[發(fā)明專利]一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610268835.4
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105728972A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳海永;歐洋;張?zhí)旖?/a>;李澤楠
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué);天津易而速機器人科技開發(fā)有限公司
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K37/00;B25J9/08;B23K101/12
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 陳松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置，具體是一種對于凹凸形變角焊縫進行視覺識別并對其實現(xiàn)快速智能化示教及實時自適應(yīng)跟蹤的裝置。

背景技術(shù)

隨著當(dāng)今科技迅速發(fā)展，現(xiàn)代化焊接生產(chǎn)對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的要求越來越高，焊接制造模式從傳統(tǒng)手工焊接形式向自動化無人焊接形式逐步升級。如何保證焊接質(zhì)量，提高焊接自動化水平成為擺在人們面前的一項重大課題。當(dāng)下，我國海、陸運物流發(fā)展迅速，由此導(dǎo)致了我國海、陸運集裝箱需求迅速加大。而集裝箱的側(cè)板、門板位置都由波紋板構(gòu)成，在其與集裝箱上下梁之間的焊接時，由于波紋板的焊縫長度較長，在加工波紋板的過程中，經(jīng)過沖壓成型波紋板焊縫的位置會隨機變化，這就導(dǎo)致了波紋板焊縫不存在一致性。應(yīng)對以上問題國內(nèi)的焊接機器人一般采用兩種方式：1.手動示教的方式，對焊縫的位置進行手動示教，但其焊接效率很低，并且廢品率高；2.接觸式機械測量方式，設(shè)計機械結(jié)構(gòu)控制焊槍來應(yīng)對焊縫位置的變化。但這種方式機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度不高、操作困難，并且很難實現(xiàn)對于焊縫間隙隨機變化情況下的有效焊槍控制。因此，即便集裝箱需求不斷加大，但由于以上原因?qū)е卢F(xiàn)在國內(nèi)集裝箱波紋板焊接部分依然由傳統(tǒng)手工焊接完成。然而，結(jié)構(gòu)光視覺檢測方法具有大量程、非接觸、大視場和系統(tǒng)柔性好等優(yōu)點，近年在工業(yè)環(huán)境尤其是焊接領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。利用視覺傳感器對凹凸形變角焊縫的三維位置進行視覺測量，可以實現(xiàn)對目標(biāo)焊縫的快速智能化示教，進而可由三自由度機器人控制焊槍完成對目標(biāo)焊縫三維位置的實時自適應(yīng)精確定位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一套以視覺檢測系統(tǒng)為核心的三自由度焊接設(shè)備。針對集裝箱波紋板為代表的具有凹凸形變角的焊縫進行自動化焊接，在精確獲得焊縫三維位置信息的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)焊槍對于焊縫的高精度自適應(yīng)跟蹤及擺動控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置，其特征是所述裝置由三自由度機器人、視覺傳感器和控制系統(tǒng)組成；

所述三自由度機器人包括底座與移動方向互相垂直的x軸方向移動模組、y軸方向移動模組和z軸方向移動模組，所述移動模組均為采用步進電機驅(qū)動的滾珠絲杠式直線模組，所述底座上表面為用于放置待焊接工件1的工作平臺，y軸和x軸平行于工作平臺的工作平面；y軸方向移動模組的y軸方向?qū)к壈惭b在工作平臺一側(cè)，z軸方向移動模組安裝在y軸方向移動模組的y軸滑臺上，x軸方向移動模組安裝在z軸方向移動模組的z軸滑臺上，所述x軸方向移動模組的x軸滑臺用于安裝焊槍；

所述視覺傳感器包括并排安裝并可沿y軸同步運動的攝像機和一字線激光器，以焊槍在y軸上的運動軌跡的起始端和末端分別為前、后方，一字線激光器在y軸方向上位于焊槍前方，位于一字線激光器發(fā)出的激光線可以照射在放置在工作平臺上的待焊接工件的待焊縫上并由攝像機拍攝；

所述控制系統(tǒng)包括上位機、下位機和電機驅(qū)動器，所述視覺傳感器中的攝像機與上位機連接，上位機與下位機連接，下位機還與電機驅(qū)動器連接。

所述的一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置，其特征是所述放置在工作平臺上的待焊接工件的待焊縫為底面和立面相交形成的凹凸形變角焊縫，底面與工作平臺(xy平面)平行，立面為相對yz平面具有凹凸形變的曲面或折線面。所述凹凸形變角為100°～120。

所述的一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置，其特征是所述上位機為工業(yè)平板電腦、下位機為PLC，上位機、下位機和電機驅(qū)動器均安裝在一體式控制柜中，一體式控制柜與y軸滑臺相對固定安裝，所述攝像機為工業(yè)CCD相機，上位機與視覺傳感器中的工業(yè)CCD相機以USB接口線連接。

本發(fā)明還提供了一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟

1)將待焊接工件固定在工作平臺上，以x、y、z軸建立機器人工具坐標(biāo)系，并確定焊槍的工作原點；

2)視覺傳感器中的一字線激光器將激光線照射到待焊縫上，并由攝像機采集激光線照射到待焊縫上形成的圖像，由上位機對采集的圖像進行處理，根據(jù)處理結(jié)果生產(chǎn)下位機控制信號，由下位機控制電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機，操作機器人運動完成待焊縫掃描定位和待焊縫實施自適應(yīng)跟蹤。

所述步驟2)具體包括