一种基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置及操作方法制造方法及图纸

技术编号：40711216 阅读：14 留言：0更新日期：2024-03-22 11:12

本发明专利技术专利公开了一种基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其包括触觉传感器、视觉传感器、焊接装置、控制系统、移动平台、导向针两轴跟随装置。在焊接前，通过视觉传感器获得基本的特征信息，触觉传感器靠近焊缝的端部设置有送丝接头，触觉传感器的送丝接头追随激光焦点移动且内部用于向焊缝输出焊丝，焊丝的端部与焊缝的槽壁接触，焊丝在焊接过程中，应变片将焊丝的弯折趋势转化为应力数据，控制系统分析应力数据精确制定焊接路径，保证焊接质量，做到主动监测。该装置控制精确、适用于复杂焊缝的焊接，能够大幅提高焊接质量与效率。本发明专利技术专利还公开了基于该装置的操作方法，可以快速提高焊接效率和焊接质量。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接设备的领域，尤其涉及一种基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置及操作方法。

技术介绍

1、在现有的焊接设备中，常常采用机器人离线编程模式和示教模式，机器人离线编程模式和示教模式存在编程效率低、示教工作量大，以及不能及时获取焊缝偏差等缺点。为了弥补机器人离线编程模式和示教模式的局限性，已开发出了基于视觉在线检测的焊接装置,但是当焊接机器人进行工作时，视觉检测过程中需要克服焊接过程中飞溅灰尘等对于传感器的影响。而且，由于在焊接过程中，使用视觉检测的方法不能够完全有效的对焊缝的状态进行监测，不能够保证焊接的质量与效率。同时在面对复杂形状的焊缝时，使用视觉方法进行三维扫描不能准确了解焊接状态，视觉检测的激光扫描设备也不能对工件的加工状态进行实时检测，不能够保证焊接的质量与效率。

2、如公开号为cn113634954b的专利技术专利公开了一种多传感器融合的焊缝轨迹跟踪方法，在示教时，通过触觉传感器来确定焊接轨迹的起点、终点以及两者之间各个插补点的信息。并借助激光视觉传感器对焊缝信息进行检测，将获得的数据与触觉传感器获得的数据进行对比，并对两组传感器获得的数据进行拟合处理，并将融合结果输入内置的pid控制器进行实际焊缝轨迹的调节，从而补偿焊接过程中产生的焊缝偏差。

3、然而焊接过程是一个动态变化的过程，由于不可避免的热应力对焊接工件尺寸形状的影响，上述专利所提供的方法在具体的焊接过程中，先前示教时触觉传感器获得的数据，不具有太大的参考价值，从而在高精度焊接过程中并不能够准确的对焊接轨迹进行实时矫正。</p>

4、公开号为cn113634964b的中国专利技术专利公开了一种大型构件龙门式机器人焊接装备及焊接工艺，其包括一套柔性龙门式机器人焊接装备和一种多传感器信息融合实时补偿焊缝偏差的焊接工艺，采用该机器人焊接工艺，在焊接时与视觉传感融合，能实现焊缝轨迹在线跟踪并进行实时误差补偿，进而实现了对大型构建的自动化焊接。

5、但在实际焊接作业过程中，焊接过程中焊缝处的部金属产生的是复杂的物理化学反应，对加工工件尺寸形状的影响是较大且不可避免。因此先前示教时所存储的数据参考意义较低，不能够准确的保证焊接的质量与效率。

技术实现思路

1、本专利技术提供一种基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置及操作方法，以解决现有焊接装置或方法中所提供的数据参考无法实时更新而失去参考价值，进而导致无法保证焊接质量与效率的技术问题。

2、为解决上述问题，本专利技术提供的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置及操作方法采用如下技术方案：

3、一种基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其中，包括：

4、焊接机，其包括焊接装置和控制系统，所述焊接装置用于控制激光直射于焊缝；

5、视觉传感器，其包括正对于焊缝以获取其视觉信息的镜头，所述控制系统接收该视觉信息，进而生成初步的焊接路径以实现焊接路径的粗定位；

6、触觉传感器，其靠近焊缝的端部设置有用于输出焊丝的送丝接头，且该焊丝端部伸入焊缝的内部且焊丝的端部与该焊缝的槽壁接触，焊丝在焊缝内部移动时，触觉传感器通过焊丝在移动过程中发生的弯折趋势，进而得到该焊缝处的应力数据以实现焊接路径的精定位，且焊丝沿着精定位后的焊接路径焊接；

7、移动平台和导向针两轴跟随装置，所述触觉传感器安装在所述导向针两轴跟随装置上，所述焊接机和该导向针两轴跟随装置分别与所述移动平台相连，所述控制系统控制移动平台和/或导向针两轴跟随装置运动时，所述视觉传感器始终正对于焊缝以实时调整初步的焊接路径，所述焊丝沿着焊接路径焊接时，控制系统根据视觉传感器和触觉传感器得到的数据实时更新焊接路径。

8、上述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其中，所述触觉传感器还包括：第二传感器本体和送丝管道，所述送丝管道于所述第二传感器远离焊缝的端部穿过该第二传感器本体，进而与所述送丝接头相连以输送焊丝，所述第二传感器本体的外侧壁上还设置有多个主应力方向分别沿着沿着所述第二传感器本体的形变方向的应变片及若干用于放大其形变量的挖槽，焊丝从触觉传感器中间穿过的，焊丝在焊缝中有移动趋势或移动时，力的作用会使焊丝有弯折趋向，由于焊丝固定在送丝接头上，送丝接头会阻止焊丝发生弯折，从而这个力的效果就会往上传递至触觉传感器的应变片的位置，应变片则将该形变数据转化为应力数据。

9、上述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其中，所述视觉传感器还包括：第一传感器本体，所述第一传感器本体上还分别设置有电源接头和传输接头，该传输接头与控制系统电连接，进而输送视觉信息，所述镜头还安装在所述第一传感器本体靠近焊缝的端部。

10、上述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其中，所述移动平台包括：沿第一方向运动调节的第一移动装置、沿第二方向运动调节的第二移动装置和沿第三方向运动调节的第一转动装置，进而分别沿着第一方向、第二方向和第三方向带动焊丝趋近焊缝，定义第三方向为焊接路径方向，第一方向水平垂直于第三方向，第二方向竖直垂直于第三方向。

11、上述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其中，所述第一移动装置、所述第二移动装置和所述第一转动装置分别包括固定连接的第一平台、第二平台和第三平台，且该第一平台、第二平台和第三平台分别通过电机沿第一方向、第二方向和第三方向运动。

12、上述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其中，所述导向针两轴跟随装置包括：调节支架，所述调节支架朝向焊缝的端部设置有触觉传感器连接器，进而与所述触觉传感器连接。

13、上述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其中，所述导向针两轴跟随装置还包括：沿第一方向移动的第一跟随装置、沿第二方向移动的第二跟随装置和沿第三方向转动的第二转动装置，所述第一跟随装置、第二跟随装置和第二转动装置分别与调节支架可拆连接，进而分别沿第一方向、第二方向和第三方向带动焊丝的端部伸入焊缝。

14、一种操作方法，应用于上述的焊接跟踪装置，其中，包括：

15、进行焊接前，所述视觉传感器对焊缝进行扫描，获得焊缝的视觉信息，控制系统根据该视觉信息生成初步的焊接路径进而实现焊接路径的粗定位；

16、在焊接过程中，触觉传感器对于焊接部位进行实时监测并反馈应力数据至控制系统，控制系统将该应力数据与视觉传感器在相同时刻获取的视觉信息进行对比融合，同时驱动移动平台和/或导向针两轴跟随装置调整焊丝的位置，进而实时更新焊接路径进而实现对焊接路径的精定位，使得焊丝沿着精定位后的焊接路径焊接。

17、上述的操作方法，其中，在焊接前，调整视觉传感器的位置，使得视觉传感器的镜头方向与激光光路保持平行，进而实时获得焊缝的视觉信息。

18、上述的操作方法，其中，在焊接前，调整触觉传感器的位置，使得送丝接头上的焊丝与激光光路焦点重合，且在焊接过程中，通过调节移动平台和/或导向针两轴跟随装置，使得送丝结构始终追随激光焦点移动。

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【技术保护点】

1.一种基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其特征在于，所述触觉传感器还包括：第二传感器本体和送丝管道，所述送丝管道于所述第二传感器远离焊缝的端部穿过该第二传感器本体，进而与所述送丝接头相连以输送焊丝，所述第二传感器本体的外侧壁上还设置有多个主应力方向分别沿着所述第二传感器本体的形变方向的应变片及若干用于放大其形变量的挖槽，焊丝在焊缝内部移动时，焊丝的弯折趋势使多个应变片产生形变，且该应变片还用于将形变数据转化为应力数据。

3.根据权利要求2所述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其特征在于，所述视觉传感器还包括：第一传感器本体，所述第一传感器本体上还分别设置有电源接头和传输接头，该传输接头与控制系统电连接，进而输送视觉信息，所述镜头还安装在所述第一传感器本体靠近焊缝的端部。

4.根据权利要求3所述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其特征在于，所述移动平台包括：沿第一方向运动调节的第一移动装置、沿第二方向运动调节的第二移动装置和沿第三方向运动调节的第一

5.根据权利要求4所述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其特征在于，所述第一移动装置、所述第二移动装置和所述第一转动装置分别包括固定连接的第一平台、第二平台和第三平台，且该第一平台、第二平台和第三平台分别通过电机沿第一方向、第二方向和第三方向运动。

6.根据权利要求3所述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其特征在于，所述导向针两轴跟随装置包括：调节支架，所述调节支架朝向焊缝的端部设置有触觉传感器连接器，进而与所述触觉传感器连接。

7.根据权利要求6所述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其特征在于，所述导向针两轴跟随装置还包括：沿第一方向移动的第一跟随装置、沿第二方向移动的第二跟随装置和沿第三方向转动的第二转动装置，所述第一跟随装置、第二跟随装置和第二转动装置分别与调节支架可拆连接，进而分别沿第一方向、第二方向和第三方向带动焊丝的端部伸入焊缝。

8.一种操作方法，应用于权利要求1至7任意一项所述的焊接跟踪装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的操作方法，其特征在于，在焊接前，调整视觉传感器的位置，使得视觉传感器的镜头方向与激光光路保持平行，进而实时获得焊缝的视觉信息。

10.根据权利要求8所述的操作方法，其特征在于，在焊接前，调整触觉传感器的位置，使得送丝接头上的焊丝与激光光路焦点重合，且在焊接过程中，通过调节移动平台和/或导向针两轴跟随装置，使得送丝结构始终追随激光焦点移动。

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【技术特征摘要】

1.一种基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，其特征在于，所述移动平台包括：沿第一方向运动调节的第一移动装置、沿第二方向运动调节的第二移动装置和沿第三方向运动调节的第一转动装置，进而分别沿着第一方向、第二方向和第三方向带动焊丝趋近焊缝，定义第三方向为焊接路径方向，第一方向水平垂直于第三方向，第二方向竖直垂直于第三方向。

5.根据权利要求4所述的基于触觉与视觉融合的激光焊接跟踪装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，程思，殷俊，陈科，刘璇，
申请(专利权)人：武汉新耐视智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：

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