CN203509345U - 一种焊接轨迹自动修正*** - Google Patents

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杨金
罗宏洋
邓斌
钟新华
周水清
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Abstract

本实用新型公开了一种焊接轨迹自动修正***。为了解决现有的焊接轨迹修正误差大、耗时长的问题，所述焊接轨迹自动修正***包括运动控制平台，与该运动控制平台相连的CNC控制器，以及位于运动控制平台上方的激光器；所述激光器一侧设有位于运动控制平台上方的CCD相机及视觉***以及设置在CCD相机及视觉***一侧的光源；所述CCD相机及视觉***的信号输出端与CNC控制器的信号输入端相连。本实用新型可以在微组装领域中对封装电路的盖板与壳体焊接装置中焊接轨迹进行自动修正，保证了焊接质量。

Description

一种焊接轨迹自动修正***
技术领域
本实用新型涉及一种用于微组装领域中对封装电路的盖板与壳体焊接装置中焊接轨迹进行自动修正的***，也适用于其它平面矩形或多边形等形状焊缝的盖板与壳体工件密封激光焊接装置中焊接轨迹进行自动修正。
背景技术
随着各类激光发生器向大功率、轻便化和经济化的发展，激光焊接由于能源高度集中和热影响区小，符合优质、低耗、高效、清洁、热影响区窄、接头变形小、操作灵活等技术发展方向，并且激光束具有可以在大气中焊接的优点，既可以对大型构件作深熔焊，又可以进行微形件精密焊接，其应用前景非常广阔。
特别是激光焊接应用于微组装领域，在密闭的或具备保护气氛的环境下，将厚膜或薄膜集成电路封装到盖板与壳体的密闭容器中，起到在恶劣环境中保护电路的作用，使电路具备抗辐射、耐高压、稳定性好等性能。激光焊接具备焊接性能好、稳定、加工灵活等优点，在微组装的密封焊接有替代以前大电流接触式的平行缝焊方式的趋势。
目前，针对微组装技术的专用气密性缝焊设备，是通过在气氛保护环境中，将高强度激光束直接辐射至材料表面，通过激光与材料的相互作用，使材料局部熔化实现焊接。激光焊要求激光光斑与焊缝对准精度高，焊缝表面形貌光洁，耐压强度好。目前，该专用激光焊接设备一般采用定制的专用夹具来固定工件，由机械装置保证工件的位置精度，利用焊缝尺寸图生成G代码进行加工，也可通过红光指示或同轴CCD指示手动对准焊缝寻找焊接轨迹，这些方法存在需要制作专用精密夹具，操作耗时长，人为误差大等缺点。
实用新型内容
为了克服现有的焊接轨迹修正误差大、耗时长的不足，本实用新型旨在提供一种焊接轨迹自动修正***，该修正装置用于微组装领域中对封装电路的盖板与壳体焊接装置中焊接轨迹进行自动修正，保证焊接质量，同时，也可用来对焊缝为矩形或多边形的盖板与壳体的工件进行密封激光焊接。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种焊接轨迹自动修正***，包括运动控制平台，与该运动控制平台相连的CNC控制器，以及位于运动控制平台上方的激光器；其结构特点是，所述激光器一侧设有位于运动控制平台上方的相机及视觉***以及设置在相机及视觉***一侧的光源；所述相机及视觉***的信号输出端与CNC控制器的信号输入端相连。
以下为本实用新型的进一步改进的技术方案：
为了保证运动控制平台的活动范围，所述相机及视觉***、光源相对所述激光器旁轴安装。
本实用新型所述相机及视觉***包括CCD相机，以及对CCD相机拍摄的照片进行识别和处理的视觉***，其视觉***为嵌入式***或计算机组成的图像处理***，用于图像识别与处理，对特征值的提取与计算。
藉由上述结构，所述焊接轨迹自动修正***主要包括CNC控制器、激光器、CCD相机及视觉***、光源和运动控制平台。工件焊接缝隙通过CCD相机拍照，利用视觉***中图像定位技术确定在图像坐标系中的位置，然后将工作运动台运动至激光头下方，将目标坐标系中特征值换算成加工坐标系中特征值，赋值到尺寸一致的G代码中进行位置修正，使最终焊接的轨迹与工件实际的焊缝精密对准。CCD像素，光源的照明情况需根据实际定位精度要求进行选取。
所述CCD相机与光源旁轴安装，保证在运动控制平台范围内，与激光头的机械坐标位置相对固定，对运送至相机视野下方的工件进行拍照，在图像坐标系中将目标信息进行定位和计算。
所述图像定位利用盖板与壳体缝隙的线性边缘特征，采用边线测量工具计算焊接起点坐标和工件边线与图像坐标系的偏转夹角。所述的偏转夹角202定位焊缝线性边缘特征，提取其角度方向值。
所述旋转中心点坐标201定位相邻两条焊缝线性边缘特征，利用图像工具中的直线交点算法，计算交点在图像坐标系200的坐标值。所述图像定位对于具圆弧倒角焊接形状的工件，将边线的延长线确定为旋转中心点。
在图像坐标系中对应的O’(X’,Y’)转换成加工坐标系中的O(X,Y)，其中X=f1(X’,Y’)，Y=f2(X’,Y’)。
所述焊接起点是在偏转角的方向上平移圆弧倒角半径计算得出。
作为一种优选方案，所述偏转夹角需要计算矩形或多边形的每条边与图像坐标系的偏转角度，通过与理论偏角值的比较，计算其平均值作为轨迹修正的补偿偏转角度。
所述初始G代码程序具有旋转中心点坐标201与偏转角度202相应赋值的接口或变量，即赋予G代码正确的旋转中心点坐标201与偏转角度202特征值完成轨迹位置自动修正。
所述偏转平均值计算方法能够降低图像定位的误差值。
所述定位精度要求可以按照CCD像素一半与工件焊接部分的公差值之和计算。可通过上述计算方法进行CCD像素的选型和规定工件焊接部分的加工公差要求。
所述G代码需要具备图像定位信息值传输的接口或变量，便于焊接轨迹位置的自动修正。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的CCD相机及视觉***在对工件进行照相后，在视觉***中利用图像识别算法对工件的焊接起点和偏转角度进行计算，转换成加工坐标中对应值，传输给CNC控制器中带有变量或接口的G代码加工程序，实现预运行G代码进行修正，完成激光光斑点与焊缝精密对准，从而简化夹具及手动操作步骤，主要用于对平面上盖板与壳体进行密封焊接。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步阐述。
附图说明
图1是本实用新型一种实施例的结构原理图；
图2 平面盖板和壳体焊接位置图；
图3是轨迹修正方法及图像提取特征值示意图；
图4图像坐标系与加工坐标关系示意图。
在图中
1-控制器；   2-激光器；  3-CCD相机及视觉***；   4-运动工作台；
5-光源       6 -盖板；   7-壳体；   8-焊接位置；  100-加工坐标系；
101-未修正前的轨迹；102-修正后的焊接轨迹；201-旋转中心点坐标；
202-偏转角度；   203-焊接起点；  200-图像坐标系。
具体实施方式
图1 所示为本实用新型一种实施实例的示意框图，其包括控制器1，激光器2， CCD相机及视觉***3，光源5和运动工作台4。其中激光器1位于运动工作台4中心上方， CCD相机3与光源5位于工作台右上方4。激光器2、CCD相机3、光源5及运动工作台4均与CNC控制器1相连，由CNC控制器1进行集中控制。
作为本实施方案选用配置，CNC控制器1采用贝加莱公司CNC控制器，激光器2可用GSI专用激光头，CNC控制器1用DI/DO方式控制激光开关光路，相机及视觉***3选用带powerlink通讯接口的配置与CNC控制器1直接连接，光源5采用模拟量控制其照度，运动工作平台4选用台湾上银直线电机或滚珠丝杆二维平台，连接控制器5的电机接口与编码器接口。
图2所示为平面盖板与壳体待焊接位置示意图，由于工件在工作台上自由放置，焊接起始点加工坐标不固定，焊接位置边线与水平方向有一定的角度，本实用新型提供一种方法使焊接轨迹沿焊接位置自动对准和修正。
图3所示为轨迹修正前后位置的示意图，未修正前的轨迹101是根据工件的焊缝尺寸图得到的G代码轨迹； 未修正前的轨迹101通过图像定位的旋转中心点坐标201和偏转角度202作一定的坐标变换后，得到的修正后的轨迹102。通过焊接起点203开始焊接，与工件在运动控制平台4上对应的焊接位置一致。
图4所示为视觉***中图像坐标系O’(X’,Y’)对应加工坐标系O(X,Y)的转换关系F(X’,Y’),将图像坐标系中的特征值201与202通过F(X’,Y’)转换到对应的加工值。
所述图像定位方法根据盖板6与壳体7缝隙的线性边缘特征，利用直线交点算法工具计算两线延长线交点得到201旋转中心点坐标。提取其角度方向值记为202偏转夹角。
所述图像定位方法适用于多边形、倒角多边形或含直线边的平面盖板与壳体工件之间的密封焊接。
所述旋转中心点坐标201与偏转夹角202数值通过赋值到CNC控制器中，对生成未修正前的轨迹101的G代码中进行修正，从焊接起点203开始焊接，得到新的G代码即修正后的轨迹102，与实际工件需要焊接位置一致。
按照专利法律规定的要求，本实用新型使用实施实例详细的描述了所实用新型的具体装置及其处理方法的特征。然而，应当理解，所述实例只是为了更好的表述本实用新型的方法及特征，本实用新型并不限于本文中所显示及描述的特性。因此，本实用新型此处声明，对本实用新型的实施的各种形式的均等改变或变形均被包括于所附的权利要求书的保护范围内。 

Claims (3)

1. 一种焊接轨迹自动修正***，包括运动控制平台（4），与该运动控制平台（4）相连的CNC控制器（1），以及位于运动控制平台（4）上方的激光器（2）；其特征是，所述激光器（2）一侧设有位于运动控制平台（4）上方的相机及视觉***（3）以及设置在相机及视觉***（3）一侧的光源（5）；所述相机及视觉***（3）的信号输出端与CNC控制器（1）的信号输入端相连。
2. 根据权利要求1所述的焊接轨迹自动修正***，其特征在于，所述相机及视觉***（3）、光源（5）相对所述激光器（2）旁轴安装。
3. 根据权利要求1所述的焊接轨迹自动修正***，其特征在于，所述相机及视觉***（3）包括CCD相机，以及对CCD相机拍摄的照片进行识别和处理的视觉***。
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