缘检测并拟合成激光移动线；步骤二，将所述焊接工件511在所述夹具505上安装好后，所述工控机601将所述工业相机404采集的所述焊接工件511的图像进行边缘检测并拟合成待加工线；步骤三，在所述工控机601上设置参数并由内嵌其上的运动控制卡发出运动指令并传递给所述伺服驱动器602，所述伺服驱动器602接收运动指令后驱动所述伺服电机303转动，从而调节所述Y轴自动位移滑台501和所述绕Z轴自动转动平台502的位置，改变所述待加工线的位置和角度，最终使得所述待加工线和所述激光移动线重合，完成所述焊接工件511的视觉定位；步骤四，根据相关工艺要求，所述待加工线和所述激光移动线重合之后，还可设置参数调节所述Y轴自动位移滑台501的位置，使所述待加工线重新偏移所述激光移动线一段距离，即完成所述焊接工件511的偏移视觉定位。

本发明的实施例所述的激光焊接装置的视觉定位方法，具体操作步骤为：

激光线拟合和检测，将一测试板固定安装在夹具505上，使得测试板的转动中心在转动中心参考线上，其中转动中心参考线是与Y轴平行且经过绕Z轴自动转动平台502的转动中心的线，然后打开光纤激光器701在测试板上加工出一条激光直线；再打开工业相机404，此时激光直线的实时图像显示在图8所示的工控机601控制软件的显示窗口(1)内，同时，工业相机404可对激光直线的边缘图像进行实时采集并显示于图8所示的显示窗口(2)；在控制软件的“视觉定位检测模块”点击“二值化”按钮对采集的图像进行二值化处理得到二值化图像并重新显示在显示窗口(2)，拖动二值化滚动条调节二值化图像到一个合适的状态，采用累计概率Hough变换对二值化图像进行直线检测得到相应的线段集合A；在控制软件的“视觉定位检测模块”点击“Canny检测”按钮，利用Canny边缘提取算子对二值化图像进行边缘检测，接着与点集A进行“与”运算得到特征点集B；在控制软件的“激光线检测”处依次选择要拟合的上、下激光线及激光线中线，并点击其按钮，运用迭代重复加权最小二乘法对上述的B点集进行高精度直线拟合得出激光线中线拟合线，而拟合的结果自动显示在该模块，包括激光线中线拟合线的角度α0、Y坐标值Y0。工件边缘拟合和检测，使用夹具505将焊接工件511安装并固定好，使得焊接工件511的转动中心在转动中心参考线上，然后重复上述激光线拟合和检测步骤中对直线拟合的操作，此时工业相机404采集的是焊接工件511的边缘实时图像，而二值化、累计概率Hough变换、Canny检测及迭代重复加权最小二乘法处理的对象是焊接工件511的边缘图像，拟合后可以得到焊接工件511的上、下边缘线拟合线及中心线拟合直线，而相应拟合线的拟合结果自动显示在“工件边缘线检测模块”，包括拟合线的角度α1、Y坐标值Y1。定位对准，经过上述的拟合和检测，得到了激光线中线拟合线和工件边缘拟合线，即激光移动线和待加工线两条线，再根据控制软件的“工件边缘线检测模块”的角度差α1-α0和距离Y1-Y0，在控制软件的“运动参数设置模块”的Y轴和绕Z轴处设置参数，调节绕Z轴自动转动平台502使角度差α1-α0＝0，即待加工线平行于激光移动线，调节Y轴自动位移滑台501使Y1-Y0＝0，即待加工线与激光移动线重合，完成定位对准，之后便可调节参数进行焊接加工。偏移调整，根据特殊焊接工艺的要求，在待加工线与激光移动线重合之后，还可在控制软件的“运动参数设置模块”的Y轴处设置偏移参数，调节Y轴自动位移滑台501运动，使待加工线重新偏移激光移动线一段距离，完成焊接工件511的偏移定位，之后再进行激光焊接加工。

本发明上述的激光焊接装置的视觉定位方法，采用机器视觉自动定位，摄取的图像信息清晰准确，定位对准的过程通过工控机601操作，算法处理可靠并且执行速度快，视觉定位的精准度高，仅需在控制软件界面设置相关参数，操作简单，尤其对于没有图纸，或者图纸与实物存在较大误差的情况下，本方法提高了直接对工件的激光焊接作业的可靠性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉定位的激光焊接装置，其特征在于，包括：

大理石防振平台，所述大理石防振平台包括一大理石基座，所述大理石基座顶端的左右两侧分别固定设置有一大理石立柱，两个所述大理石立柱之间设置有一大理石横梁，所述大理石横梁的两端分别与两个所述大理石立柱的顶端通过紧固螺钉固定连接；

X轴运动模块，所述X轴运动模块设置在所述大理石横梁上，所述X轴运动模块包括一X轴自动位移滑台，所述X轴自动位移滑台与所述大理石横梁通过紧固螺钉固定连接；

Z轴运动模块，所述Z轴运动模块设置在所述X轴运动模块上，所述Z轴运动模块包括一Z轴自动位移滑台，所述Z轴自动位移滑台滑动设置在所述X轴自动位移滑台上，所述Z轴运动模块还包括一绕Y轴手动转动平台，所述绕Y轴手动转动平台滑动设置在所述Z轴自动位移滑台上；

视觉定位模块，所述视觉定位模块设置在所述绕Y轴手动转动平台上，通过紧固螺钉与所述绕Y轴手动转动平台固定连接；

Y轴运动模块，所述Y轴运动模块设置在所述大理石基座顶端的中部，同时位于所述视觉定位模块的底端，所述Y轴运动模块包括一Y轴自动位移滑台和绕Z轴自动转动平台，所述Y轴自动位移滑台通过紧固螺钉与所述大理石基座固定连接，所述绕Z轴自动转动平台滑动设置在所述Y轴自动位移滑台上；

控制驱动模块，所述控制驱动模块包括一内置运动控制卡的工控机和一伺服驱动器，所述工控机与所述伺服驱动器电连接，所述工控机还与所述视觉定位模块电连接，所述伺服驱动器分别与所述X轴自动位移滑台，所述Z轴自动位移滑台，所述Y轴自动位移滑台和所述Z轴自动转动平台电连接；

焊接冷却模块，所述焊接冷却模块包括一光纤激光器和一工业水冷机，所述光纤激光器与所述视觉定位模块通过光纤连接，所述工业水冷机分别与所述视觉定位模块和所述光纤激光器通过水管连接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，其特征在于，所述Z轴自动位移滑台包括一伺服电机和一丝杆，所述伺服电机固定设置在所述Z轴自动位移滑台的第一端，与所述伺服驱动器电连接，所述丝杆设置在所述Z轴自动位移滑台的中部，所述丝杆的第一端通过一联轴器与所述伺服电机连接，所述Z轴自动位移滑台的两侧还分别设置有一导轨，每个所述导轨上均设置有两个滑块，所述丝杆上套设有一丝杆螺母，所述丝杆螺母与所述丝杆螺纹连接，所述丝杆上还套设有一螺母支座，所述螺母支座和每个所述滑块均通过紧固螺钉固定连接在一承载板的底面组成一滑动整体，所述滑动整体通过设置在所述螺母支座上的紧固螺钉与所述丝杆螺母固定连接，所述承载板的顶面设置有一转接板，所述转接板的底面通过紧固螺钉与所述承载板固定连接，所述转接板的顶面通过紧固螺钉与所述绕Y轴手动转动平台固定连接。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，其特征在于，所述X轴自动位移滑台和所述Y轴自动位移滑台的结构均与所述Z轴自动位移滑台的结构相同，所述Z轴自动位移滑台在所述X轴自动位移滑台上的滑动连接方式、所述绕Z轴自动转动平台在所述Y轴自动位移滑台上的滑动连接方式均与所述绕Y轴手动转动平台在所述Z轴自动位移滑台上的滑动连接方式相同。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，其特征在于，所述绕Y轴手动转动平台包括Y轴转动基座，所述Y轴转动基座通过紧固螺钉与所述转接板固定连接，所述Y轴转动基座的其中一侧设置有一手动伺服电机，所述Y轴转动基座上设置有一Y轴转盘，所述Y轴转盘与所述手动伺服电机通过设置在Y轴转动基座内部的蜗杆蜗轮结构连接。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，其特征在于，所述视觉定位模块包括一封装外壳，所述封装外壳的中部外侧固定设置有一固定座，所述固定座通过紧固螺钉与所述Y轴转盘固定连接，所述封装外壳的第一顶端上设置有一工业镜头，所述工业镜头的顶端设置有一工业相机，所述工业相机与所述工业镜头通过一锁定旋钮连接，所述封装外壳的第二顶端上设置有一光纤接口，所述光纤接口与设置在所述封装外壳的中部内侧的一激光焊接头通过光纤连通，所述封装外壳的底部还设置有一环形光源。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，其特征在于，所述绕Z轴自动转动平台包括Z轴转动基座，所述Z轴转动基座通过紧固螺钉与所述转接板固定连接，所述Z轴转动基座的其中一侧设置有一伺服电机，所述伺服电机与所述伺服驱动器电连接，所述Z轴转动基座上设置有一工作台，所述工作台与所述伺服电机通过设置在Z轴转动基座内部的蜗杆蜗轮结构连接。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，其特征在于，所述绕Z轴自动转动平台上的夹具包括一呈“工”字形的夹具支座，所述夹具支座的顶端设置有一通风底板，通过紧固螺钉与所述夹具支座固定连接，所述通风底板的中部开设有一通风槽，所述通风槽连通所述夹具支座的第一端和第二端，所述通风槽的第一端和第二端分别设置有一进气嘴和一出气嘴，所述通风底板的顶端设置有两块焊接工件，每块所述焊接工件的顶端均设置有一固定盖板，两块所述固定盖板均通过紧固螺钉与所述通风底板固定连接，所述通风底板的两侧还分别设置有两个回形固定片，所述回形固定片与设置在所述夹具支座上的紧固螺钉滑动连接。

8.一种激光焊接装置的视觉定位方法，应用于如权利要求7所述的基于机器视觉定位的激光焊接装置，其特征在于，包括：

步骤一，打开所述光纤激光器在一测试板上先加工出一条激光直线，所述工控机将所述工业相机采集的所述激光直线的图像进行边缘检测并拟合成激光移动线；

步骤二，将所述焊接工件在所述夹具上安装好后，所述工控机将所述工业相机采集的所述焊接工件的图像进行边缘检测并拟合成待加工线；

步骤三，在所述工控机上设置参数并由内嵌其上的运动控制卡发出运动指令并传递给所述伺服驱动器，所述伺服驱动器接收运动指令后驱动所述伺服电机转动，从而调节所述Y轴自动位移滑台和所述绕Z轴自动转动平台的位置，改变所述待加工线的位置和角度，最终使得所述待加工线和所述激光移动线重合，完成所述焊接工件的视觉定位；

步骤四，根据相关工艺要求，所述待加工线和所述激光移动线重合之后，还可设置参数调节所述Y轴自动位移滑台的位置，使所述待加工线重新偏移所述激光移动线一段距离，即完成所述焊接工件的偏移视觉定位。