CN112254652A - 一种单激光传感器的工件连接点定位装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单激光传感器的工件连接点定位装置及定位方法，定位装置包括移动单元、高精度激光测距单元和核心控制单元，移动单元用于实现高精度激光测距单元在X‑Y两个方向上的移动，移动单元包括X向滑台和Y向滑台，X向滑台垂直安装于Y向滑台上，X、Y滑台组件实现X、Y平面定位，激光测距传感器固定在X向滑台上，同时实现Z轴定位。通过核心控制单元的控制检测，定位工件连接点的三维空间精确定位。

Description

一种单激光传感器的工件连接点定位装置及定位方法

技术领域

本发明涉及定位技术领域，具体涉及一种单激光传感器的工件连接点定位装置及定位方法。

背景技术

自动化流水线生产过程中，有大量的工件要在某一个工序中完成连接工作，包括插接、焊接等连接任务。当这些工序的前道工序因为固有技术原因不能够保证工件连接点的空间位置一致性性时，生产线上工件连接点空间位置对于理论值将会产生一定范围的偏差，依靠绝对位置定位的机械***将无法准确完成工件连接的任务，导致大量连接工作不得不采用人工完成，劳动强度大、生产效率低、质量稳定性差。只有设计制造出高效、高精度的工件连接点空间位置定位装置，才能够为连接设备提供准确定位信息并高效完成连接工作。

目前，针对工件连接点实时定位的方法基本都是采用工业相机做视觉识别，主要有以下几种：(1)单目摄像头，即利用单摄像机畸变校正和标识点辅助定位技术，但定位精度过低，并且仅能完成平面定位，无法实现空间三维定位；(2)多目摄像头，利用两个及以上的摄像头采集实时图像并进行三维重建，重建速度偏慢，且定位精度难以达到1mm以上；(3)随动摄像头，即利用滑台或机械臂带动摄像头运动，对工件连接点进行精度定位。但该方案多适用于微小细丝的连接点领域，对较大尺寸工件的空间位置难以确定；(4)利用顶部相机+边侧相机等分别获取工件连接点的方案，只适用于外形简洁的工件，对于带有复杂未连接管路的工件，会造成视觉遮挡而无法获取准确信息；(5)对于连接点进行焊接的场合，电弧焊、激光焊接和火焰焊接都会给工作环境带来强光闪烁干扰，导致摄像头失去稳定工作的条件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种单激光传感器的工件连接点定位装置及定位方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案来实现的：

一种单激光传感器的工件连接点定位装置，其特征在于：包括移动单元、高精度激光测距单元和核心控制单元，移动单元用于实现高精度激光测距单元在X-Y两个方向上的移动；移动单元包括X向滑台和Y向滑台，Y向滑台竖直安装，X向滑台水平安装在Y向滑台上，Y向滑台包括Y向滑座，Y向滑座中间位置转动设置有Y向丝杆，Y向滑座一侧设有Y向丝杆电机，Y向丝杆电机的电机轴通过联轴器与Y向丝杆相连，Y向丝杆上设置有Y向安装块，Y向滑座上位于Y向丝杆两侧的位置设有Y向导杆，Y向导杆贯穿Y向安装块设置；X向滑台包括X向滑座，X向滑座安装于Y向安装块上，X向滑座中间位置转动设置有X向丝杆，X向滑座一侧设有X向丝杆电机，X向丝杆电机的电机轴通过联轴器与X向丝杆相连，X向丝杆上设置有X向安装块，X向滑座上位于X向丝杆两侧的位置设有X向导杆，X向导杆贯穿X向安装块设置；高精度激光测距单元包括高精度激光测距传感器、传感器连接板和传感器固定板，传感器连接板为L型，传感器连接板竖直段的背面与X向安装块的正面相连接，传感器固定板安装于传感器连接板的水平段上，传感器固定板的侧面安装高精度激光测距传感器，高精度激光测距传感器与核心控制单元通过信号线相连，核心控制单元用于接收高精度激光测距传感器的反馈信号，核心控制单元与X向丝杆电机、Y向丝杆电机之间通过信号线连接，核心控制单元控制X向丝杆电机、Y向丝杆电机的启停以及正反转控制移动单元进行快速运动，带动高精度激光测距单元移动来进行距离检测，完成空间方向定位。

作为优选，高精度激光测距传感器为一具有超小聚焦光斑的激光测距传感器，光斑直径在300um以下。

作为优选，高精度激光测距传感器的重复精度在200um以下。

一种工件连接点的定位方法，工件连接点即工件上原有管路与需安装的管路连接处的中点位置，包括如下步骤：

步骤1：初始检测位置给定，通过手动给定或示教给定方式，给定一个靠近连接点的点作为初始位置，该点位于连接点最大误差范围内；

步骤2：检测位置初始化，控制移动单元，使高精度激光测距传感器的聚焦位置定位初始检测位置的左下方，该位置处于待测管路的边缘外；

步骤3：管路中点水平位置测定，控制移动单元进行水平X向右移滑动，采用先粗扫后细扫的方式检测，高精度激光测距传感器反馈给核心控制单元的距离信号发生明显跳变时，即为管路边缘位置，取多次检测得到的管路边缘位置的均值，通过两侧管路边缘位置的均值计算出管路的直径和管路中点的水平位置；

步骤4：管路连接位置测定，控制移动单元，使高精度激光测距传感器的聚焦位置定位到步骤3计算出的管路中点水平位置，再通过移动单元进行Y方向向上滑动，采用先粗扫后细扫的方式检测，高精度激光测距传感器反馈给核心控制单元的距离信号发生第一次明显跳变，即为管路连接处，也即是管路连接点的竖直位置；

步骤5：定位结果测定，核心控制单元根据步骤3、步骤4测定的结果，得到管路连接点的X、Y坐标，移动单元控制高精度激光测距传感器移动，使其聚焦位置定位到连接点所在的[X、Y]处，核心控制单元根据此时高精度激光测距传感器反馈的信息计算出连接点与高精度激光测距传感器之间的距离，从而得到连接点的Z坐标。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够实现工件连接点位置的精确定位，达到1/5mm甚至更高精度；能够实现工件连接点位置的非接触检测，确保不会因为触碰导致组件形变。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中Y向滑台的结构示意图；

图3为本发明中X向滑台和高精度激光测距单元的安装示意图；

图4为本发明实施时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明的实施例进行详细阐述。

一种单激光传感器的工件连接点定位装置，包括移动单元、高精度激光测距单元3和核心控制单元4，移动单元用于实现高精度激光测距单元3在X-Y两个方向上的移动，移动单元包括Y向滑台1和X向滑台2，Y向滑台1竖直设置，X向滑台2水平安装于Y向滑台1上，Y向滑台1包括Y向滑座11，Y向滑座11中间位置转动设置有Y向丝杆13，Y向滑座11一侧设有Y向丝杆电机12，Y向丝杆电机12的电机轴通过联轴器16与Y向丝杆13相连，Y向丝杆13上设置有Y向安装块15，Y向滑座11上位于Y向丝杆13两侧的位置设有Y向导杆14，Y向导杆14贯穿Y向安装块15设置；X向滑台2包括X向滑座21，X向滑座21安装于Y向安装块15上，X向滑座21中间位置转动设置有X向丝杆23，X向滑座21一侧设有X向丝杆电机22，X向丝杆电机22的电机轴通过联轴器16与X向丝杆23相连，X向丝杆23上设置有X向安装块25，X向滑座21上位于X向丝杆23两侧的位置设有X向导杆24，X向导杆24贯穿X向安装块25设置；Y向丝杆电机12、X向丝杆电机22分别通过联轴器16带动Y向丝杆13和X向丝杆23转动，从而控制Y向安装块15、X向安装块25分别沿Y向导杆14、X向导杆24移动；高精度激光测距单元3包括高精度激光测距传感器33、传感器连接板31和传感器固定板32，传感器连接板31为L型，传感器连接板31竖直段的背面与X向安装块25的正面相连接，传感器固定板32安装于传感器连接板31的水平段上，传感器固定板32的侧面安装高精度激光测距传感器33，高精度激光测距传感器33与核心控制单元4通过信号线相连，核心控制单元4用于接收高精度激光测距传感器33的反馈信号，核心控制单元4与Y向丝杆电机12、X向丝杆电机22之间通过信号线连接，核心控制单元4控制Y向丝杆电机12、X向丝杆电机22的启停以及正反转，控制移动单元进行快速运动，带动高精度激光测距单元3移动来进行位置检测。

高精度激光测距传感器33为一具有超小聚焦光斑的激光测距传感器，光斑直径在300um以下。

高精度激光测距传感器33的重复精度在200um以下。

一种工件连接点的定位方法，工件连接点即工件上原有管路与需安装的管路连接处的中点位置，以空调四通阀引出管焊接生产为例，连接点的定位就是要定位它的管路焊缝水平中心点位置。焊缝的位置位于四通阀组件5上管一51和管二52交接处，焊缝的宽度即为管一51管口的直径；包括如下步骤：

步骤1：初始检测位置给定，通过手动给定或示教给定方式，给定一个靠近焊缝中心点的位置A作为初始位置，A位于管路连接点最大误差范围内，最大范围误差取值为3-5mm，即以连接点为圆心，以最大误差范围为半径作圆，A位于该圆范围内；

步骤2：检测位置初始化，控制移动单元，使高精度激光测距传感器的聚焦位置定位初始检测位置的左下方的，该位置作为检测起始点B，检测起始点B位于管一51的边缘外侧；

步骤3：管路中点水平位置测定，控制移动单元进行水平X向右移滑动，采用先粗扫后细扫的方式检测管一51，高精度激光测距传感器反馈给核心控制单元的距离信号发生明显跳变时，即为管一51边缘位置，取多次检测得到的管一51边缘位置的均值，通过两侧管路边缘位置的均值计算出管一51的直径和管一51中点的水平位置C；

步骤4：管路连接位置测定，控制移动单元，使高精度激光测距传感器的聚焦位置定位到步骤3计算出的位置C，再通过移动单元进行Y方向向上滑动，采用先粗扫后细扫的方式检测，高精度激光测距传感器反馈给核心控制单元的距离信号发生第一次明显跳变，即为管一51和管二52的连接处，也即是焊缝所处的竖直位置；

步骤5：定位结果测定，核心控制单元根据步骤3、步骤4测定的结果，得到管路连接点的X、Y坐标，移动单元控制高精度激光测距传感器移动，使其聚焦位置定位到连接点所在的[X、Y]处，核心控制单元根据此时高精度激光测距传感器反馈的信息计算出连接点与高精度激光测距传感器之间的距离，从而得到连接点的Z坐标。

焊缝中心点的坐标即为[X、Y、Z]，焊缝的宽度即为管一51的直径。

能够实现四通阀组件焊接位置的精确定位，达到1/5mm甚至更高精度；能够实现工件管路连接点位置的非接触检测，确保不会因为触碰导致组件形变。能够为后续的全自动焊接提供基础，并且本定位方法不受后续焊接的火焰和光干扰影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种单激光传感器的工件连接点定位装置，其特征在于：包括移动单元、高精度激光测距单元和核心控制单元；

移动单元用于实现高精度激光测距单元在X-Y两个方向上的移动，移动单元包括X向滑台和Y向滑台，Y向滑台竖直安装，X向滑台水平安装在Y向滑台上，Y向滑台包括Y向滑座，Y向滑座中间位置转动设置有Y向丝杆，Y向滑座一侧设有Y向丝杆电机，Y向丝杆电机的电机轴通过联轴器与Y向丝杆相连，Y向丝杆上设置有Y向安装块，Y向滑座上位于Y向丝杆两侧的位置设有Y向导杆，Y向导杆贯穿Y向安装块设置，X向滑台包括X向滑座，X向滑座安装于Y向安装块上，X向滑座中间位置转动设置有X向丝杆，X向滑座一侧设有X向丝杆电机，X向丝杆电机的电机轴通过联轴器与X向丝杆相连，X向丝杆上设置有X向安装块，X向滑座上位于X向丝杆两侧的位置设有X向导杆，X向导杆贯穿X向安装块设置；

高精度激光测距单元包括高精度激光测距传感器、传感器连接板和传感器固定板，传感器连接板为L型，传感器连接板竖直段的背面与X向安装块的正面相连接，传感器固定板安装于传感器连接板的水平段上，传感器固定板的侧面安装高精度激光测距传感器；

高精度激光测距传感器与核心控制单元通过信号线相连，核心控制单元用于接收高精度激光测距传感器的反馈信号，核心控制单元与X向丝杆电机、Y向丝杆电机之间通过信号线连接，核心控制单元控制X向丝杆电机、Y向丝杆电机的启停以及正反转来控制移动单元进行快速运动，带动高精度激光测距单元移动来进行距离检测，完成空间方向定位。

2.根据权利要求1所述的一种单激光传感器的工件连接点定位装置，其特征在于：高精度激光测距传感器为一具有超小聚焦光斑的激光测距传感器，光斑直径在300um以下。

3.根据权利要求1所述的一种单激光传感器的工件连接点定位装置，其特征在于：所述高精度激光测距传感器的重复精度在200um以下。

4.一种采用如权利要求1-3中任一项所述的单激光传感器的工件连接点定位装置的定位方法，即定位工件管路连接点的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：初始检测位置给定，通过手动给定或示教给定方式，给定一个靠近连接点的点作为初始位置；

步骤2：检测位置初始化，控制移动单元，使高精度激光测距传感器的聚焦位置定位到初始检测位置的左下方，该位置处于待测管路的边缘外；

步骤3：管路中点水平位置测定，控制移动单元进行水平X向右移滑动，采用先粗扫后细扫的方式检测，高精度激光测距传感器反馈给核心控制单元的距离信号发生明显跳变时，即为管路边缘位置，取多次检测得到的管路边缘位置的均值，通过两侧管路边缘位置的均值计算出管路的直径和管路中点的水平位置；

步骤4：管路连接位置测定，控制移动单元，使高精度激光测距传感器的聚焦位置定位到步骤3计算出的管路中点水平位置，再通过移动单元进行Y方向向上滑动，采用先粗扫后细扫的方式检测，高精度激光测距传感器反馈给核心控制单元的距离信号发生第一次明显跳变，即为管路连接处，也即是管路连接点的竖直位置；

步骤5：定位结果测定，核心控制单元根据步骤3、步骤4测定的结果，得到管路连接点的X、Y坐标，移动单元控制高精度激光测距传感器移动，使其聚焦位置定位到连接点所在的[X、Y]处，核心控制单元根据此时高精度激光测距传感器反馈的信息计算出连接点与高精度激光测距传感器之间的距离，从而得到连接点的Z坐标。

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