一种基于激光跟踪的焊接系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于激光跟踪的焊接系统，包括可进行行走及焊接的焊接小车和焊缝跟踪单元；焊缝跟踪单元，包括激光传感器头和激光控制箱，可检测及识别待焊接工件的焊缝并提供焊缝的检测参数值；焊接小车内置有焊接调整单元，以根据焊缝跟踪单元的检测参数值调整当前待焊接点处的焊接位置及焊枪高度。本发明专利技术根据跟踪单元的实时提前监控，实时计算，得出焊枪的高度和水平两个方向的偏差量，焊接小车做出相应的调整，达到焊枪始终保持在焊缝的中心和适当的上下位置，实现基于激光跟踪的焊接应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光跟踪的焊接系统
本专利技术涉及焊接
，特别是涉及一种基于激光跟踪的焊接系统。
技术介绍
目前在焊接应用上，已经由半自动手工焊接工艺逐渐转变为自动焊接工艺，全自动焊接工艺，或者智能焊接工艺，各个工艺所采用的跟踪方式也不一样，国内外研究最多的两类跟踪就是电弧(传感器)跟踪，激光(传感器)跟踪。电弧跟踪是利用焊接电弧自身特点的传感器，不需要在焊枪上附加任何装置，通过采集电弧的特性进行程序算法控制，达到实时，稳定的焊接跟踪。但电弧跟踪的缺点也有很多，比如对薄板件的对接和搭接接头很难跟踪；受国外知识产权的影响，不可能开放底层接口，所以限制了国内的电弧传感器自主研发的进度和应用范围；对于电弧传感器信号的处理也是难点之一，因为弧焊过程有许多对信号采集和处理不利的因素，像短路电流的干扰，熔池液态金属波动或流动的干扰等。这些不利因素导致了焊接电流是由长时低频成分和短时高频成分组成的非平稳信号；控制方法的选择，传统PID控制已经无法满足复杂，非线性的焊接过程，而采用自适应智能控制是一个比较好的解决方法，但实现起来又会遇到运算量大等问题，不容易实现实时控制。激光(传感器)跟踪是利用工业CCD摄像机，经图像处理获得焊件和焊缝的相对位置及坡口、熔池的相关信息。优点是能获得的焊缝信息量大，控制精度高、再现性好。基于激光跟踪的很多优点，应用于全自动焊接设备上，可以达到更精确的控制和更完美的焊缝。要想实现合格的焊缝，激光传感器技术必须依赖可靠的焊接电源。焊接电源包括各项参数，比如电弧电压，焊接电流，焊接速度，摆动参数，热输入量等，也与焊前工件预热温度相关。能够实现根据跟踪的效果进行实时自动调节焊接电源的参数，达到合格的焊缝。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于激光跟踪的焊接系统，利用激光焊缝跟踪技术应用在焊接设备上，确保更高的焊缝质量和焊接生产率。为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供的一种基于激光跟踪的焊接系统，包括可进行行走及焊接的焊接小车和焊缝跟踪单元；焊缝跟踪单元，包括激光传感器头和激光控制箱，可检测及识别待焊接工件的焊缝并提供焊缝的检测参数值；激光传感器头包括激光传感器和摄像机，可摄取含有激光标记的图像检测信号，提前的识别焊缝延伸的方向和偏差量以及焊缝的高度；激光控制箱可接收激光传感器头的图像检测信号，根据图像检测信号计算当前待焊接点的检测参数值，检测参数值包括焊缝在焊接小车行走方向上的左右偏差量以及焊缝的高度偏差量；焊接小车内置有焊接调整单元，以根据焊缝跟踪单元的检测参数值调整当前待焊接点处的焊接位置及焊枪高度；焊接调整单元包括小车控制器、焊接电源及焊枪，焊枪可根据小车控制器的指令调整摆动中心以及调整高度；小车控制器接收当前待焊接点处的检测参数值，并读取焊枪当前摆动中心量，将焊缝的左右偏差量与焊枪当前摆动中心量进行比对计算，得到左右偏移调整值，进而输出执行摆动中心调整指令，实现焊枪在当前待焊接点处的焊接位置调整；小车控制器将当前待焊接点处的焊缝高度偏差量与焊枪实时高度比对计算，得到高度偏移调整值，进而输出执行高度调整指令，实现焊枪在当前待焊接点处的焊枪高度调整。其中，焊接小车上设置有十字滑台，十字滑台上设置有焊枪和激光传感器头，激光传感器头位于焊枪的前方位置。作为一选项，焊接调整单元的焊接位置调整过程的内容如下：初始化焊接位置的参数变量，参数变量包括焊缝的左右偏差量、焊枪摆动中心位置量、摆动中心调整量、摆动电机螺距及摆动电机齿轮比；读取当前焊枪的摆动中心位置，存入摆动中心位置量；接收焊缝的左右偏差量；判断左右调整方向：定义在行走方向上当前待焊接点处于左边时左右偏差量为负，在行走方向上当前待焊接点处于右边时左右偏差量为正；分析左右偏差量，若左右偏差量为正则向右边偏移，若左右偏差量为负则向左边偏移；根据参数变量计算摆动中心调整量；控制摆动中心作出调整。作为一选项，焊枪高度调整过程的内容如下：初始化高度位置各个参数变量，包括高度偏差量、高度调整量、高度电机螺距、高度电机齿轮比及高度位置；实时读取当前焊枪的高度位置，存入高度位置变量；读取焊枪的高度偏差量；判断高度调整方向，其中，高度偏差量具有正负数，定义在高度方向上当前带焊接点高度比预设高度低时高度偏差量为正数，反之则为负数；根据参数变量计算高度调整量；执行高度位置调整。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术根据跟踪单元的实时提前监控，实时计算，得出焊枪的高度和水平两个方向的偏差量，焊接小车做出相应的调整，达到焊枪始终保持在焊缝的中心和适当的上下位置，实现基于激光跟踪的焊接应用。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术的实施例的系统框图；图2为本专利技术的实施例的处理流程图；图3为本专利技术的实施例的传感器头与焊枪位置关系示意图；图4为本专利技术的实施例的水平方向下传感器头工作示意图；图5为本专利技术的实施例的焊接位置调整流程实例图；图6为本专利技术的实施例的焊枪调整流程实例图；图7为本专利技术的实施例的高度方向下传感器头工作示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。激光焊缝跟踪系统是专门用于焊接专机的非接触式焊缝跟踪系统，克服了机械探针式系统所固有的不能处理薄工件或者小间隙的缺陷，将激光传感器安装在焊枪的前面，跟踪系统将根据传感器检测的焊缝偏差来控制焊枪的位置确保焊丝对中。本专利技术提供的一种基于激光跟踪的焊接系统，包括可进行行走及焊接的焊接小车和焊缝跟踪单元；焊缝跟踪单元，包括激光传感器头和激光控制箱，可检测及识别待焊接工件的焊缝并提供焊缝的检测参数值；激光传感器头包括激光传感器和摄像机(可对图像进行初级算法处理)，可摄取含有激光标记的图像检测信号，提前的识别焊缝延伸的方向和偏差量以及焊缝的高度；激光控制箱可接收激光传感器头的图像检测信号，根据图像检测信号计算当前待焊接点的检测参数值(对图像应用层进行算法处理)，检测参数值包括焊缝在焊接小车行走方向上的左右偏差量以及焊缝的高度偏差量(与预设高度比对，得到高度偏差量)；焊接小车内置有焊接调整单元，以根据焊缝跟踪单元的检测参数值调整当前待焊接点处的焊接位置及焊枪高度；焊接调整单元包括小车控制器、焊接电源及焊枪，焊枪可根据小车控制器的指令调整摆动中心以及调整高度；小车控制器接收当前待焊接点处的检测参数值，并读取焊枪当前摆动中心量，将焊缝的左右偏差量与焊枪当前摆动中心量进行比对计算，得到左右偏移调整值，进而输出执行摆动中心调整指令，实现焊枪在当前待焊接点处的焊接位置调整；小车控制器将当前待焊接点处的焊缝高度偏差量与焊枪实时高度比对，得到高度偏移调整值，进而输出执行高度调整指令，实现焊枪在当前待焊接点处的焊枪高度调整。其处理流程参见图2。下述将对本专利技术进行具体说明。如图1所示，本专利技术系统主要包括激光传感器头、激光控制箱、焊接小车(包含焊枪)、焊接手控盒、焊接电源及水箱等。具体说明如下：激光传感器头包括激光传感器和摄像机(摄像模块)，其中结合了高分辨率百万像素摄像机，而激光传感器包括发射激光源和控制器(CPU)，独特的自动激光控制和特殊的光学系统，确保了所生成的焊缝激光条纹图像的高质量和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光跟踪的焊接系统，其特征在于，包括可进行行走及焊接的焊接小车和焊缝跟踪单元；焊缝跟踪单元，包括激光传感器头和激光控制箱，可检测及识别待焊接工件的焊缝并提供焊缝的检测参数值；激光传感器头包括激光传感器和摄像机，可摄取含有激光标记的图像检测信号，提前的识别焊缝延伸的方向和偏差量以及焊缝的高度；激光控制箱可接收激光传感器头的图像检测信号，根据图像检测信号计算当前待焊接点的检测参数值，检测参数值包括焊缝在焊接小车行走方向上的左右偏差量以及焊缝的高度偏差量；焊接小车内置有焊接调整单元，以根据焊缝跟踪单元的检测参数值调整当前待焊接点处的焊接位置及焊枪高度；焊接调整单元包括小车控制器、焊接电源及焊枪，焊枪可根据小车控制器的指令调整摆动中心以及调整高度；小车控制器接收当前待焊接点处的检测参数值，并读取焊枪当前摆动中心量，将焊缝的左右偏差量与焊枪当前摆动中心量进行比对计算，得到左右偏移调整值，进而输出执行摆动中心调整指令，实现焊枪在当前待焊接点处的焊接位置调整；小车控制器将当前待焊接点处的焊缝高度偏差量与焊枪实时高度比对计算，得到高度偏移调整值，进而输出执行高度调整指令，实现焊枪在当前待焊接点处的焊枪高度调整。...

【技术特征摘要】
1.一种基于激光跟踪的焊接系统，其特征在于，包括可进行行走及焊接的焊接小车和焊缝跟踪单元；焊缝跟踪单元，包括激光传感器头和激光控制箱，可检测及识别待焊接工件的焊缝并提供焊缝的检测参数值；激光传感器头包括激光传感器和摄像机，可摄取含有激光标记的图像检测信号，提前的识别焊缝延伸的方向和偏差量以及焊缝的高度；激光控制箱可接收激光传感器头的图像检测信号，根据图像检测信号计算当前待焊接点的检测参数值，检测参数值包括焊缝在焊接小车行走方向上的左右偏差量以及焊缝的高度偏差量；焊接小车内置有焊接调整单元，以根据焊缝跟踪单元的检测参数值调整当前待焊接点处的焊接位置及焊枪高度；焊接调整单元包括小车控制器、焊接电源及焊枪，焊枪可根据小车控制器的指令调整摆动中心以及调整高度；小车控制器接收当前待焊接点处的检测参数值，并读取焊枪当前摆动中心量，将焊缝的左右偏差量与焊枪当前摆动中心量进行比对计算，得到左右偏移调整值，进而输出执行摆动中心调整指令，实现焊枪在当前待焊接点处的焊接位置调整；小车控制器将当前待焊接点处的焊缝高度偏差量与焊枪实时高度比对计算，得到高度偏移调整值，进而输出执行高度调整指令，实现焊枪在当前待焊接点处的焊枪高度调整。2.根据权利要求1所述一种基于激光跟踪的焊接系统，其特征在于，所述焊接小车上设置有十字滑台，十字滑台上设置有焊枪和激光传感器头，激光传感器头位于焊枪的前方位置。3.根据权利要求2所述一种基于激光跟踪的焊接系统，其特征在于，所述激光传感器头中，摄像机位于激光传感器的前方位置，激光传感器投射激光线并在当前待焊接点处形成一条激光条纹，且激光条纹垂直于行走方向，以构成当前待焊接点的左右偏差量检测模型。4.根据权利要求3所述一种基于激光跟踪的焊接系统，其特征在于，所述激光控制箱计算左右偏差量的过程如下：接收摄像机摄取的检测图像；检测图像中有焊缝、激光条纹及焊枪当前位置，以焊枪当前位置为参考点得到行走方向；识别当前待焊接点的左右偏移方向，同时计算当前待焊接点与行走方向之间的距离，得到具有正负数的左右偏差量，其中，定义在行走方向上当前待焊接点处于左边时左右偏差量为负，在行走方向上当前待焊接点处于右边时左右偏差量为正。5.根据权利要求1所述一种基于激光跟踪的焊接系统，其特征在于，所述焊接调整单元的焊接位置调整过程的内容如下，初始化焊接位置的参数变量，参数变量包括焊缝的左右偏差量、焊枪摆动中心位置量、摆动中心调整量、摆动电机螺距及摆动电机齿轮比；读取当前焊枪的摆动中心位置，存入摆动中心位置量；接收焊缝的左右偏差量；判断左右调整方向：定义在行走方向上当前待焊接点处于左边时左右偏差量为负，在行走方向上当前待焊接点处于右边时左右偏差量为正；分析左右偏差量，若左右偏差量为正则向右边偏移，若左右偏差量为负...

【专利技术属性】
技术研发人员：何江龙，
申请(专利权)人：成都熊谷加世电器有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51