對(duì)接窄焊縫的視覺跟蹤解耦控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接自動(dòng)化領(lǐng)域，涉及一種對(duì)接窄焊縫的視覺跟蹤裝置，以及對(duì)接窄 焊縫的視覺跟蹤控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在焊接領(lǐng)域，對(duì)接窄焊縫是一種常見的焊縫，在汽車白車身、集裝箱制造等領(lǐng)域都 廣泛采用。目前，大量的對(duì)接窄焊縫還是采用人工的方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接效率低下，并且 焊接質(zhì)量得不到保證，并且焊接質(zhì)量得不到保證。實(shí)現(xiàn)對(duì)接窄焊縫的自動(dòng)化焊接是工業(yè)生 產(chǎn)發(fā)展的必由之路。
[0003] 國(guó)際上通常采用的焊縫跟蹤方式是基于激光結(jié)構(gòu)光的方式，這種方式不能完全滿 足于對(duì)接窄焊縫，原因是對(duì)接窄焊縫由于焊縫特別窄，通常寬度在0. 5mm以下，激光結(jié)構(gòu)光 條件下焊縫特征不明顯，很難提取?；谧匀还獾暮缚p跟蹤方式也不能完全滿足于對(duì)接窄 焊縫，原因是在自然光條件下，單目攝像機(jī)檢測(cè)不出目標(biāo)物的深度信息，因此焊縫跟蹤的豎 直偏差檢測(cè)不出。本發(fā)明正是為了解決這一難題而提出了融合兩種視覺檢測(cè)方式的解耦控 制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)對(duì)接窄焊縫自動(dòng)焊接的技術(shù)難題，提出一種對(duì)接窄焊縫的 視覺跟蹤解耦控制方法和裝置。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：視覺跟蹤裝置包括攝像機(jī)、激光器，激光器可照射條狀激 光，與焊縫方向垂直；攝像機(jī)、激光器及焊槍之間剛性連接；三者連接一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，可 通過位置調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整三者的水平位置和豎直位置，激光器發(fā)射口的朝向與攝像機(jī)鏡頭的 朝向之間的夾角為銳角。
[0006] 優(yōu)選的是：攝像機(jī)鏡頭處設(shè)置有環(huán)狀照明光源，環(huán)狀照明光源可直接照射焊縫。環(huán) 狀照明光源用于提供近似自然光的工作環(huán)境，可以使焊縫處于黑暗環(huán)境下時(shí)，依然保證正 常的焊接工作。
[0007] 優(yōu)選的是：激光器發(fā)射口的朝向與攝像機(jī)鏡頭的朝向之間的夾角為30°，保證激 光器發(fā)出的激光條紋在攝像機(jī)的攝像范圍內(nèi)。
[0008] 優(yōu)選的是：位置調(diào)整機(jī)構(gòu)為十字滑塊，十字滑塊包括相互垂直的橫向滑塊和縱向 滑塊，所述焊槍及攝像機(jī)、激光器安裝在一個(gè)滑塊上，與焊槍相連的滑塊通過滑塊行走機(jī)構(gòu) 設(shè)置在另一個(gè)滑塊上，焊槍及攝像機(jī)、激光器安裝在橫向滑塊上，橫向滑塊安裝在縱向滑塊 上。
[0009] 優(yōu)選的是：焊槍及攝像機(jī)、激光器安裝在縱向滑塊上，縱向滑塊安裝在橫向滑塊 上。
[0010] 對(duì)接窄焊縫的視覺跟蹤解耦控制方法的實(shí)現(xiàn)步驟為：
[0011] Sl :啟動(dòng)對(duì)接窄焊縫的視覺跟蹤裝置，攝像機(jī)對(duì)焊件進(jìn)行拍照；
[0012] S2 :以獲取的圖像建立坐標(biāo)系，焊縫的方向平行于x軸；圖像處理程序檢測(cè)焊縫對(duì) 應(yīng)的縱坐標(biāo)，記為Pyl;打開激光器，激光條紋的方向平行于y軸，圖像處理程序檢測(cè)激光條 紋對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)，記為P xl;
[0013] S3 :調(diào)節(jié)焊槍及攝像機(jī)、激光器的運(yùn)動(dòng)方向，使其沿水平方向運(yùn)動(dòng)，記錄運(yùn)動(dòng)脈沖 數(shù)為P1，檢測(cè)焊縫對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)，記為P y2;使其沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，記錄運(yùn)動(dòng)脈沖數(shù)為P 2，檢 測(cè)激光條紋對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)，記為Px2;
[0014] S4 :計(jì)算水平調(diào)節(jié)比例系數(shù)，.
_計(jì)算豎直調(diào)節(jié)比例系數(shù)，
r
[0015] S5 :將待焊的對(duì)接窄焊縫焊件放在攝像機(jī)下，使焊縫的焊接行走方向大致平行，焊 槍對(duì)準(zhǔn)焊接起點(diǎn)，得到基準(zhǔn)的焊縫坐標(biāo)和激光條紋坐標(biāo)；
[0016] S6 :啟動(dòng)焊接，控制焊接裝置向焊接方向行走，行走過程中計(jì)算焊槍水平調(diào)節(jié)量及 豎直調(diào)節(jié)量：
[0017]
，其中，Ui (i = 1，2)，當(dāng) i = 1 時(shí)， U1表示焊槍水平調(diào)節(jié)量，當(dāng)i = 2時(shí)，U 1表示焊槍豎直調(diào)節(jié)量；同理，S i是水平調(diào)節(jié)比例系 數(shù)或豎直調(diào)節(jié)比例系數(shù)（i = 1，2)，!^、!^、!^是控制器的比例~積分~微分系數(shù)。=?！剑?， 61;是t時(shí)刻的跟蹤偏差；
[0018] S7:將焊槍水平調(diào)節(jié)量和焊槍豎直調(diào)節(jié)量傳遞到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換為 控制指令分別傳遞到位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)焊槍的水平位置和豎直位置。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了單目攝像機(jī)條件下既能檢測(cè)對(duì)接窄焊縫的水 平跟蹤偏差，又能檢測(cè)對(duì)接窄焊縫的豎直跟蹤偏差，并實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向上的解耦控制。焊縫 水平方向的位置和豎直方向的位置分別采用兩種計(jì)算方式得到，其中水平位置跟蹤偏差采 用基于自然光的視覺監(jiān)測(cè)方法測(cè)量得到，基于自然光的視覺檢測(cè)方法對(duì)焊縫寬度無特殊要 求，可有效提取窄焊縫的特征，解決了激光結(jié)構(gòu)光條件下焊縫特征不明顯，無法有效提取的 問題；豎直位置跟蹤偏差采用基于激光的視覺檢測(cè)方法測(cè)量得到，激光結(jié)構(gòu)光視覺檢測(cè)方 法可以提取焊縫高度方向的信息，解決了自然光條件下單目攝像機(jī)無法得到深度信息的問 題。該裝置綜合了自然光視覺提取方法和激光結(jié)構(gòu)光視覺提取方法的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了各自的 缺點(diǎn)；焊縫水平方向和豎直方向的位置獨(dú)立計(jì)算，便于設(shè)計(jì)焊縫跟蹤解耦控制器。本發(fā)明無 需精確標(biāo)定攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)和激光平面參數(shù)，只需要測(cè)量焊縫圖像的縱坐標(biāo)變化與水平 軸調(diào)節(jié)量之間的比例系數(shù)、以及激光條紋圖像橫坐標(biāo)與數(shù)值調(diào)節(jié)軸調(diào)節(jié)量之間的比例系數(shù) 即可以標(biāo)定控制算法，可精確實(shí)現(xiàn)窄焊縫跟蹤。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 圖2為攝像機(jī)所拍攝的圖片示意圖。
[0022] 其中，1-窄焊縫，2-激光條紋，3-焊槍，4-攝像機(jī)，5-環(huán)狀照明光源，6-激光器， 7-待焊焊件
【具體實(shí)施方式】
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 對(duì)接窄焊縫視覺跟蹤裝置，包括攝像機(jī)4及激光器6,激光器6可照射條狀激光，與 窄焊縫1方向垂直；攝像機(jī)4、激光器6及焊槍3之間剛性連接；三者連接一位置調(diào)整機(jī)構(gòu)， 激光器發(fā)6射口的朝向與攝像機(jī)4鏡頭的朝向之間的夾角為銳角，為30°。
[0025] 位置調(diào)整機(jī)構(gòu)為十字滑塊，十字滑塊包括相互垂直的兩個(gè)條狀滑塊，分別為橫向 滑塊和縱向滑塊；每個(gè)滑塊上，沿滑塊長(zhǎng)度方向，均設(shè)置有移動(dòng)導(dǎo)軌；焊槍3通過焊槍行走 機(jī)構(gòu)設(shè)置在一個(gè)橫向滑塊上，橫向滑塊通過滑塊行走機(jī)構(gòu)設(shè)置在縱向滑塊上。通過步進(jìn)電 機(jī)控制焊槍3沿橫向滑塊運(yùn)動(dòng)，橫向滑塊沿縱向滑塊運(yùn)動(dòng)。
[0026] 攝像機(jī)4鏡頭處設(shè)置有環(huán)狀光源5。環(huán)狀照明光源5用于提供近似自然光的工作 環(huán)境，可以即使窄焊縫1處于黑暗環(huán)境下時(shí)，視覺跟蹤裝置依然保證可進(jìn)行正常的焊接工 作。
[0027] 對(duì)接窄焊縫的視覺跟蹤解耦控制方法：
[0028] Sl :啟動(dòng)對(duì)接窄焊縫的視覺跟蹤裝置，攝像機(jī)4對(duì)待焊接焊件7進(jìn)行拍照，圖像采 集，獲取待焊接焊件7的圖像；
[0029] S2 :以獲取的圖像建立坐標(biāo)系，對(duì)圖像進(jìn)行特征提取。窄焊縫1的方向大致平行于 X軸；圖像處理程序檢測(cè)窄焊縫1對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)，記為Pyl;打開激光器，激光條紋2的方向 大致平行于y軸，圖像處理程序檢測(cè)激光條紋2對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)，記為P xl;
[0030] S3 :調(diào)節(jié)焊槍3及攝像4、激光器6的運(yùn)動(dòng)方向，控制系統(tǒng)通過步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制 焊槍3及攝像機(jī)4、激光器6沿橫向滑塊運(yùn)動(dòng)，