[發明專利]帶有線結構光型視覺傳感器的縱縫焊接專機及其控制方法

有效

• 申請號: 201010586999.4
• 申請日: 2010-12-14
• 公開（公告）號: CN102059435A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 李新德;張捷;張弢;戴先中
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及工業焊接設備，尤其涉及一種帶有線結構光型視覺傳感器的縱縫焊接專機及其控制方法。

背景技術

隨著自動焊接在焊接領域的廣泛應用，為了保證焊接質量，焊縫的自動跟蹤技術成為重點研究方向。近年來，運用計算機視覺、數字圖像處理、模式識別、智能控制等高新技術的焊縫視覺跟蹤得到了普遍的關注。其中線結構光型傳感器因為其簡單結構、非接觸方式、獲取信息量大及高精度等優點，得到了廣泛的應用。如何將線結構光型視覺傳感器應用于工業焊接設備縱縫焊接專機中成為了一個關鍵問題。

線結構光型視覺傳感器通過激光管發出點光源經柱狀鏡轉換成條形光，投射到工件表面的焊縫坡口上并向工件上方漫反射。CCD接收從工件上漫反射的不同焊縫坡口形式的條形光，通過信號采集或圖像處理環節，獲得條形光變形處焊縫的特征信息。結構光型傳感器不僅能檢測出焊縫的中心位置，還能獲得焊縫截面的形狀和尺寸等特征參數，并且適合于不同的焊縫和各種焊接方法。

目前，線結構光型視覺傳感器在縱縫焊接專機中的應用方式通常為傳感器前置安裝于焊槍上，通過十字滑塊控制焊槍進行糾偏，糾偏過程中根據傳感器與焊槍間的剛體關系將圖像偏差對應為焊槍偏離焊縫的偏差。例如鄭定根等在文章“基于激光視覺的焊縫跟蹤系統的研究”中提出的通過安裝保證焊槍中心、攝像頭中心與激光器中心線處于焊接方向平行的平面上。跟蹤前人工將焊槍位置對準焊縫，采集當前圖像中的焊縫特征點的圖像坐標作為圖像基準點。考慮視覺傳感系統與焊槍剛性連接，當焊槍中心與焊縫中心發生偏移時，攝像頭中心同樣也發生相同量的偏移，通過圖像特征點提取坐標與圖像基準點的比較得到焊槍相對焊縫的偏差量進行糾偏控制。

徐鵬飛等在文章“水下焊接機器人視覺傳感焊縫跟蹤方法研究”中焊槍和水下激光傳感器固定并安裝在十字滑塊上，由十字滑塊上下左右移動調整焊槍的位置，十字滑塊由控制上下和左右的兩組電機驅動。焊接跟蹤前首先進行焊槍的標定，其方法是，預先將焊槍對準某一直焊縫，然后通過圖像采集和焊縫位置的識別，得到焊縫中心的坐標，此坐標即焊槍在水平方向的位置，將這個位置標定為焊槍的標準位置。初始進行焊縫檢測，檢測出當前初始焊縫位置，從而可以計算出初始的焊縫偏差，從而可以進行偏差的調整。進行初始焊縫檢測，得出初始的焊縫偏差，即開始焊縫跟蹤。

上述應用方式從本質上來說是使圖像基準點位置與焊縫接近并收斂，而不是實際的焊槍位置。對于跟蹤對象為直線焊縫的情況，由于傳感器及焊槍的剛體關系，當圖像基準點位置與焊縫接近并收斂時，焊槍同樣與焊縫接近并收斂，所以對于直線焊縫能夠實現較好的跟蹤，并具有一定的跟蹤精度。使用這種方式進行曲線焊縫的跟蹤，跟蹤精度差，且曲率變化越大偏差越大。同時使用該應用方式，每次跟蹤前需人工使焊槍位置對準焊縫來確定圖像基準點，降低了自動化程度。同時由于傳感器的前置安裝方式使得在最后一段焊縫傳感器無法獲得相應的焊縫信息，難于進行焊縫的跟蹤控制。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種帶有線結構光型視覺傳感器的縱縫焊接專機及其控制方法，能夠實現對直線或者空間曲線焊縫的自動跟蹤。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種帶有線結構光型視覺傳感器的縱縫焊接專機，包括焊槍、線結構光型視覺傳感器、工業控制計算機和執行機構，所述焊槍固定在執行機構上，焊槍與線結構光型視覺傳感器連接在縱縫焊接專機的運行軌道上，且線結構光型視覺傳感器前置于焊槍；所述線結構光型視覺傳感器的輸出端與工業控制計算機的輸入端連接，工業控制計算機的輸出端連接執行結構。

所述焊槍與線結構光型視覺傳感器一起沿縱縫焊接專機的運行軌道前行，由于焊槍固定在執行機構上，執行機構會根據從線結構光型視覺傳感器接受到的數據進行糾偏運動，因而焊槍在沿運行軌道前行的同時亦會存在糾偏運動，但是線結構光型視覺傳感器只沿著運行軌道前行而不跟隨焊槍一同進行糾偏運動。同時執行機構可以為一組相互垂直的執行機構，能夠同時實現對焊槍高度及水平方向的糾偏。

線結構光型視覺傳感器不隨焊槍進行糾偏運動的方式雖然在一定程度上使得線結構光型視覺傳感器的視野相對減少，但是考慮到執行機構運動范圍有限，只要保證線結構光型視覺傳感器的視野能夠覆蓋執行機構的運動范圍即能夠滿足實際使用要求。這種方式的優點在于，分離焊槍的糾偏運動以及線結構光型視覺傳感器對數字圖像特征的采集，能夠獲得空間的焊縫軌跡，實現實際需要的運動方式，例如常用的焊縫的跟蹤加擺動，擺動坡口自適應等。