一種焊槍自動(dòng)跟蹤控制并在線修正系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人弧焊技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種焊縫跟蹤檢測控制方法，具體地說是一種焊槍自動(dòng)跟蹤控制并在線修正系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，焊縫自動(dòng)跟蹤控制技術(shù)常用的方法有兩種，一種是給定軌跡的目標(biāo)控制方式，另一種是監(jiān)視焊接點(diǎn)的圖像處理方法，前者費(fèi)時(shí)費(fèi)力，生產(chǎn)效率低下；后者增大了圖像處理的難度，影響跟蹤精度。自動(dòng)焊時(shí)，為實(shí)時(shí)補(bǔ)償因工件的加工與裝配誤差，以及因焊接熱變形所引起的焊縫位置和尺寸變化，必須采用適當(dāng)?shù)暮缚p跟蹤方法并可以進(jìn)行在線修正焊槍軌跡。
[0003]專利名稱為“基于激光視覺傳感的焊縫自動(dòng)跟蹤方法”，(CN103252560A)公開了一種基于CCD視覺傳感器焊縫自動(dòng)跟蹤方法，采用單傳感器檢測位置超前焊槍的情況下計(jì)算出焊槍實(shí)際焊縫偏差，但由于惡劣的焊接環(huán)境等各種不可預(yù)見的情況會(huì)導(dǎo)致傳感器工作失常，焊接精度得不到保障。另一件涉及焊縫自動(dòng)跟蹤控制的專利的名稱為“基于磁控電弧與激光視覺傳感的焊縫自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)”(CN203418212U)，其主要針對現(xiàn)有空間焊縫的自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤精度低，系統(tǒng)容錯(cuò)性不佳等技術(shù)問題提出了基于雙傳感器的誤差數(shù)據(jù)融合的跟蹤系統(tǒng)，但該系統(tǒng)只提出了焊縫跟蹤前和跟蹤中的跟蹤控制，并沒有融合焊接后的跟蹤反饋，焊接過程中的各種不確定因素仍然可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)跟蹤失敗。
[0004]常用的焊縫跟蹤傳感器有CCD視覺傳感器、電弧傳感器和激光二維輪廓掃描傳感器等，其中電弧傳感器無機(jī)械振動(dòng)與磨損，且體積小，性能突出；CCD視覺傳感器能獲取待焊工件的圖像，獲取信息量大，焊縫跟蹤效果好；激光輪廓掃描傳感器目前主要用于運(yùn)行中火車輪緣和軌道磨損的在線測量以及各種軌道輪廓及平整度測量等，其可以對各種輪廓線進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測量，應(yīng)用到焊縫跟蹤上可以更好的對焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測并進(jìn)行修正。但焊接過程中各種不確定因素對焊縫都有影響，會(huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)偏差，這種偏差靠單一的傳感器進(jìn)行偏差信息提取導(dǎo)致焊縫跟蹤失敗的可能性很大。因此，將多種不同的傳感器有機(jī)結(jié)合是解決復(fù)雜環(huán)境下焊縫跟蹤的有效方法，也是焊接自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為提高焊接過程中的控制系統(tǒng)對焊槍跟蹤精度，保證焊槍在焊接前有預(yù)測、焊接中有修正以及焊接后有反饋，以形成完整的焊槍監(jiān)控系統(tǒng)，本發(fā)明提出了一種焊縫自動(dòng)跟蹤控制并在線修正系統(tǒng)及其控制方法，利用多傳感器的在線測量數(shù)據(jù)融合進(jìn)行在線修正糾偏。
[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有焊縫跟蹤系統(tǒng)的不足，提高自動(dòng)焊接的質(zhì)量和效率，提出了一種響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、容錯(cuò)性好、跟蹤精度高、實(shí)用性強(qiáng)、具有通用性的一種焊縫自動(dòng)跟蹤控制并在線修正系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種焊槍自動(dòng)跟蹤控制并在線修正系統(tǒng)及其控制方法，包括視覺傳感系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、跟蹤控制系統(tǒng)和在線修正系統(tǒng)，所述視覺傳感系統(tǒng)包括CCD視覺傳感器，所述圖像處理系統(tǒng)包括圖像預(yù)處理模塊和圖像處理模塊，所述跟蹤控制系統(tǒng)包括焊槍、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、信號(hào)處理模塊和電弧傳感器，所述在線修正系統(tǒng)包括激光二維輪廓掃描傳感器和誤差分析模塊。
[0009]所述CCD視覺傳感器與圖像預(yù)處理模塊連接，所述圖像預(yù)處理模塊與圖像處理模塊連接，所述圖像處理模塊與控制系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與焊槍相連，所述電弧傳感器安裝在焊槍上，電弧傳感器與信號(hào)處理模塊連接，所述信號(hào)處理模塊與控制系統(tǒng)連接，所述激光二維輪廓掃描傳感器與誤差分析模塊相連，所述誤差分析模塊和控制系統(tǒng)相連。
[0010]所述CCD視覺傳感器、電弧傳感器和激光二維輪廓掃描傳感器利用多傳感器信息融合技術(shù)同時(shí)應(yīng)用到焊縫自動(dòng)跟蹤控制系統(tǒng)中。所述電弧傳感器、CCD視覺傳感器和激光二維輪廓掃描傳感器三者相互連通，在焊縫跟蹤系統(tǒng)中，CCD視覺傳感器可以獲取待焊工件的圖像，根據(jù)所測得的圖像對焊縫軌跡進(jìn)行偏差預(yù)測；所述電弧傳感器的實(shí)時(shí)性好、體積小且性能突出，能在焊接過程中對焊槍的焊接軌跡進(jìn)行調(diào)整、修正；激光二維輪廓掃描傳感器可以對已焊工件的焊縫表面進(jìn)行掃描，能在焊接中和焊接后對焊縫的偏差進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算的結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，讓控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整焊接軌跡。
[0011]所述CCD視覺傳感器采用固定安裝的方式安裝在焊槍上，CCD視覺傳感器在焊接前獲取場景中待焊工件的位置信息圖像和焊縫空間位置信息。
[0012]所述圖像預(yù)處理模塊對CCD視覺傳感器獲取的圖像中包含的各種隨機(jī)噪聲和非線性畸變進(jìn)行預(yù)處理，增強(qiáng)圖像，改善圖片質(zhì)量，便于后續(xù)的圖像處理模塊特征分析；所述圖像處理模塊對圖像邊緣線進(jìn)行提取，根據(jù)圖像特征得到焊縫中心線并求解出焊縫數(shù)學(xué)方程，所述控制系統(tǒng)根據(jù)所得的數(shù)學(xué)方程對焊接過程進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤控制并控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對焊槍進(jìn)行在線糾偏。
[0013]所述的在線修正系統(tǒng)是基于激光二維輪廓掃描傳感器獲取已焊工件的焊縫輪廓，經(jīng)過誤差分析模塊計(jì)算出焊縫軌跡，所述的焊縫軌跡與視覺傳感系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)得出的焊縫中心線進(jìn)行比較可計(jì)算出偏差結(jié)果，得到的偏差結(jié)果信號(hào)實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)接收偏差結(jié)果信號(hào)后，通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制焊槍在線修正軌跡。
[0014]一種焊槍自動(dòng)跟蹤控制并在線修正系統(tǒng)的控制方法由以下步驟完成:
[0015](I)焊前預(yù)測:所述CCD視覺傳感器將其采集的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)，以獲取焊縫路徑圖像，并將該焊縫路徑圖像傳輸至圖像預(yù)處理模塊，對焊縫路徑圖像進(jìn)行預(yù)處理，計(jì)算出預(yù)測的焊縫路徑寬度和跟蹤方向，然后將預(yù)測焊接軌跡數(shù)據(jù)輸出至控制系統(tǒng)；
[0016](2)焊中跟蹤:焊接開始時(shí)，所述電弧傳感器對焊接電流進(jìn)行采樣，利用數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波，由誤差分析模塊提取偏差，擬合偏差方向，判斷偏差趨勢，計(jì)算補(bǔ)償量，將信號(hào)傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)焊槍適度偏移，使焊槍在線修正焊接軌跡；
[0017](3)焊后修正:所述激光二維掃描傳感器對已焊部位進(jìn)行檢測，通過計(jì)算機(jī)軟件對信息進(jìn)行處理，并將得到的檢測數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，將不符合要求的焊接部位信息反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令至驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制焊槍對該焊接部位進(jìn)行補(bǔ)焊。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明針對單一傳感器難以滿足實(shí)時(shí)空間焊縫跟蹤精度與精確質(zhì)量控制要求的問題，提出了一種多傳感器融合的自動(dòng)跟蹤控制并在線修正系統(tǒng)。該系統(tǒng)由CCD視覺傳感器、電弧傳感器和激光二維輪廓掃描傳感器構(gòu)成傳感器系統(tǒng)，分別從焊接前、焊接中、焊接后三個(gè)焊接階段對焊縫進(jìn)行預(yù)測、跟蹤、修正，使系統(tǒng)所提取的焊縫偏差更加接近于焊槍相對焊縫中心的真實(shí)位移，實(shí)現(xiàn)高精度的焊縫偏差信息提??；大大提高了對彎曲程度較大的焊縫軌跡以及折線焊縫折角處的焊縫跟蹤精度以及穩(wěn)定性，實(shí)際焊接工藝試驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的有效性，跟蹤效果優(yōu)于單傳感器焊縫跟蹤系統(tǒng)，穩(wěn)定性更高，實(shí)用性強(qiáng)，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可廣泛應(yīng)用