[發(fā)明專利]一種雙傳感集成式焊縫跟蹤傳感器及糾偏方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111168309.8
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113695715A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙輝;呂娜
• 申請（專利權(quán)）人: 上海釗晟傳感技術(shù)有限公司
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種雙傳感集成式焊縫跟蹤傳感器方法，同時采用結(jié)構(gòu)光與單目視覺兩種原理對焊縫位置進(jìn)行檢測，結(jié)構(gòu)光傳感器可以獲得準(zhǔn)確的焊縫位置信息，視覺傳感器可以獲得焊縫的偏角，由此可以對導(dǎo)前誤差進(jìn)行實(shí)時修正。而且，兩種原理的傳感器共用一套鏡頭與相機(jī)，不僅可以大幅度簡化系統(tǒng)組成、降低成本、縮小傳感器體積、便于應(yīng)用集成，而且同一套共用鏡頭與相機(jī)也有利于提高兩個傳感器檢測的同步性與一致性，抗干擾能力更強(qiáng)，實(shí)際效果顯著提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種焊縫跟蹤傳感器。具體地，是一種高性能的雙傳感集成式焊縫跟蹤傳感器及糾偏方法。

背景技術(shù)

隨著工廠自動化設(shè)備的普及化及低價化，焊接作業(yè)也從傳統(tǒng)的手工焊接，開始向半自動焊接、自動焊接發(fā)展。借助機(jī)器人的焊接工藝也在以汽車行業(yè)為主的各類領(lǐng)域普及，成為了焊接工序合理化的必要手段。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人焊接的位置準(zhǔn)確、無偏差，焊接質(zhì)量一致性好，工作效率高，以及適應(yīng)不同類型焊接工藝和不同工件結(jié)構(gòu)變化的目標(biāo)，需要在焊接過程中實(shí)時檢測焊槍、電弧或熔池的中心位置，使之與接縫中心位置相吻合，并能適應(yīng)工件的位置變化以及適應(yīng)焊接過程產(chǎn)生的變形，這就是焊縫跟蹤傳感器所要完成的工作。

目前焊縫跟蹤的方法分為兩類：一類是傳統(tǒng)的接觸法，采用探針或直接使用漢斯與接縫接觸，通過反饋判斷偏差，進(jìn)行調(diào)整。由于存在接觸磨損，以及周期長、效率低，目前逐漸被非接觸方法所取代。另一類是采用光學(xué)方法或渦流發(fā)放實(shí)現(xiàn)的非接觸法，其中光學(xué)主鏡成為主流，具體包括結(jié)構(gòu)光法和視覺法兩類。

結(jié)構(gòu)光法是基于三角測量原理獲取焊縫的三維信息，即在熔池前面一定距離的焊縫上投射線結(jié)構(gòu)光，相機(jī)獲取被焊縫坡口的激光條紋圖像，經(jīng)過圖像處理后獲取焊縫的特征參數(shù)，結(jié)合相機(jī)成像參數(shù)便可得到焊縫的中心位置。結(jié)構(gòu)光法以其精度高、靈敏性好、信息量豐富和適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在種類眾多的焊縫跟蹤傳感器中占有越來越大的比例，被廣泛地應(yīng)用于各種焊接工藝中。但是，這種線結(jié)構(gòu)光檢測方法也存在自身的缺陷與不足：其一，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的檢測位置與實(shí)際焊接位置存在一定距離，當(dāng)行走軌道與焊縫軌跡之間存在偏角或軌道安放面不平整時，容易造成焊炬的導(dǎo)前誤差。其二：對于間隙很小的對焊焊縫以及緊密對接無坡口焊縫，這種線結(jié)構(gòu)光幾乎沒有變形，此時這種方法幾乎完全失效。為消除該類誤差，一部分研究工作著采用減少結(jié)構(gòu)光與熔池之間的距離，但是這樣會增加弧光干擾，后期圖像處理復(fù)雜，穩(wěn)定性較差、效果不佳。另一部分研究者采用高動態(tài)相機(jī)直接對熔池及其前區(qū)焊縫成像，但成本較高、且在高速焊中能獲取的焊縫較短，難以及時計(jì)算出偏離量并引導(dǎo)焊槍運(yùn)動。例如，南昌大學(xué)提出一種雙線結(jié)構(gòu)光傳感方式，通過對焊縫的兩個不同位置進(jìn)行檢測，獲得焊縫軌跡走向繼而求得焊接位置處的焊縫偏差，從而可以減小導(dǎo)前誤差。但是，這種方法的系統(tǒng)組成復(fù)雜、成本高、體積大，并不實(shí)用。特別是兩個線激光的距離比較近，由此產(chǎn)生的偏差過大，實(shí)際效果并不理想。

視覺方法的原理是通過獲取焊縫區(qū)域的圖像，通過處理提取焊縫中心特征信息。視覺傳感器獲取的信息量大，特別是對于間隙很小的對焊焊縫以及緊密對接無坡口焊縫具有獨(dú)特的優(yōu)勢。例如，廣東工業(yè)大學(xué)通過使用雙靶面成像裝置對焊縫以及熔池進(jìn)行成像，對焊縫圖像以及熔池圖像進(jìn)行圖像處理操作，得出焊縫中心坐標(biāo)和熔池中心坐標(biāo)，利用熔池中心坐標(biāo)對焊槍焊接進(jìn)行糾偏。但是，視覺方法容易受到焊接飛濺、煙塵、蒸汽、電弧閃爍以及工件的鐵銹、劃痕、記號和氧化皮的影響，而且視覺傳感器技術(shù)的成本高，難以應(yīng)用于普通的焊接生產(chǎn)。此外，由于熔池本身不會劇烈，而且熔池處的焊縫已經(jīng)完全融化，焊縫信息基本被淹沒，因此很難從熔池圖像上準(zhǔn)確獲取焊縫位置信息及特征。