[發明專利]基于環形面陣CCD鍋爐內環縫的焊槍姿態調節方法

有效

• 申請號: 201810033418.0
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108284290B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 洪波;唐碧波;高佳篷;蘆川
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G06F7/02
• 分類號: G06F7/02;B23K37/02;B23K101/12
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一種基于環形面陣CCD鍋爐內環縫的焊槍姿態調節方法，用于鍋爐內部圓管焊縫的焊槍姿態調節。該方法經結構光發生裝置形成與焊槍軸線同心的圓環形掃描激光，再通過創新性提出的一種像素點成一定夾角放射狀排列的面陣CCD接收焊縫周圍形態的數據，最后利用矩陣算法得出焊槍的所有姿態角并依據姿態角自適應調節焊槍。本發明具有結構相對小巧緊湊，易于安裝以及適用各種位置和各種類型焊縫的起焊點校準焊槍對準焊縫中心和姿態調節。

技術領域

本發明涉及鍋爐內圓管焊接自動化領域，是一種基于環形面陣CCD鍋爐內環縫的焊槍姿態調節方法。

背景技術

對于鍋爐內圓管焊接，當前世界上尚未實現自動化。我國絕大部分還處于人工進入鍋桶內部焊接，普遍焊接效率低，工人工作環境惡劣。為了提升焊接效率和改善工人工作環境，提出一種基于環形面陣CCD鍋爐內環縫的焊槍姿態調節方法,對進一步推動焊接生產自動化有著積極作用。目前應用在其他領域中的CCD視覺都具有或多或少的超前性，不能實時檢測以焊槍軸心為圓心的鄰域上的位置信息。

發明內容

為了解決現有技術存在的不足，更好的推動焊接設備自動化的進程，針對鍋爐內管筒焊接生產中起始點定位和焊槍姿態調節由人工校正而存在的焊接效率低、工人工作環境差、定位和校正不準等問題。本發明提出一種基于環形面陣CCD鍋爐內環縫的焊槍姿態調節方法，用于鍋爐內環縫的焊槍姿態調節。該方法經自主設計結構光發生裝置形成與焊槍軸線同心的圓環形掃描激光，再通過創新性提出的一種像素點成一定夾角放射狀排列的面陣CCD接收焊縫周圍形態的數據，最后利用自主設計的Raytrace-Contrast算法得出焊槍的所有姿態角并依據姿態角自適應調節焊槍。本發明具有結構相對小巧緊湊，易于安裝以及適用各種位置和各種類型焊縫的起焊點校準焊槍對準焊縫中心和焊槍姿態調節。其特征主要有以下三點：

第一、本發明采用的系統框圖如圖1所示，其主要包括與焊槍軸線同心的圓環形掃描激光光路裝置、機器人手臂及計算機控制單元、Raytrace-Contrast算法；其中光路裝置主要包括結構光發生器和圓環形面陣CCD采集模塊；該方法依據所設計光路裝置采集以焊槍為中心的圓形鄰域上的深度值信息并進行特征提取，通過Raytrace-Contrast算法輸出焊槍與焊縫的相對位置及焊槍姿態角給控制單元，控制單元與機器人通信調整機器人手臂來調節焊槍位置與焊槍姿態。

第二、本發明的光路裝置主要包括結構光發生器和圓環形面陣CCD采集模塊；其中所述的結構光發生器包括固定支架，驅動器，混合伺服電機，帶齒輪的滾動軸承，激光支架和激光發生器；驅動器驅動混合伺服電機轉動，并通過齒輪傳動調動軸承轉動，進而控制軸承上的四個激光器旋轉，產生以焊槍為軸心的圓形掃描激光；其中所述的圓環形面陣CCD采集模塊包括聚焦透鏡、圓環形面陣CCD和CCD驅動器；圓環形面陣CCD的像素點排列方式與普通的面陣CCD的矩陣式排列不同，其排列方式如同線陣CCD感光條呈固定夾角的圓環陣列式排列。

第三、本發明提出的Raytrace-Contrast算法是：首先對圓環形面陣CCD進行順時針序號標記；通過CCD采樣并用質心法求出深度值矩陣S與校核數據P比較，若S與P相等則不需要調節，若S與P不相等則對S進行差分分析得出焊縫特征點的位置K；然后運用K與校核時特征點K1進行比較得出焊槍空間位置偏差角ε，若ε不為0，則通過PID調節直至ε等于0；當ε＝0時通過圖像與幾何關系得出焊槍平面位置姿態角最后通過控制單元與機器人手臂結合調節焊槍直至姿態角等于0。

本發明明顯優勢是：本發明提出一種基于環形面陣CCD鍋爐內環縫的焊槍姿態調節方法，該方法采用的圓環形面陣CCD，其排列方式如同線陣CCD感光條呈固定夾角的圓環陣列式排列，各像素列之間相互獨立并行輸出到數據采集卡進行處理，得出原始數據矩陣。因此，其數據采集處理速度快效率高。以及該方法采用的質心法計算的深度值較為穩定準確，自主設計的Raytrace-Contrast算法可以與控制模塊自適應調節焊槍姿態，采用的裝置可以實時反映出以焊槍為軸心的圓形鄰域上的深度值信息。

附圖說明