[發(fā)明專利]一種用于激光-電弧復(fù)合焊的主動(dòng)激光視覺穩(wěn)健焊縫跟蹤系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810826086.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN109226967B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯旭東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同高先進(jìn)制造科技（太倉）有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/348
• 分類號(hào): B23K26/348;B23K37/00
• 代理公司: 蘇州市方略專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32267
• 代理人: 劉燕嬌

本發(fā)明公開了一種用于激光?電弧復(fù)合焊的主動(dòng)激光視覺穩(wěn)健焊縫跟蹤系統(tǒng)，包括：激光?復(fù)合焊接機(jī)器人、主動(dòng)激光視覺系統(tǒng)、激光光源、圖像處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述主動(dòng)激光視覺系統(tǒng)和激光光源均設(shè)于激光?復(fù)合焊接機(jī)器人上，所述圖像處理系統(tǒng)設(shè)于控制系統(tǒng)中，所述激光?復(fù)合焊接機(jī)器人、主動(dòng)激光視覺系統(tǒng)、激光光源、圖像處理系統(tǒng)均與控制系統(tǒng)連接；其解決現(xiàn)有激光?電弧復(fù)合焊接時(shí)電弧弧光及飛濺干擾導(dǎo)致焊縫跟蹤系統(tǒng)產(chǎn)生過多圖像噪聲最終影響焊接質(zhì)量、焊接精度與效率的問題，解決示教過程焊縫特征點(diǎn)軌跡偏差引起的機(jī)器人跟蹤失誤問題，將焊縫圖像識(shí)別與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)焊縫特征自動(dòng)提取與準(zhǔn)確智能跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于激光-電弧復(fù)合焊的主動(dòng)激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)及其跟蹤方法。

背景技術(shù)

激光焊接在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛，激光焊接工藝局限性日益突出,主要表現(xiàn)為：激光焊接能量利用率底、焊接厚度增加導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加；激光焊接對(duì)工件的焊接裝配精度要求高、坡口搭橋能力弱；由于金屬強(qiáng)烈汽化，激光焊縫易產(chǎn)生咬邊、凹陷和氣孔缺陷，而且很難通過工藝參量調(diào)節(jié)來消除；激光焊的冷卻速度過大，焊縫易形成脆性相，接頭的塑性和韌性較低。因此，激光-電弧復(fù)合焊受到廣泛重視，將激光焊接和電弧焊接結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效焊接生產(chǎn)。與傳統(tǒng)電弧焊和激光焊接相比，激光-電弧復(fù)合焊具有大焊接熔深、高工藝穩(wěn)定性、高焊接效率、較強(qiáng)的焊接間隙橋接能力和小焊接變形等優(yōu)點(diǎn)，能夠大幅度提高焊接效率和焊接質(zhì)量。然而，該焊接方法結(jié)合了激光焊接和常規(guī)電弧焊接兩種焊接方法，影響焊接過程的因素較多，焊接工藝相對(duì)較為復(fù)雜，焊接接頭的焊縫成形和焊縫質(zhì)量密切相關(guān)，好的焊縫成形才能具有優(yōu)良的接頭力學(xué)性能，有效地控制焊縫成形尤為重要。

激光-電弧復(fù)合焊接機(jī)器人具有工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化和柔性化程度高、靈活性和穩(wěn)定性好、動(dòng)作快捷準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，其自動(dòng)化焊接重要有兩種實(shí)現(xiàn)方式：一種是基于手動(dòng)示教再現(xiàn)或離線編程的控制方式，另一種是基于焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)的控制方式。手動(dòng)示教再現(xiàn)或者離線編程需要焊縫在空間軌跡一旦確定就不能改變，當(dāng)焊接工件存在加工誤差、裝夾后存在位置誤差、焊接時(shí)工件會(huì)發(fā)生熱變形，這些因素可能會(huì)使焊縫軌跡發(fā)生一定程度的變化，導(dǎo)致示教編程獲得的機(jī)器人焊接軌跡偏離實(shí)際的焊縫軌跡，從而影響焊接質(zhì)量。而焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)通過傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)焊縫特征點(diǎn)(特征點(diǎn)是焊縫實(shí)際軌跡的離散點(diǎn)) 的位置，根據(jù)特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)控制機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)跟蹤焊接，具有更高的靈活性和更廣的應(yīng)用范圍，能實(shí)現(xiàn)跟高程度的自動(dòng)化焊接。光學(xué)視覺式傳感器，利用CCD或者CMOS感光芯片直接對(duì)焊縫進(jìn)行成像，然后從圖像獲取焊縫的形狀、位置等信息，主動(dòng)式光學(xué)視覺傳感器利用特殊的輔助光源對(duì)目標(biāo)的局部位置進(jìn)行照明，被照明位置在圖像中形成高亮度區(qū)域，降低了特征提取難度。但是容易受到弧光和飛濺的干擾，測(cè)量點(diǎn)與焊接點(diǎn)的距離越小，弧光和飛濺噪聲越強(qiáng)烈，這些因素都對(duì)視覺系統(tǒng)存在干擾，增加了焊縫跟蹤系統(tǒng)的難度。因此，提高視覺系統(tǒng)魯棒性，有效提取焊縫特征點(diǎn)，抵抗一定程度的弧光飛濺和飛濺干擾、圖像噪聲，從而提高系統(tǒng)測(cè)量精度、頻率和抗干擾能力，成為優(yōu)化、提高焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)亟待解決的問題。其次，在進(jìn)行機(jī)器人人工示教過程中，由于各種因素可能將導(dǎo)致所提取焊縫特征點(diǎn)軌跡產(chǎn)生偏差，從而使得焊接質(zhì)量出現(xiàn)問題，因此，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的焊縫跟蹤，確保機(jī)器人工具端TCP點(diǎn)沿著可靠的焊縫特征點(diǎn)行進(jìn)，可動(dòng)態(tài)地準(zhǔn)確對(duì)偏差進(jìn)行補(bǔ)償，也是焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于激光-電弧復(fù)合焊的主動(dòng)激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，易于生產(chǎn)，智能化程度高、系統(tǒng)穩(wěn)健性強(qiáng)，減少人工勞動(dòng)量，提高了工作效率，確保焊接質(zhì)量。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于激光-電弧復(fù)合焊的主動(dòng)激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)，包括：激光-復(fù)合焊接機(jī)器人、主動(dòng)激光視覺系統(tǒng)、激光光源、圖像處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述主動(dòng)激光視覺系統(tǒng)和激光光源均設(shè)于激光-復(fù)合焊接機(jī)器人上，所述圖像處理系統(tǒng)設(shè)于控制系統(tǒng)中，所述激光-復(fù)合焊接機(jī)器人、主動(dòng)激光視覺系統(tǒng)、激光光源、圖像處理系統(tǒng)均與控制系統(tǒng)連接；