[發明專利]一種馬鞍形空間曲線的焊接控制系統

在審

• 申請號: 201710397156.1
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107020468A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 魏敏;薛良豪;楊濤;盧永鑫;張鋒;施寧強;張志陽
• 申請（專利權）人: 石河子大學
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B23K9/127
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于結構光跟蹤傳感的焊縫實時跟蹤，特別涉及一種馬鞍形空間曲線的焊縫實時跟蹤的焊接控制系統。

背景技術

圓形管材在石油、化工、電力等工業領域中十分常見，對于石油、天然氣、水的輸送常用此類管材來運輸，管材之間相連接的相貫線焊縫也是非常典型的焊縫形式。這種管管之間相交的相貫線在行業中稱為馬鞍形焊縫。而在保證低成本和高焊接質量的條件下，這些容器的筒體和與其連接的管道的焊接問題也是一個亟待解決的問題。

基于自動化焊接的種種優勢，針對上述馬鞍形焊縫的焊接問題，國內企業在原手工焊的情況下，也陸續采用自動或半自動的方式來實現相貫線焊縫的焊接。但是市場上大部分針對相貫線焊縫的焊接設備，一般缺少反饋及數字化管理，方法一般要采用示教再現的方法，操作復雜、適應能力較差，只能滿足預先示教的特定路徑的焊縫，不能夠根據實際焊接工況準確調整焊槍的軌跡，實現焊接過程的自動化和數字化。因此，在相貫線焊縫焊接時，能自動適應管道直徑和位置是實現機器人焊接應用的一個關鍵問題。

目前，將焊縫視覺傳感器應用于焊接機器人的研究較為常見，主要應用于直線焊縫或水平焊縫的焊接方面，但是把焊縫跟蹤傳感器應用于壓力容器的管管相交的焊接方面的研究和應用卻不多見。

因此，確有必要對現有技術和馬鞍形空間曲線的自動焊接設備做進一步的研究和改造，以解決現有技術之不足。

發明內容

本發明的目的之一在于針對上述不足，提供一種馬鞍形空間曲線的焊接控制系統，以期望實現馬鞍形焊接設備在完成馬鞍形焊縫軌跡的情況下，能夠根據焊接的實際工況準確調整焊接軌跡，解決焊接設備系統穩定性差、效率低、焊縫不能實時跟蹤等技術問題。

本發明采用如下技術方案:一種馬鞍形空間曲線的焊接控制系統，采用了基于結構光的跟蹤傳感系統，具體如下：

激光從激光器發出，經過柱面透鏡后匯聚成寬度很窄的光帶，其最大特點是激光發射的光帶是結構化的，在圖像處理過程中可以采用特定處理方法快速提取光帶圖像，對相應的圖像信息進行采集，并且經過圖像預處理，然后將信息送到控制系統，控制系統對圖像進行處理，提取出所需的焊接信息，處理后送給機器人的驅動裝置。

作為優選，進一步地技術方案是：所述結構光跟蹤傳感系統工作原理如下：

圖像采集卡采集CCD攝像機所拍攝的焊縫圖片，經過A/D轉換成數字信號后傳送給運動實時跟蹤模塊，接著調用圖像處理程序進行圖像預處理（濾波、增強等）和圖像后處理（抽取焊縫中心線、檢測特征信號點）,將處理得到的偏差信號傳給DSP控制系統。

本發明另一方面還采用如下技術方案：提供了一種馬鞍形空間曲線的焊接控制系統，其包括如下步驟：

（1）根據焊接需求，在控制面板輸入各項焊接工藝參數，軌跡計算模塊按照預設編寫在多軸運動控制卡里面的插補算法和程序計算出理想的馬鞍形焊縫軌跡，將生成的焊接軌跡參數傳輸至控制系統；手工對焊槍位置進行調整，將焊縫的最高點作為馬鞍形焊接軌跡的初始起點；

（2）電機驅動模塊接入主軸回轉運動電機、橫向進給運動電機、縱向進給運動電機和焊槍旋轉電機，驅動各執行機構完成馬鞍形焊縫的軌跡運動，在試運行階段，電機驅動模塊收到控制系統的信號，驅動電機帶動執行機構完成相應的軌跡運動；在焊槍運行過程中，通過工作人員干預，根據實際工況對理想軌跡的部分軌跡點進行一定的插補算法調整，使其滿足實際需求;

（3）結構光跟蹤傳感器安置在焊槍的前面,并且與焊槍固定，將焊槍的實時位置反饋給運動實時跟蹤模塊；焊接過程中，CCD攝像機將采集到的圖像傳送到圖像采集卡，經過A/D轉換后，將信號送入控制系統的運動實時跟蹤模塊進行處理，得到偏差信號后由電機驅動模塊控制伺服電機，對執行機構的運動進行調整以及對結構光跟蹤傳感器和焊槍的位置調整,實現對焊縫的跟蹤;

（4）DSP控制系統根據運動實時跟蹤模塊反饋的焊槍當前位置，至少計算出當前焊槍的擺動角度和落差量，并傳輸至控制面板進行呈現。

進一步地，所述步驟（2）中軌跡試運行步驟具體包括：

步驟1：將焊接機器人移動到調整起點，即馬鞍形焊縫最高點位置；

步驟2：按下控制面板上的“試運行”按鈕，焊接設備會自動沿著理想軌跡運動；

步驟3：當有需要調整的軌跡點時，按下“暫停”按鈕，設備會停止運動，此時工作人員可以通過調整橫向進給機構、縱向進給機構和焊槍回轉機構使焊槍末端到達合理的位置；按下“繼續”按鈕，控制系統軟件會根據一定的插補算法對調整點前后各一段距離進行平滑處理，然后根據調整后的新軌跡，繼續運動；