CN109822194A - 一种焊缝跟踪装置及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接自动化技术，具体是指一种通过视觉镜头和一字型激光***实时采集图像从而进行焊接的焊缝跟踪装置及焊接方法，包括三维伺服控制机械手(1)、跟踪支撑机构(2)、视觉激光定位跟踪组件(3)，所述三维伺服控制机械手(1)包括转动关节一(11)、转动关节二(12)和转动关节三(13)，所述转动关节一(11)、转动关节二(12)和转动关节三(13)依次转动配合，所述跟踪支承机构(2)包括跟踪支撑架(21)和行走轮(22)，所述跟踪支撑架(21)的一端安装在转动关节三(13)的底部，所述跟踪支撑架(21)的底部安装有行走轮(22)。
Description
技术领域
本发明涉及焊接自动化技术，具体是指一种焊缝跟踪装置及焊接方法。
背景技术
机器人等自动伺服焊接场合，为克服焊缝大小和截面不一致等不确定因素对焊接质量的影响，提高自动伺服焊接的可靠性，需要机器人等自动伺服机构能在线实时调整位置，确保焊枪对中焊缝中心，保证焊缝成形质量。目前，焊缝跟踪通常采用传感器进行检测，再使用闭环随动***实时跟踪。焊接用传感器可分为直接电弧式、接触式和非接触式三大类。接触式传感器一般在焊枪前方采用导杆或导轮和焊缝或工件的一个侧壁接触，通过导杆或导轮把焊缝位置的变化通过光电、滑动变阻器、力觉等方式转换为电信号，以供控制***跟踪焊缝。其特点为不受电弧干扰，工作可靠，成本低，曾在生产中得到过广泛应用，但跟踪精度不高。直接电弧传感器作为一种实时传感器件，与其它类型的传感器相比，具有结构较简单、成本低和响应快等特点，但电弧传感器的缺点是对薄板件的对接和搭接接头，很难跟踪，且无法知晓焊接截面积大小；而单纯的视觉传感器，由于图像受焊接强光、电弧热、飞溅、以及烟雾等多种强烈的干扰，无法精确实时跟踪。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种通过视觉镜头和一字型激光***实时采集图像从而进行焊接的焊缝跟踪装置及焊接方法。
为实现以上技术目的,本发明的技术方案是:一种焊缝跟踪装置，包括三维伺服控制机械手、跟踪支撑机构、视觉激光定位跟踪组件，所述三维伺服控制机械手包括转动关节一、转动关节二和转动关节三，所述转动关节一、转动关节二和转动关节三依次转动配合，所述跟踪支承机构包括跟踪支撑架和行走轮，所述跟踪支撑架的一端安装在转动关节三的底部，所述跟踪支撑架的底部安装有行走轮，所述视觉激光定位跟踪组件包括连接支架、一字型激光***和视觉传感器，所述视觉传感器安装在连接支架的一侧且垂直朝下，所述一字型激光***安装在连接支架的另一侧且斜向下朝向视觉传感器方向，所述连接支架安装在跟踪支撑架上，还包括焊枪，所述焊枪也安装在连接支架上。
作为优选，所述连接支架与跟踪支撑架可拆式连接且转动配合。
为实现以上技术目的,本发明的技术方案是:一种焊缝跟踪装置的焊接方法，包括如下步骤：步骤一、将待焊接板摆放在支撑板上，使得焊接板上的焊缝朝向焊枪；
步骤二：三维伺服控制机械手中转动关节一、转动关节二和转动关节三进行位置复位，进而使得焊枪、一字型激光***和视觉传感器到达焊缝初始位置；
步骤三：实时采集视觉传感器中一字激光***所形成的在焊接板上的平面颜色投射线，与支撑板高度差引起的焊缝投射线之间的距离及长度，得到焊缝宽度W、深度h、横向位置L和姿态角度b 并通过三维伺服控制机械手的精确换算和位置控制，使得焊枪始终处于焊缝的中心位置，直至整个焊缝焊接完成。
以上描述可以看出，本发明具备以下优点：1、采用本发明的焊缝跟踪装置可利用视觉传感器加上单色一字型激光***方法实时跟踪焊缝，利用提取单一颜色投射线得到焊枪位置参数，可避免图像受焊接强光、电弧热、飞溅、以及烟雾等多种强烈干扰；
2、借助视觉激光定位跟踪组件中的视觉传感器和一字颜色激光***形成一定的夹角，使得视觉图像中一字激光***所形成的焊接板材平面与支撑平面高度差变为两平面上的投射线距离差，从而得到焊缝深度h信息，支撑平面投射线宽度即为焊缝宽度W、焊接板材平面投射线端点到焊缝的距离即横向位置L、投射线与焊缝的角度即为姿态角度a等焊缝信息，实现了焊缝在线实时跟踪并调节焊枪运动速度、姿态和位置目标。
附图说明
图1为本发明的焊缝跟踪装置的结构示意图。
图2为本发明的焊缝跟踪装置的焊接原理示意图。
附图说明：1、三维伺服控制机械手，2、跟踪支撑机构，3、视觉激光定位跟踪组件，11、转动关节一，12、转动关节二，13、转动关节三，21、跟踪支撑架，22、行走轮，31、连接支架，32、一字型激光***，33、视觉传感器，4、焊枪，5、焊接板，6、支撑板，7、焊缝。
具体实施方式
下面结合本发明给定的附图和具体示例，进一步阐述本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例。都属于本发明的保护范围。
一种焊缝跟踪装置，包括三维伺服控制机械手1、跟踪支撑机构 2、视觉激光定位跟踪组件3，所述三维伺服控制机械手1包括转动关节一11、转动关节二12和转动关节三13，所述转动关节一11、转动关节二12和转动关节三13依次转动配合，所述跟踪支承机构2 包括跟踪支撑架21和行走轮22，所述跟踪支撑架21的一端安装在转动关节三13的底部，所述跟踪支撑架21的底部安装有行走轮22，所述视觉激光定位跟踪组件3包括连接支架31、一字型激光*** 32和视觉传感器33，所述视觉传感器33安装在连接支架31的一侧且垂直朝下，所述一字型激光***32安装在连接支架31的另一侧且斜向下朝向视觉传感器33方向，所述连接支架31安装在跟踪支撑架21上，还包括焊枪4，所述焊枪4也安装在连接支架31上。
所述连接支架31与跟踪支撑架21可拆式连接且转动配合。
一种焊缝跟踪装置的焊接方法，包括如下步骤：
步骤一、将待焊接板5摆放在支撑板6上，使得焊接板5上的焊缝7朝向焊枪4；
步骤二：三维伺服控制机械手1中转动关节一11、转动关节二 12和转动关节三13进行位置复位，进而使得焊枪4、一字型激光***32和视觉传感器33到达焊缝7初始位置；
步骤三：实时采集视觉传感器33中一字激光***所形成的在焊接板5上的平面颜色投射线，与支撑板6高度差引起的焊缝投射线之间的距离及长度，得到焊缝宽度、深度、横向位置和姿态角度并通过三维伺服控制机械手1的精确换算和位置控制，使得焊枪4始终处于焊缝 7的中心位置，直至整个焊缝焊接完成。
在具体实施时，可手动调整三维伺服控制机械手先回到传感器设定的机械零点，再带动视觉激光定位跟踪组件中视觉传感器和一字型激光***移动到焊缝上方，如图2所示，调节激光***聚焦高度，能保证一字线长大于最大焊缝宽度，并使得整个一字线长在视觉传感器视场范围内；
开启视觉处理程序，依据一字激光线与焊缝间的图像位置关系，将程序处理结果发送给伺服***，并启动伺服***调整视觉跟踪组件的位置，使焊枪中的焊丝位于焊缝中点，调整姿态，使得一字激光投影与焊缝垂直，并发送启动跟踪焊接信号给伺服***。
焊接加工开始后，沿焊缝纵向运行的同时，实时采集红色激光定位信息与焊缝位置关系，转换为焊缝宽度、深度、横向位置、姿态角度等信息，发送给伺服控制处理器，实时调整伺服机构带动焊枪调整姿态、位置和速度，使其始终处于焊缝中心位置，直至整个焊缝焊接完成。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种焊缝跟踪装置，其特征在于：包括三维伺服控制机械手(1)、跟踪支撑机构(2)、视觉激光定位跟踪组件(3)，所述三维伺服控制机械手(1)包括转动关节一(11)、转动关节二(12)和转动关节三(13)，所述转动关节一(11)、转动关节二(12)和转动关节三(13)依次转动配合，所述跟踪支承机构(2)包括跟踪支撑架(21)和行走轮(22)，所述跟踪支撑架(21)的一端安装在转动关节三(13)的底部，所述跟踪支撑架(21)的底部安装有行走轮(22)，所述视觉激光定位跟踪组件(3)包括连接支架(31)、一字型激光***(32)和视觉传感器(33)，所述视觉传感器(33)安装在连接支架(31)的一侧且垂直朝下，所述一字型激光***(32)安装在连接支架(31)的另一侧且斜向下朝向视觉传感器(33)方向，所述连接支架(31)安装在跟踪支撑架(21)上，还包括焊枪(4)，所述焊枪(4)也安装在连接支架(31)上。
2.根据权利要求1所述的焊缝跟踪装置，其特征在于：所述连接支架(31)与跟踪支撑架(21)可拆式连接且转动配合。
3.一种焊缝跟踪装置的焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、将待焊接板(5)摆放在支撑板(6)上，使得焊接板(5)上的焊缝(7)朝向焊枪(4)；
步骤二：三维伺服控制机械手(1)中转动关节一(11)、转动关节二(12)和转动关节三(13)进行位置复位，进而使得焊枪(4)、一字型激光***(32)和视觉传感器(33)到达焊缝(7)初始位置；
步骤三：实时采集视觉传感器(33)中一字激光***所形成的在焊接板(5)上的平面颜色投射线，与支撑板(6)高度差引起的焊缝投射线之间的距离及长度，得到焊缝宽度W、深度h、横向位置L和姿态角度b并通过三维伺服控制机械手(1)的精确换算和位置控制，使得焊枪(4)始终处于焊缝(7)的中心位置，直至整个焊缝焊接完成。
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