CN113352034A - 焊枪定位装置及焊枪位置调整方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及焊接设备技术领域，尤其是涉及一种焊枪定位装置及焊枪位置调整方法，焊枪定位装置包括：移动构件，能够相对焊缝运动；焊枪调节构件，设置于移动构件，焊枪调节构件夹持焊枪；识别构件，设置于移动构件并与焊枪调节构件间隔设置；激光器，设置于移动构件；激光器用于朝向焊缝发射至少两束激光线，激光线落入识别构件的识别范围内。本申请提供的焊枪定位装置，根据激光器识别的焊缝的真实情况调整焊枪相对焊缝的位置，确保焊枪能够对焊缝进行扎实的焊接操作，在移动构件的运动过程发生偏移或偏转时，通过调节焊枪调节构件能够调整焊枪相对焊缝的位置，避免出现虚焊、漏焊，从而确保焊接质量。

Description

焊枪定位装置及焊枪位置调整方法

技术领域

本申请涉及焊接设备技术领域，尤其是涉及一种焊枪定位装置及焊枪位置调整方法。

背景技术

目前，在焊枪对焊缝进行焊接过程中，常采用小车带动焊枪相对焊缝行走，实现边行走边对焊缝进行焊接，但小车连同焊枪的实际行走过程中容易发生偏移、转动等情况，从而发生虚焊、漏焊，影响焊缝质量。

发明内容

本申请的目的在于提供一种焊枪定位装置及焊枪位置调整方法，以在一定程度上解决现有技术中存在的行走机构带动焊枪行走时容易出现偏移等情况，难以在短时间内发现并采取相应的措施，影响焊接质量的技术问题。

本申请提供了一种焊枪定位装置，包括：

移动构件，能够相对焊缝运动；

焊枪调节构件，设置于所述移动构件，所述焊枪调节构件夹持焊枪；

识别构件，设置于所述移动构件；

激光器，设置于所述移动构件；

所述激光器用于朝向所述焊缝发射至少两束激光线，所述激光线落入所述识别构件的识别范围内。

在上述技术方案中，进一步地，所述激光器发射的激光线的数量为三条，分别第一光线、第二光线和第三光线。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一光线照射至所述焊缝形成第一跟踪点；所述第二光线照射至所述焊缝形成第二跟踪点；所述第三光线照射至所述焊缝形成第三跟踪点；

所述第一跟踪点与所述第二跟踪点之间的距离为L2；

所述第二跟踪点与所述第三跟踪点之间的距离为L3；

L2与L3相等。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述焊枪调节构件朝向所述焊缝延伸，且所述焊枪调节构件沿朝向所述焊缝的开口的方向在所述焊缝的投影的中心点为标记点，所述标记点到所述第一跟踪点之间的距离为L1。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述焊枪调节构件包括呈十字形分布的第一调节部和第二调节部；

所述第二调节部能够相对所述第一调节部沿第一方向运动；

所述第二调节部具有伸缩结构，能够带动所述第二调节部沿第二方向运动。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述移动构件设置有固定件；

所述固定件面对焊缝设置；所述焊枪调节构件、所述识别构件和所述激光器间隔设置于所述固定件。

本申请还提供了一种焊枪位置调整方法，用于上述任一技术方案所述的焊枪定位装置，因而，具有该焊枪定位装置的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

所述焊枪位置调整方法包括：使用激光器朝向焊缝发出至少三条激光线，三条所述激光线在所述焊缝依次形成第一跟踪点、第二跟踪点和第三跟踪点；

使用相机拍摄所述第一跟踪点、所述第二跟踪点和所述第三跟踪点；

标定相机坐标系，获得所述第一跟踪点、所述第二跟踪点和所述第三跟踪点在所述相机坐标系下的三维坐标；

计算所述相机坐标系与焊枪调节构件的物理坐标系的转换矩阵；

将所述相机坐标系与所述物理坐标***一，获得所述焊枪调节构件变化后的物理坐标。

在上述技术方案中，进一步地，在所述焊缝位置处设置标定板，所述激光线照射至所述标定板形成参考点；计算所述参考点在所述焊枪调节构件的物理坐标系下的坐标。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述相机、所述激光器和所述焊枪调节构件设置于移动构件，移动所述移动构件，移动距离为L，L与所述第一跟踪点和所述第二跟踪点之间的距离L2相等。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述焊枪位置调整方法还包括：

重新标定移动后的所述第一跟踪点、所述第二跟踪点和所述第三跟踪点的在所述相机坐标系下的三维坐标；

根据所述转换矩阵计算移动后的所述焊枪调节构件的物理坐标并根据计算结果调节所述焊枪调节构件。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的焊枪定位装置包括：移动构件，能够相对焊缝运动；

焊枪调节构件，设置于移动构件，焊枪调节构件夹持焊枪；

识别构件，设置于移动构件并与焊枪调节构件间隔设置；

激光器，设置于移动构件；

激光器用于朝向焊缝发射至少两束相互平行的激光线，激光线落入识别构件的识别范围内。

本申请提供的焊枪定位装置，在移动构件带动焊枪、用于夹持焊枪的焊枪调节构件、识别构件以及激光器随移动构件同步运动，并且按照预定运动间隔的位置下多次根据激光器识别的焊缝的真实情况调整焊枪相对焊缝的位置，确保焊枪能够对焊缝进行扎实的焊接操作，在移动构件的运动过程发生偏移或偏转时，通过调节焊枪调节构件能够调整焊枪相对焊缝的位置，避免出现虚焊、漏焊，从而确保焊接质量。

本申请提供的焊枪位置调整方法，尤其适用于上述所述的焊枪定位装置，因而，通过本焊枪定位装置能够根据实际情况调节焊枪相对焊缝的位置，极大程度上避免出现虚焊和漏焊的情况，影响焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的焊枪定位装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的焊枪定位装置的又一结构示意图。

附图标记：

1-固定件，2-焊枪调节构件，201-第一调节部，202-第二调节部，3-相机，401-第一光线，402-第二光线，403-第三光线，5-焊缝。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参照图1和图2描述根据本申请一些实施例所述的焊枪定位装置及焊枪位置调整方法。

(一)第一方面

参见图1和图2所示，本申请的实施例提供了一种焊枪定位装置，用于在小车带动焊枪总走过程中，通过持续地标定小车相对焊缝5的位置来调节用于夹持焊枪的十字滑块，从而使得焊枪始终能够朝向焊缝5，进而保证焊接质量，避免出现虚焊、漏焊等情况。

本焊枪定位装置具体包括：移动构件、识别构件、激光器和焊枪调节构件2，其中移动构件可以为用于带动焊枪调节构件2相对焊缝5运动的小车，移动构件面对焊缝5的一侧面设置有固定件1，固定件1可以具有条状、柱状或者板状等结构，焊枪调节构件2用于夹持焊枪，焊枪调节构件2、识别构件以及激光器顺次间隔排布于固定件1。

其中，焊枪调节构件2包括呈十字形分布并能够发生相互运动的第一调节部201和与第一调节部201垂直设置的第二调节部202，其中，第一调节部201具有伸缩结构能够在第一方向上实现伸缩，第二调节部202设置于第一调节部201能够发生伸缩动作的部分，并且第二调节部202能够相对第一调节部201在第二方向上发生相对运动，优选地，焊枪被夹持于第二调节部202上，按照图1所示的状态下，拟定焊缝5的开口竖直朝上，则第一方向为竖直向下的方向，第二方向为水平方向并沿焊缝5的宽度方向分布，从而能够实现焊枪调节构件2在竖直和水平两个维度上焊枪相对焊缝5的位置，基于此，可以焊缝5调节滑块自身为原点建立物理意义上的坐标系。

进一步地，识别构件可以为现有技术中常用于进行相机3标定的相机3，激光器的数量为具体为三个，三个激光器按照相同的距离间隔分布，三个激光器同时朝向焊缝5发射激光线，分别第一光线401、第二光线402和第三光线403，三条光束均落入相机3的视场内。

第一光线401、第二光线402和第三光线403照射至焊缝5后依次形成第一跟踪点、第二跟踪点和第三跟踪点，优选地，跟踪点的选定也就是光束照向焊缝5的具***置的选定可以为焊缝5的中心点、焊缝5所在焊道的中心点、焊缝5坡口的顶部拐点、焊缝5坡口底部特征点等能够描述焊缝5的具***置或尺寸的具有代表性的点。第一跟踪点与第二跟踪点之间的距离为L2，第二跟踪点与第三跟踪点之间的距离为L3，L2与L3相等。

需要说明的是，三个跟踪点可以为沿同一直线分布，也可以不延同一直线分布，这可由操作人员在进行不同操作阶段进行适应性选择，下文中会阐述相应内容，而当三个跟踪点不处于同一直线时，三个跟踪点可共同限定一个光平面。

进一步地，将焊枪调节构件2在朝向焊缝5中心的方向在焊缝5的投影的中心点视为标记点，标记点到第一跟踪点之间的距离为L1，L1可以与L2(和L3)相等，L1也可以为L2(和L3)的整数倍。

本申请实施例提供的焊枪定位装置的具体工作过程结合下述的焊枪位置调整方法进行详细说明。

(二)第二方面

本申请的实施例还提供一种焊枪位置调整方法，包括上述任一实施例所述的焊枪定位装置，因而，具有该焊枪定位装置的全部有益技术效果，在此，不再赘述。

使用三个按照相同间距间隔设置的激光器朝向焊缝5发射三条激光线，分别为第一光线401、第二光线402和第三光线403，三条激光线同时扫描焊缝5确定焊缝5的形状，在某一具体时刻，三条光线照向焊缝5后在焊缝5的对应位置形成分别形成第一跟踪点P1、第二跟踪点P2和第三跟踪点P3，将焊枪所在位置也可以说是焊枪调节构件2的所在位置定义为P0，通过逐次计算出P0在焊枪调节构件2的物理坐标系下的坐标，可控制焊枪移动到对应的P0点的坐标，即可实现焊枪在行走过程中相对焊缝5进行位置调节，需要说明的是，三个激光器共用一个相机3，使得三条激光线均为位于相机3的视场内，通过标定相机3的相机坐标系以及三条激光线(可视为线结构光)，能够的到相机坐标系下三个激光器的光平面的方程，并且能够计算出激光线上的点(如第一跟踪点、第二跟踪点和第三跟踪点)在相机坐标系下的三维坐标。

进一步地，在进行标定线结构光时，在焊缝5上放置标定板，三条光线照射至标定板形成参考点，使用传统的摄像机标定方法能够获得本实施例中相机3的相机坐标系，而三条光线均落入相机3的视场内，也就是说，三条光线对应标定板上的三个参考点在相机坐标系下的三维坐标能够作为已知量，分别为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)。

更进一步地，以焊枪调节构件2所在位置为原点建立物理坐标系，可通过三轴滑台或者其他装置移动标定板，将标定板上的参考点移动至物理坐标系的原点，根据参考点的移动量能够得到参考点在物理坐标系下的三维坐标，至此，获取多个参考点(本实施例中优选为三个，但实际并不限于此)，并且参考点在相机坐标系下的三维坐标和物理坐标系下的三维坐标均可获知，因此可根据单应性矩阵获得相机坐标系和物理坐标系的转换矩阵。

需要说明的是，在进行相机3标定的过程以获得相机坐标系时，三个跟踪点的选取可以选取不沿同一直线分布的三个光点，在后续小车带动焊枪、相机3和激光器运动时，优选沿同一直线分布的三个激光点，以固定件1随小车发生第一次移动，并且移动距离为L时(L＝L2＝L3)，三个跟踪点的位置发生变化，形成新的跟踪点，分别为P1’、P2’、P3’，在相机坐标系下新的坐标分别为(x1’，y1’，z1’)、(x2’，y2’，z2’)、(x3’，y3’，z3’)，其中P3’落入新位置，而P2’对应P3位置，P1’对应P2位置，焊枪对应的P0’对应P1位置，拟定L2＝L3，L1与L2、L3相等或者L1为L2、L3的整数倍，也就是说，P0、P1、P2、P3对应P0’、P1’、P2’、P3’存在比例关系，因此，当小车移动L后，能够推算出P0’的相机坐标系下的三维坐标(x，y，z)。

具体地，当L1＝L2＝L3时，原三个跟踪点的坐标分别为：(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)，移动后作为已知的两点坐标：(x1’，y1’，z1’)、(x2’，y2’，z2’)；

根据(x-x1’)/(x1’-x2’)＝(x1-x2)/(x2-x3)，同理y和z，即可推断当前焊枪调节构件2(即焊枪)在相机坐标系下的三维坐标(x，y，z)，再根据上述获得的转换矩阵，即可得到焊枪调节构件2的在物理坐标系下的三维坐标(X，Y，Z)，由于Z向无法调节，因此根据坐标(X，Y，Z)调节焊枪调节构件2的第一调节部201和第二调节部202在第一方向和第二方向上的位置，对应坐标中的X和Y即可调整在当下时刻焊枪调节构件2相对焊缝5的位置，如此往复，焊枪每移动一次边重新计算一次焊枪调节构件2相对焊缝5的位置确保焊接质量。

需要说明的是，激光线落在焊缝5后实际成像为一条光线，对应在焊缝的效果实际是具有一定面积的，并且跟踪点的选定是根据激光线与焊缝的关系进行选定的，例如指定激光线落入焊缝5后焊缝5承接激光线的部分的中点为跟踪点，而跟踪点实际为具有一定面积的光斑，由于小车在行进过程中仅会发生小幅度的倾斜或偏转，因此，小车移动一个预定距离后，P3’落入新位置，P2’在理想状态下落入P3位置，而在可能存在的误差范围内，P2’与P3大致重合，或者说P2’落入焊缝的光斑与P3对应焊缝的光斑大致重合或者部分重合，不重合的部分为不可避免的误差，但此部分误差对于坐标系的标定、对小车行进方向、行进间距的指引产生的影响可忽略不计。

L1为L2的整数倍，可以根据中间预先扫描点的位置关系推断出焊枪位置与当前激光线位置特征点之间的相对坐标。

综上所述，本申请提供的焊枪定位装置，在移动构件带动焊枪、用于夹持焊枪的焊枪调节构件、识别构件以及激光器随移动构件同步运动，并且按照预定运动间隔的位置下多次根据激光器识别的焊缝的真实情况调整焊枪相对焊缝的位置，确保焊枪能够对焊缝进行扎实的焊接操作，在移动构件的运动过程发生偏移或偏转时，通过调节焊枪调节构件能够调整焊枪相对焊缝的位置，避免出现虚焊、漏焊，从而确保焊接质量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种焊枪定位装置，其特征在于，包括：

移动构件，能够相对焊缝运动；

焊枪调节构件，设置于所述移动构件，所述焊枪调节构件夹持焊枪；

识别构件，设置于所述移动构件；

激光器，设置于所述移动构件；

所述激光器用于朝向所述焊缝发射至少两束激光线，所述激光线落入所述识别构件的识别范围内。

2.根据权利要求1所述的焊枪定位装置，其特征在于，所述激光器发射的激光线的数量为三条，分别第一光线、第二光线和第三光线。

3.根据权利要求2所述的焊枪定位装置，其特征在于，所述第一光线照射至所述焊缝形成第一跟踪点；所述第二光线照射至所述焊缝形成第二跟踪点；所述第三光线照射至所述焊缝形成第三跟踪点；

所述第一跟踪点与所述第二跟踪点之间的距离为L2；

所述第二跟踪点与所述第三跟踪点之间的距离为L3；

L2与L3相等。

4.根据权利要求3所述的焊枪定位装置，其特征在于，所述焊枪调节构件朝向所述焊缝延伸，且所述焊枪调节构件沿朝向所述焊缝的开口的方向在所述焊缝的投影的中心点为标记点，所述标记点到所述第一跟踪点之间的距离为L1。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的焊枪定位装置，其特征在于，所述焊枪调节构件包括呈十字形分布的第一调节部和第二调节部；

所述第二调节部能够相对所述第一调节部沿第一方向运动；

所述第二调节部具有伸缩结构，能够带动所述第二调节部沿第二方向运动。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的焊枪定位装置，其特征在于，所述移动构件设置有固定件；

所述固定件面对焊缝设置；所述焊枪调节构件、所述识别构件和所述激光器间隔设置于所述固定件。

7.一种焊枪位置调整方法，其特征在于，包括：

使用激光器朝向焊缝发出至少三条激光线，三条所述激光线在所述焊缝依次形成第一跟踪点、第二跟踪点和第三跟踪点；

使用相机拍摄所述第一跟踪点、所述第二跟踪点和所述第三跟踪点；

标定相机坐标系，获得所述第一跟踪点、所述第二跟踪点和所述第三跟踪点在所述相机坐标系下的三维坐标；

计算所述相机坐标系与焊枪调节构件的物理坐标系的转换矩阵；

将所述相机坐标系与所述物理坐标***一，获得所述焊枪调节构件变化后的物理坐标。

8.根据权利要求7所述的焊枪位置调整方法，其特征在于，所述焊枪位置调整方法还包括：

在所述焊缝位置处设置标定板，所述激光线照射至所述标定板形成参考点；计算所述参考点在所述焊枪调节构件的物理坐标系下的坐标。

9.根据权利要求8所述的焊枪位置调整方法，其特征在于，所述相机、所述激光器和所述焊枪调节构件设置于移动构件，移动所述移动构件，移动距离为L，L与所述第一跟踪点和所述第二跟踪点之间的距离L2相等。

10.根据权利要求9所述的焊枪位置调整方法，其特征在于，所述焊枪位置调整方法还包括：

重新标定移动后的所述第一跟踪点、所述第二跟踪点和所述第三跟踪点的在所述相机坐标系下的三维坐标；

根据所述转换矩阵计算移动后的所述焊枪调节构件的物理坐标并根据计算结果调节所述焊枪调节构件。

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