自適應雙目視覺傳感的波紋板焊縫跟蹤監(jiān)測與控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種自適應雙目視覺傳感的波紋板焊接焊縫跟蹤檢測與控制系統(tǒng)，尤其是基于自適應旋轉(zhuǎn)雙目視覺傳感器，自適應旋轉(zhuǎn)雙目視覺傳感器通過空心電機與焊槍連接，在焊接過程中自適應旋轉(zhuǎn)雙目視覺傳感器可以通過自適應旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)使兩個傳感器同時繞焊槍轉(zhuǎn)動，以保證線陣CCD激光位移傳感器總是位于當前焊縫方向的正前方，面陣CCD被動視覺傳感器總是位于當前焊縫方向的正后方，并且傳感器的“雙目”可以通過伺服電機分別沿著焊槍方向擺動以適應焊縫軌跡的變化;通過前置的線陣CCD激光位移傳感器獲取波紋板焊縫信息并進行數(shù)據(jù)擬合得出焊縫的軌跡，通過后置的面陣CCD被動視覺傳感器獲得焊接過程中的跟蹤誤差，通過雙傳感器的數(shù)據(jù)融合得出反饋控制策略進而實現(xiàn)高精度的波紋板焊縫跟蹤。
【背景技術(shù)】
[0002]由于波紋板有較好的力學性能，目前大量用于集裝箱的生產(chǎn)，集裝箱的生產(chǎn)是勞動密集型產(chǎn)業(yè)需要大量的焊接工人，且工作環(huán)境惡劣人力成本高，所以實現(xiàn)波紋板焊接自動化是亟需解決的問題。目前用于波紋板的焊接方法主要是手工焊接和機械仿形半自動焊接，焊接效率低且焊接質(zhì)量難以保證，波紋板焊縫成型質(zhì)量不高，同時由于焊接過程焊接規(guī)范無法實現(xiàn)有效跟蹤調(diào)整，使波紋板的上坡段與下波段以及直線段的焊縫成型質(zhì)量有明顯的不同，難以滿足對波紋板焊接質(zhì)量一致性的要求。這些問題在我國波紋板焊接中長期存在又一直未得到解決的難題，以至于制約了我國集裝箱等行業(yè)的制造技術(shù)的進步和行業(yè)增長模式的轉(zhuǎn)變。
[0003]目前國內(nèi)外已經(jīng)有多種原理的關(guān)于焊縫跟蹤的方法，都采用相應的傳感器來實現(xiàn)，如電弧傳感、光電傳感器、電容傳感器、超聲波傳感器等，這些焊縫跟蹤的方法都得到了不同程度的應用，但是由于波紋板的特殊結(jié)構(gòu)，若將用于普通焊接的焊縫跟蹤方法用于波紋板的焊接并不能達到滿意的效果。由于視覺傳感器獲得的信息量大、跟蹤精度高的特點，在波紋板焊接中得到了廣泛的應用。如山東大學的田新誠等申請的專利“基于激光測距的集裝箱波紋板焊接軌跡檢測裝置”、廣東工業(yè)大學的高向東等申請的專利“雙波長雙目視覺焊縫跟蹤方法及跟蹤系統(tǒng)”，都是利用視覺來實現(xiàn)波紋板焊縫跟蹤。但是由于波紋板在焊接過程中容易發(fā)生變形，上述的基于視覺的焊縫跟蹤方法都是開環(huán)的控制故難以保證波紋板焊縫跟蹤的精度，本發(fā)明提供一種閉環(huán)反饋的波紋板焊縫跟蹤方法，可以有效地提高焊縫跟蹤的效果。目前存在的視覺傳感器體積較大，在波紋板焊接中由于波紋板軌跡的復雜性會影響焊槍的可達性，并且在焊接過程中由于焊槍姿態(tài)的調(diào)整會改變視覺傳感器的拍攝角度從而會影響焊縫跟蹤的精度。本發(fā)明公開的自適應雙目視覺傳感器的“雙目”可以自適應的轉(zhuǎn)動以適應波紋板軌跡的變化從而提高焊縫跟蹤的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服目前波紋板焊接技術(shù)中存在的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、焊接質(zhì)量高且經(jīng)濟性好的波紋板自動焊接方法。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)焊槍空間姿態(tài)的調(diào)整、可以實現(xiàn)焊縫跟蹤的閉環(huán)控制以及通過自適應旋轉(zhuǎn)雙目視覺傳感器使焊槍能更好的適應波紋板焊縫軌跡的變化從而提高焊接質(zhì)量。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0006]一種自適應雙目視覺傳感的波紋板焊縫跟蹤檢測與控制系統(tǒng)，包括自適應旋轉(zhuǎn)雙目視覺傳感器、電路控制裝置以及用于焊槍空間姿態(tài)調(diào)整的多自由度焊接小車。自適應旋轉(zhuǎn)雙目視覺傳感器通過控制線路與主控連接，主控通過對傳感器獲得數(shù)據(jù)進行處理，進而控制焊接小車的運動軌跡。
[0007]所述的自適應旋轉(zhuǎn)雙目視覺傳感器包括:一個空心電機、一個自適應旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、兩個伺服電機、一個伺服電機安裝基座、三個旋轉(zhuǎn)編碼器、一個線陣CCD激光位移傳感器以及一個面陣CCD被動視覺傳感器，線陣CCD激光位移傳感器和面陣CCD被動視覺傳感器分別通過線陣CCD激光位移傳感器擺動手臂及面陣CCD被動視覺傳感器擺動手臂裝配在兩個伺服電機上，伺服電機通過安裝基座裝配在焊槍上；空心電機與焊槍固連，并且通過自適應旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與伺服電機安裝基座連接；當檢測到波紋板的拐點時，自適應旋轉(zhuǎn)雙目視覺傳感器可以通過自適應旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)使兩個傳感器同時繞著焊槍轉(zhuǎn)動，以保證線陣CCD激光位移傳感器總是位于當前焊縫方向的正前方，面陣CCD被動視覺傳感器總是位于當前焊縫方向的正后方，并且傳感器的“雙目”可以通過伺服電機分別沿著焊槍方向擺動以適應焊縫軌跡的變化。
[0008]所述線陣CCD激光位移傳感器包括，線陣CCD、步進電機、掃描轉(zhuǎn)鏡、圓柱物鏡、圓柱像鏡、濾波片、CCD驅(qū)動電路及步進電機驅(qū)動電路;將其與面陣CCD被動視覺傳感器以及自適應旋轉(zhuǎn)機構(gòu)封裝在一起，通過激光測距獲得波紋板焊縫信息的數(shù)據(jù)，利用的最小二乘法對數(shù)據(jù)進行擬合，得出焊縫的軌跡。
[0009]所述的面陣CXD被動視覺傳感器包括，面陣(XD、鏡頭、CXD驅(qū)動電路等組成;將其與線陣CCD激光傳感器以及自適應旋轉(zhuǎn)機構(gòu)封裝在一起;在焊接過程中面陣CCD被動視覺傳感器對焊槍及熔池進行拍照，經(jīng)過圖像處理得出實時的跟蹤誤差;對兩個傳感器所獲得數(shù)據(jù)進行融合得出反饋控制策略，經(jīng)過控制系統(tǒng)對多自由度焊接小車進行控制實現(xiàn)焊縫跟蹤。
[0010]所述的自適應旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括，一個空心電機、一個自適應旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、兩個伺服電機、一個伺服電機安裝基座、三個旋轉(zhuǎn)編碼器、一個線陣CCD激光位移傳感器擺動手臂以及一個面陣CCD被動視覺傳感器擺動手臂。
[0011]所述的空心電機外殼與焊槍固連，以保證其與焊槍相對靜止，空心電機的軸與自適應旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接且電機軸上裝有旋轉(zhuǎn)編碼器?？招碾姍C通過控制線路與主控系統(tǒng)連接，主控根據(jù)焊縫軌跡信息得出電機應該轉(zhuǎn)動的角度以保證線陣CCD激光位移傳感器總是位于當前焊縫方向的正前方，面陣CCD被動視覺傳感器總是位于當前焊縫方向的正后方?？招碾姍C中設有焊絲通過機構(gòu)，防止焊絲與電機的線圈相互干擾，以保證焊絲在空心電機中順利通過。
[0012]所述的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)由內(nèi)圈、外圈以及滾珠組成，內(nèi)外圈之間可以相互轉(zhuǎn)動;旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的外圈與空心電機的外殼固連，內(nèi)圈的一端與空心電機軸通過鍵連接以帶動其轉(zhuǎn)動，內(nèi)圈的另一端與伺服電機安裝基座固連;旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)內(nèi)設有焊絲通過的結(jié)構(gòu)，以防止在內(nèi)圈的轉(zhuǎn)動過程中與焊絲相互干擾。
[0013]所述的伺服電機安裝在伺服電機安裝基座上，通過安裝基座固連在自適應旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上，自適應旋轉(zhuǎn)雙目視覺傳感器的“雙目”通過擺動手臂分別裝配在兩個伺服電機上;兩個伺服電機的軸上分別裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，以精確控制伺服電機的旋轉(zhuǎn)角度;兩個伺服電機分別通過控制電路與主控連接，主控根據(jù)焊縫的軌跡控制伺服電機轉(zhuǎn)動進而使自適應雙目視覺傳感器的“雙目”適應焊縫軌跡的變化;兩個伺服電機之間留有足夠大的縫隙，以保證焊絲順利通過。
[0014]所述的伺服電機安裝基座一端安裝在自適應旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上，另一端與焊槍固連;伺服電機安裝基座的內(nèi)部設有伺服電機固定的結(jié)構(gòu)，且其內(nèi)部以及兩端都設有焊絲通