一种激光焊接系统及激光焊点位置确定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光焊接系统及激光焊点位置确定方法，属于激光焊接领域。系统包括激光器输出头、焊接枪、反射镜和焊点确定装置；激光器输出头产生的焊接激光经由反射镜反射后通过焊接枪进行输出；焊点确定装置包括相位板、相机以及与相机通信连接的上位机；反射镜还用于将焊接激光经待焊工件反射后形成的回返光反射到相位板上，相机用于采集回返光经相位板后的实时图像；上位机用于从数据库中匹配与实时图像最接近的预存图像，并通过查表确定与预存图像对应的焊接点的位置为相机采集到实时图像的时刻下焊接激光在待焊工件上形成的焊点的位置。本发明专利技术通过简单的结构设计，能够以低成本的方式精确获得激光焊接点的位置。够以低成本的方式精确获得激光焊接点的位置。够以低成本的方式精确获得激光焊接点的位置。

【技术实现步骤摘要】
一种激光焊接系统及激光焊点位置确定方法


[0001]本专利技术涉及激光焊接
，特别涉及一种激光焊接系统及激光焊点位置确定方法。

技术介绍

[0002]在激光焊接应用中，精确测定焊接点与激光聚焦点的距离对提高焊接质量、保证激光焊接安全至关重要。在实际工作中，焊接点与激光聚焦点的距离通常由焊接点到激光焊接枪的位置关系来表征。
[0003]目前主要的精确测定焊接点到焊接枪的位置的方法有：激光测距仪、微波测距仪、机械式测距仪、调高仪等。这些方法在用于激光焊接应用中都有各自的短板：
[0004]1、常规的激光测距仪是利用一束激光束进行测距，通过计算激光束的出射和回返光之间的角度差来确定距离。但是该方式存在两个主要问题：第一、出射光与回返光必须有一定角度，因此无法跟焊接激光保持同轴，需要额外的位置安装；第二、焊接时的弧光对测量造成很大影响，需要做很仔细的滤波和抗干扰，结构复杂，成本高。
[0005]2、常规的微波测距仪，由于微波的波长在mm级，测量精度在cm级，对激光焊接来说，精度不够。
[0006]3、常规的机械式测距仪，由于焊接点温度高(通常在2000℃以上)，机械式的接触点容易损伤，大多数情况下，无法使用。
[0007]4、在激光切割中，应用广泛的调高仪，测量精度可以达到，但是测量范围不宜超过5mm，也无法使用在焊接中。
[0008]因此，开发一种精确、简单的、焊接专用的测距技术方案，以此来解决激光焊接应用中焊接点位置测定以及基于焊接点位置进行控制的问题有十分重要的价值。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的激光焊接应用中难以精确、低成本地测量焊接点位置的问题，本专利技术的目的在于提供一种激光焊接系统及激光焊接点位置确定方法。
[0010]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种激光焊接系统，包括激光器输出头、焊接枪和反射镜，所述激光器输出头产生的焊接激光经由所述反射镜反射后通过所述焊接枪进行输出，还包括焊点确定装置，所述焊点确定装置包括相位板、相机以及与所述相机通信连接的上位机；所述反射镜还用于将所述焊接激光经所述待焊工件反射后形成的回返光反射到所述相位板上，所述相机用于采集所述回返光经所述相位板后的实时图像；所述上位机用于从数据库中匹配与所述实时图像最接近的预存图像，通过查表确定与所述预存图像对应的焊接点的位置，并将所述焊接点的位置确定为所述相机采集到所述实时图像的时刻下所述焊接激光在所述待焊工件上形成的焊点的位置。
[0012]优选的，所述相位板上设置有呈棋盘状或网格状分布的色块，且相邻色块间的明
暗度各异。
[0013]第二方面，本专利技术还提供一种激光焊点位置确定方法，应用于上述的系统，所述方法包括以下步骤：
[0014]S1、相机采集回返光经相位板后的实时图像，并发送给上位机；
[0015]S2、上位机从预设的数据库中匹配出与所述实时图像最接近的预存图像；
[0016]S3、上位机根据所述预存图像查表确定所述激光焊点的位置。
[0017]优选的，当所述相位板上设置有呈棋盘状或网格状分布的色块，且相邻色块间的明暗度各异时，则S2中，所述上位机从预设的数据库中匹配出与所述实时图像最接近的预存图像的步骤包括：
[0018]S20、通过边界识别算法识别所述实时图像中各色块的边界，确定所述实时图像的边界图形，所述边界图形包含多个明暗边界点；
[0019]S22、根据所述边界图形中明暗边界点的位置，计算所述实时图像与相位板之间的二阶矩，获得实时二阶矩列表；
[0020]S24、对数据库中全部的预存图像进行S20和S22的处理过程，从而获得多个预存二阶矩列表，并建立记载有预存图像与预存二阶矩列表间一一对应关系的映射表格；
[0021]S26、以相位板中心为原点的高斯分布为权重，将计算得到实时二阶矩列表与多个预存二阶矩列表采用最小二乘法进行比对，确定与所述实时二阶矩列表最接近的预存二阶矩列表；
[0022]S28、根据与所述实时二阶矩列表最接近的预存二阶矩列表以及所述映射表格，查表确定与所述实时图像最接近的预存图像。
[0023]优选的，当所述相位板上的色块呈N
×
M矩阵分布时，则在S22之前还包括以下步骤：
[0024]S21、将所述实时图像的边界图形划分为多个依次分布的计算块，每个所述计算块中均包含相同数量的色块，且各色块构成m阶矩阵，并以每个计算块内部的明暗边界点作为S22的输入，其中，m≥2。
[0025]优选的，所述上位机根据所述预存图像查表确定所述激光焊点的位置的步骤包括：
[0026]S30、上位机根据所述预存图像查表确定回返光的角度；
[0027]S32、上位机根据所述回返光的角度以及所述焊接激光的的位置，确定回返光与焊接激光的交点位置为所述激光焊点的位置。
[0028]采用上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：
[0029]1、由于反射镜的设置，使得焊接激光能够无阻碍的通过焊接枪向外输出的同时，还能够利用反射镜将角度发生偏离的焊接激光的回返方从焊接激光中分离出来，从而方便焊点确定装置利用该回返光对焊接点进行确定；
[0030]2、由于焊点确定装置中相位板的设置，使得通过相位板解决了回返光模糊、不确定的问题，从而提高了相机对回返光的成像效果；
[0031]3、由于焊点确定装置中相机和上位机的设置，使得通过上位机能够对相机采集到的回返光的实时图像进行处理，进而根据处理结果从数据库中匹配出与之最接近的预存图像，并以该预存图像对应的焊接点的位置作为焊接点的实际位置，使得本专利技术的技术方案
能够以更简单的结构、更低的成本实现激光焊接应用中焊接点的位置的精确测量。
附图说明
[0032]图1为本专利技术实施例一公开的激光焊接系统的结构示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例二公开的激光焊点位置确定方法的步骤流程图；
[0034]图3为本专利技术中相位板的示意图；
[0035]图4为本专利技术中相机采集到的回返光经相位板后的实时图像；
[0036]图5为本专利技术中本专利技术中待焊工件处于不同位置时回返光的光路示意图；
[0037]图6为本专利技术中待焊工件处于图5所示的三个位置下相机分别采集到的实时图像；
[0038]图7为图4中的实时图像经处理后获得的边界图形；
[0039]图8为本专利技术中相位板经处理后的标准边界图形；
[0040]图9为当本专利技术中的相位板具有四个色块时对应的标准边界图形；
[0041]图10为本专利技术中实时二阶矩列表以及预存二阶矩列表的示意图。
[0042]图中:1.1
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焊缝、1.2
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待焊工件、1.3
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焊接区及焊接光斑、1.4
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焊接枪、1.5
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焊接激光、1.6...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接系统，包括激光器输出头、焊接枪和反射镜，所述激光器输出头产生的焊接激光经由所述反射镜反射后通过所述焊接枪进行输出，其特征在于：还包括焊点确定装置，所述焊点确定装置包括相位板、相机以及与所述相机通信连接的上位机；所述反射镜还用于将所述焊接激光经所述待焊工件反射后形成的回返光反射到所述相位板上，所述相机用于采集所述回返光经所述相位板后的实时图像；所述上位机用于从数据库中匹配与所述实时图像最接近的预存图像，通过查表确定与所述预存图像对应的焊接点的位置，并将所述焊接点的位置确定为所述相机采集到所述实时图像的时刻下所述焊接激光在所述待焊工件上形成的焊点的位置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述相位板上设置有呈棋盘状或网格状分布的色块，且相邻色块间的明暗度各异。3.一种激光焊点位置确定方法，应用于如权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S1、相机采集回返光经相位板后的实时图像，并发送给上位机；S2、上位机从预设的数据库中匹配出与所述实时图像最接近的预存图像；S3、上位机根据所述预存图像查表确定所述激光焊点的位置。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述相位板上设置有呈棋盘状或网格状分布的色块，且相邻色块间的明暗度各异，则S2中，所述上位机从预设的数据库中匹配出与所述实时图像最接近的预存图像的步骤包括：S20、通过边界识别算法识别所述实时图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：江苏星链激光科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：