基于視覺傳感的激光—電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置及其焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視覺傳感的激光—電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置及其焊接方法，焊槍與激光頭相連，焊接時焊絲的熔化焊絲尖端形成熔滴，激光束照射到焊件形成激光匙孔，高速相機(jī)用于拍攝熔化焊絲尖端和激光匙孔的圖像，高速相機(jī)與圖像處理工控機(jī)相連，圖像處理工控機(jī)分別與焊槍的復(fù)合焊接頭控制裝置、焊槍的焊機(jī)設(shè)備控制裝置連接，圖像處理工控機(jī)通過焊槍的復(fù)合焊接頭控制裝置控制激光匙孔與熔滴的中心點(diǎn)間距離，通過焊槍的焊機(jī)設(shè)備控制裝置控制熔化焊絲尖端的中心點(diǎn)縱坐標(biāo)Y值。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中熔滴與激光匙孔的中心距離不能實(shí)時調(diào)整、且調(diào)整過程無法可視化，導(dǎo)致熔滴與激光匙孔的中心距離過遠(yuǎn)或過近的問題。
【專利說明】
基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置及其焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置及其焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對自動化技術(shù)的要求越來越高，焊接技術(shù)的自動化亦是未來的發(fā)展趨勢。激光電弧-復(fù)合焊以其高橋接性、高焊接速度、大熔深、成本低等優(yōu)勢被廣泛的研究和應(yīng)用。該焊接方法可控因素眾多，其中任何一個參數(shù)的改變都將對焊接質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，尤其是熔滴滴落位置與激光匙孔的相對位置尤為重要。大量研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)熔滴滴落位置距激光匙孔較遠(yuǎn)時(即光絲間距大)，激光與電弧的相互作用很弱，兩熱源復(fù)合效果很差，焊接過程中激光的引弧、壓弧、穩(wěn)弧作用不能充分體現(xiàn)，此時焊縫形貌為兩種焊接方式形貌的單純疊加；當(dāng)熔滴滴落位置距激光匙孔太近時熔滴容易滴落到激光匙孔，此時激光打在熔滴上使激光的能量不能充分作用在工件上，并且極易產(chǎn)生飛濺；只有當(dāng)兩者距離合適時才能形成較好的焊縫形貌。同時，激光匙孔作用于熔池的位置對焊縫的形貌、表面成型以及是否產(chǎn)生飛濺有著很重要的影響。調(diào)節(jié)焊槍姿態(tài)控制熔滴滴落位置與激光匙孔的相對位置的方法有很多，如調(diào)節(jié)電弧電壓從而改變?nèi)鄣蔚温湮恢?，但是較寬的電弧電壓調(diào)節(jié)范圍會影響焊縫的熔寬、余高等形貌參數(shù);調(diào)整焊槍與激光頭的相對位置，該方法能夠很好地調(diào)節(jié)熔滴滴落位置與激光匙孔的距離，但是由于強(qiáng)弧光干擾不能清晰捕捉焊接過程的熔滴和熔池圖像，給焊槍的控制帶來一定難度。因此，提出一種能夠根據(jù)獲得熔滴位置與匙孔相對距離數(shù)據(jù)，并能實(shí)時調(diào)節(jié)焊槍姿態(tài)與激光束的相對位置，從而保證熔滴位置與激光匙孔的距離為理想值的焊接裝置尤為重要。
[0003]關(guān)于實(shí)時自動調(diào)節(jié)激光一電弧復(fù)合焊接裝置，中國專利號為ZL200610048081.8，發(fā)明專利名稱為“激光-電弧復(fù)合焊接協(xié)調(diào)控制方法”【公開日】:2007年4月11日，公開了一種利用高速攝像、熱像儀等設(shè)備采集焊接過程中激光與電弧之間的相互位置(Du)進(jìn)而調(diào)節(jié)焊槍與激光頭的相對位置的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其目的是改善復(fù)合熱源的能量分布狀態(tài)，改變焊接接頭溫度場分布。該方法采集的是焊接過程中的Du值，并不能避免熔滴落入匙孔從而影響激光充分作用工件現(xiàn)象的發(fā)生。
[0004]中國專利號為ZL201310053897.X，發(fā)明專利名稱為“一種激光-電弧復(fù)合焊接的控制方法及裝置”【公開日】:2013年5月22日，公開了通過采集焊接過程中的電流、電壓信號對Du進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)方法。該方法改變了焊接過程的電流、電壓值，對焊接的穩(wěn)定性和焊縫性能的一致性會有影響；同樣該方法也不能避免熔滴落入激光匙孔，從而影響激光能量充分作用于工件上。
[0005]2011年公開的“基于視覺的激光深熔焊匙孔檢測及圖像處理，楊家林，高進(jìn)強(qiáng)，《焊接》”通過構(gòu)建激光深熔焊同軸視覺檢測系統(tǒng)，獲得了完整清晰的匙孔圖像，設(shè)計(jì)了高斯濾波器、增強(qiáng)算子，提出了先搜索匙孔中間部分邊緣、而后搜索上部、下部邊緣的搜索策略，提取出了匙孔的邊緣，但是該文僅僅是涉及激光焊接，不涉及激光-電弧復(fù)合焊接的激光匙孔的圖像處理技術(shù)。本發(fā)明的焊接裝置，是通過采集更能反映激光與電弧耦合效果、對焊接質(zhì)量影響更直接且更重要的參數(shù)對焊槍與激光頭相對位置實(shí)現(xiàn)實(shí)時調(diào)節(jié)，不僅能提高焊接效率并且能提高焊接質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置，提高了焊接過程的穩(wěn)定性，改善了焊縫成型和接頭的性能，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熔滴與激光匙孔的中心距離不能實(shí)時調(diào)整、且調(diào)整過程無法可視化，進(jìn)而導(dǎo)致熔滴與激光匙孔的中心距離過遠(yuǎn)或過近的問題。
[0007]本發(fā)明的另一目的是，提供一種采用基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置，焊槍通過連接裝置與激光頭相連，焊槍中安裝焊絲，焊絲的尖端與焊件接觸;焊接時，焊絲的熔化焊絲尖端形成熔滴，激光器發(fā)射的激光束通過激光頭照射到焊件，在焊件的激光作用點(diǎn)處形成激光匙孔，焊絲的端頭與激光作用點(diǎn)間距為3mm，還包括高速相機(jī)，高速相機(jī)用于拍攝焊絲的熔化焊絲尖端和激光匙孔的圖像，高速相機(jī)與圖像處理工控機(jī)相連，圖像處理工控機(jī)分別與焊槍的復(fù)合焊接頭控制裝置、焊槍的焊機(jī)設(shè)備控制裝置連接，圖像處理工控機(jī)接收到高速相機(jī)的拍攝信息后，通過焊槍的復(fù)合焊接頭控制裝置控制激光匙孔與熔滴的中心點(diǎn)間距離，通過焊槍的焊機(jī)設(shè)備控制裝置控制熔化焊絲尖端的中心點(diǎn)縱坐標(biāo)。
[0009]本發(fā)明的特征還在于，進(jìn)一步的，復(fù)合焊接頭控制裝置包括縱向控制裝置和角度控制裝置，縱向控制裝置包括M2伺服電機(jī)控制單元和M2伺服電機(jī)，角度控制裝置包括Ml伺服電機(jī)控制單元和Ml伺服電機(jī);M2伺服電機(jī)控制單元和圖像處理工控機(jī)相連，M2伺服電機(jī)和焊槍的復(fù)合焊接頭相連;Ml伺服電機(jī)控制單元和圖像處理工控機(jī)相連，Ml伺服電機(jī)和焊槍的復(fù)合焊接頭相連;焊機(jī)設(shè)備控制裝置包括焊機(jī)控制單元，焊機(jī)控制單元與焊槍的焊機(jī)設(shè)備相連。
[0010]進(jìn)一步的，M2伺服電機(jī)用于調(diào)整焊槍的縱向位置，Ml伺服電機(jī)用于調(diào)整焊絲的軸線與激光束的夾角;焊槍的焊機(jī)設(shè)備用以調(diào)整焊槍的電弧電壓。
[0011 ] 進(jìn)一步的，高速相機(jī)為CM0S-CR5000 X 2型高速相機(jī)，高速相機(jī)的鏡頭前加裝532nm的濾光鏡，激光器采用NcUYAG固體激光器、CO2激光器、碟片激光器或半導(dǎo)體激光器中的任意一種。
[0012]本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種采用基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法，具體按照以下步驟進(jìn)行:
[0013]步驟一:焊接前，將厚度為8.0mm的焊件夾持在工作臺上，激光器發(fā)射激光束，激光器功率為2.0KW;調(diào)節(jié)焊槍的電弧焊接電流200A、電弧電壓25-27V，焊槍的焊絲干伸長為14mm，焊槍的相對焊接速度為800mm/min;設(shè)定高速相機(jī)的參數(shù)，在無濾光鏡的條件下，鏡頭的光圈調(diào)節(jié)為4-6，曝光時間調(diào)到1/50-1/40S，采樣頻率調(diào)到50幀每秒，直至高速相機(jī)采集到焊絲和激光束的清晰圖像;通過Ml伺服電機(jī)和M2伺服電機(jī)調(diào)節(jié)焊槍的復(fù)合焊接頭，使光絲距離Du為3mm，且沿焊接方向焊絲與激光束在同一條直線上；
[0014]步驟二:開始焊接時，設(shè)定高速相機(jī)的參數(shù)，在高速相機(jī)的鏡頭前加532nm的濾光鏡，鏡頭的光圈調(diào)節(jié)為18-32，曝光時間調(diào)到1/400000-1/500000S，采樣頻率調(diào)到每秒4000幀，加532nm的背景光源，保證高速相機(jī)采集到熔化焊絲尖端、熔滴和激光匙孔的高清圖像；
[0015]步驟三:在圖像處理工控機(jī)中分別設(shè)置熔化焊絲尖端的灰度閾值區(qū)間、熔滴的灰度閾值區(qū)間、激光匙孔的灰度閾值區(qū)間，利用圖像處理工控機(jī)對步驟二得到的高清圖像進(jìn)行二值化處理，使高清圖像變?yōu)椴煌南袼厝?，并使熔化焊絲尖端、熔滴和激光匙孔的圖像與背景光源的灰度值差大于50;獲得熔化焊絲尖端、熔滴和激光匙孔的圖像；
[0016]步驟四:圖像處理工控機(jī)根據(jù)步驟三得到的熔化焊絲尖端、熔滴和激光匙孔的圖像，以步驟二得到的高清圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用像素點(diǎn)坐標(biāo)的平均值分別計(jì)算熔化焊絲尖端圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)、激光匙孔圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)和熔滴圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)；
[0017]步驟五:圖像處理工控機(jī)根據(jù)步驟四得到的激光匙孔圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)和熔滴圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算激光匙孔圖像和熔滴圖像的中心點(diǎn)間距離X1;計(jì)算熔化焊絲尖端圖像中心點(diǎn)的縱坐標(biāo)值Yi，當(dāng)Xi不滿足設(shè)定的光絲距Dla= 3±0.4mm的要求或者Yi值不滿足設(shè)定值Y= 10 ± 2mm的要求時，圖像處理工控機(jī)經(jīng)分析后發(fā)送相應(yīng)調(diào)節(jié)信號至M2伺服電機(jī)控制單元、Ml伺服電機(jī)控制單元或焊機(jī)控制單元，M2伺服電機(jī)控制單元與M2伺服電機(jī)相連，Ml伺服電機(jī)控制單元與Ml伺服電機(jī)相連，焊機(jī)控制單元與焊槍的焊機(jī)設(shè)備相連，通過Ml伺服電機(jī)和M2伺服電機(jī)聯(lián)合控制激光匙孔與熔滴的中心點(diǎn)間距離，通過焊槍的焊機(jī)設(shè)備控制熔化焊絲尖端圖像中心點(diǎn)的縱坐標(biāo)值Y1，實(shí)時保證焊接過程中激光匙孔圖像和熔滴圖像的中心點(diǎn)間距離X1滿足設(shè)定的光絲距DLA=3±0.4mm的要求，熔化焊絲尖端圖像中心點(diǎn)的縱坐標(biāo)值Yi滿足設(shè)定值Y= 10 ± 2mm的要求。
[0018]進(jìn)一步的，步驟一中，焊槍采用MIG、MAG或TIG焊槍中的任意一種，焊槍的焊絲直徑Φ 1.2mm，焊槍的保護(hù)氣體為體積比5 %的C02+95的％Ar，氣體流量為15_17L/min;激光器采用NcUYAG固體激光器、CO2激光器、碟片激光器或半導(dǎo)體激光器中的任意一種。
[0019]進(jìn)一步的，步驟三中，熔化焊絲尖端的灰度閾值為20-40，熔滴的灰度閾值為120-140，激光匙孔的灰度閾值為200-220。
[0020]進(jìn)一步的，步驟三中，圖像處理工控機(jī)獲得熔化焊絲尖端、熔滴和激光匙孔圖像的方法，具體按照以下步驟進(jìn)行:以步驟二得到的高清圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿Χ，γ兩坐標(biāo)方向逐行掃描，尋找與熔化焊絲尖端的灰度閾值區(qū)間最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足熔化焊絲尖端的灰度閾區(qū)間時，即確定為熔化焊絲尖端的圖像;尋找與熔滴的灰度閾值區(qū)間最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足熔滴的灰度閾值區(qū)間，同時像素群的短軸a與長軸b的比值滿足l/2D<a/b<lD，其中D為焊絲的直徑；即確定為熔滴的圖像;尋找與激光匙孔的灰度閾值區(qū)間最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足激光匙孔的灰度閾值區(qū)間時，即確定為激光匙孔的圖像。
[0021 ] 進(jìn)一步的，步驟五中，當(dāng)X1不滿足設(shè)定的光絲距DLA=3 ±0.4mm的要求時，圖像處理工控機(jī)經(jīng)分析后發(fā)送焊槍角度調(diào)節(jié)信號至Ml伺服電機(jī)控制單元，通過Ml伺服電機(jī)增大或減小焊絲的軸線與激光束的夾角，使激光匙孔圖像和熔滴圖像的中心點(diǎn)間距離滿足設(shè)定的光絲距Dla=3 土 0.4臟的要求。
[0022]進(jìn)一步的，步驟五中，當(dāng)Yi值不滿足設(shè)定值Y=1 ± 2mm的要求時，圖像處理工控機(jī)經(jīng)分析后發(fā)送調(diào)節(jié)焊槍電弧電壓的信號至焊機(jī)控制單元，通過焊槍的焊機(jī)設(shè)備增大或減小焊槍的電弧電壓，使熔化焊絲尖端圖像中心點(diǎn)的縱坐標(biāo)值Y1滿足設(shè)定值Y=10±2mm的要求。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024](I)突破了傳統(tǒng)的激光-電弧復(fù)合焊接頭的控制方法，提供了一種高清圖像采集與圖像處理技術(shù)相結(jié)合實(shí)時自動控制激光-電弧復(fù)合焊接的新思路，實(shí)現(xiàn)了激光-電弧復(fù)合焊接過程實(shí)時控制、焊接工藝參數(shù)實(shí)時動態(tài)調(diào)整，使熔滴落入熔池位置始終保持在設(shè)定范圍內(nèi)，使激光束始終作用在電弧力作用下排開液體金屬的弧坑的斜面上，從而形成美觀的近似圓錐型焊縫截面，提高了焊縫質(zhì)量和焊接過程的穩(wěn)定性。
[0025](2)采用圖像大小與形狀相結(jié)合的圖像處理技術(shù)準(zhǔn)確采集焊接過程中熔滴圖像。依據(jù)激光-電弧復(fù)合焊接過程中熔滴圖像像素群大小(如像素群中像素個數(shù))和形狀(像素群的短軸與長軸的比值)進(jìn)行判斷。
[0026](3)本發(fā)明提供一種激光-電弧復(fù)合焊接熔池與熔滴高清圖像的采集技術(shù)，通過優(yōu)化曝光時間和光圈參數(shù)的配置，獲得合適的曝光時間和亮度的匹配;選擇同波長的背景光源與濾光片相結(jié)合，避免了液態(tài)熔池的反光效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)激光-電弧復(fù)合焊接熔池與熔滴高清圖像的采集技術(shù)。
[0027](4)本發(fā)明適合復(fù)合焊接熱源和單熱源焊接的熔池高清圖像采集，復(fù)合焊接熱源如激光-TIG、激光-MIG、激光-MAG等，激光器采用Nd: YAG固體激光器、⑶2激光器、碟片激光器或半導(dǎo)體激光器中的任意一種，焊槍2采用MIG、MAG或TIG焊槍中的任意一種，本發(fā)明應(yīng)用于同種材料、復(fù)合材料、異種材料等領(lǐng)域的連接技術(shù)。
[0028](5)現(xiàn)有技術(shù)是通過高速攝像、熱像儀、焊接過程中的電流、電壓信號等設(shè)備采集焊接過程中激光與電弧之間的相互位置(Dla)對Dla進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)的方法。本發(fā)明是通過可視化的高清圖像采集與圖像處理技術(shù)獲得熔化焊絲尖端、熔滴落入熔池位置、激光匙孔位置圖像，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)、編程處理采集數(shù)據(jù)，獲得驅(qū)動焊接頭伺服電機(jī)驅(qū)動信號、焊接電源變化信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激光-電弧復(fù)合焊接過程的實(shí)時自動調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1是本發(fā)明的實(shí)時自動調(diào)節(jié)復(fù)合焊接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2是圖1中圖像采集與處理裝置結(jié)構(gòu)的放大圖。
[0032]圖3是本發(fā)明的熔滴與激光匙孔的中心距以及熔化焊絲尖端坐標(biāo)示意圖。
[0033]圖4是本發(fā)明的實(shí)時自動調(diào)節(jié)復(fù)合焊接裝置閉環(huán)控制流程圖。
[0034]圖5是本發(fā)明的圖像處理工控機(jī)的計(jì)算判斷與反饋流程圖。
[0035]圖6是實(shí)施例1中焊接前焊絲的尖端和激光作用點(diǎn)的圖像。
[0036]圖7是實(shí)施例1中焊接時熔化焊絲尖端、熔滴和激光匙孔的圖像。
[0037]圖8是實(shí)施例1中熔化焊絲尖端的圖像。
[0038]圖9是實(shí)施例1中熔滴和激光匙孔的圖像。
[0039]圖10是實(shí)施例1中焊槍的電弧電壓調(diào)整前高速相機(jī)采集的圖像。
[0040]圖11是實(shí)施例1中焊槍的電弧電壓調(diào)整后高速相機(jī)采集的圖像。
[0041]圖12是實(shí)施例2中焊絲的軸線與激光束的夾角調(diào)整前高速相機(jī)采集的圖像。
[0042]圖13是實(shí)施例2中焊絲的軸線與激光束的夾角調(diào)整后高速相機(jī)采集的圖像。
[0043]圖中，1.Ml伺服電機(jī)，2.焊槍，3.焊絲，4.激光束，5.高速相機(jī)，6.圖像處理工控機(jī)，
7.M2伺服電機(jī)控制單元，8.Ml伺服電機(jī)控制單元，9.M2伺服電機(jī)，1.激光頭，11.焊件，12.激光作用點(diǎn)，13.連接裝置，14.焊機(jī)控制單元，15.熔化焊絲尖端，16.熔滴，17.焊接熔池，18.背景光源，19.濾光鏡，20.光圈，21.鏡頭，22.激光匙孔。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0045]本發(fā)明的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置，如圖1-3所示，焊槍2通過連接裝置13與激光頭10相連，焊槍2中安裝焊絲3，焊絲3的尖端與焊件11接觸，焊接時，焊絲3的熔化焊絲尖端15形成熔滴16，在焊件11上形成焊接熔池17;激光器發(fā)射的激光束4通過激光頭10照射到焊件11，在焊件11上的激光作用點(diǎn)12處形成激光匙孔22，還包括高速相機(jī)5，高速相機(jī)5用于拍攝焊絲3的熔化焊絲尖端15和激光匙孔22的圖像，高速相機(jī)5與圖像處理工控機(jī)6相連，圖像處理工控機(jī)6分別與焊槍2的復(fù)合焊接頭控制裝置、焊槍2的焊機(jī)設(shè)備控制裝置連接，圖像處理工控機(jī)6接收到高速相機(jī)5的拍攝信息后，通過焊槍2的復(fù)合焊接頭控制裝置控制激光匙孔22與熔滴16的中心點(diǎn)間距離，通過焊槍2的焊機(jī)設(shè)備控制裝置控制熔化焊絲尖端15的中心點(diǎn)縱坐標(biāo)。
[0046]復(fù)合焊接頭控制裝置包括縱向控制裝置和角度控制裝置，縱向控制裝置包括M2伺服電機(jī)控制單元7和M2伺服電機(jī)9，角度控制裝置包括Ml伺服電機(jī)控制單元8和Ml伺服電機(jī)I ;M2伺服電機(jī)控制單元7和圖像處理工控機(jī)6相連，M2伺服電機(jī)9和焊槍2的復(fù)合焊接頭相連;Ml伺服電機(jī)控制單元8和圖像處理工控機(jī)6相連，Ml伺服電機(jī)I和焊槍2的復(fù)合焊接頭相連;焊機(jī)設(shè)備控制裝置包括焊機(jī)控制單元14，焊機(jī)控制單元14與焊槍2的焊機(jī)設(shè)備相連;其中，M2伺服電機(jī)9用于調(diào)整焊槍2的縱向位置，Ml伺服電機(jī)I用于調(diào)整焊絲3的軸線與激光束4的夾角;通過焊槍2的焊機(jī)設(shè)備調(diào)整焊槍2的電弧電壓，進(jìn)而控制熔化焊絲尖端15的中心點(diǎn)縱坐標(biāo)。
[0047]其中，高速相機(jī)5為CM0S-CR5000X2型高速相機(jī)，高速相機(jī)5的鏡頭21前加裝532nm的濾光鏡19，鏡頭21為尼康鏡頭。
[0048]實(shí)施例1，
[0049]采用本發(fā)明激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法，如圖4-5所示，具體按照以下步驟進(jìn)行:
[0050]步驟一:焊接前，將厚度為8.0mm的焊件11夾持在工作臺上，激光器采用德國通快公司的Nd: YAG固體激光器，激光經(jīng)220mm聚焦鏡聚焦，獲得0.5mm直徑光斑；離焦量為_2mm，Nd: YAG固體激光器的功率為2.0KW;焊槍2采用最大電弧電流為350A的Panasonic YD-350AG2HGE型MIG焊槍，調(diào)節(jié)焊槍2的電弧焊接電流200A、電弧電壓25V、焊絲3干伸長為14mm，焊槍2的相對焊接速度為800mm/min，焊槍2的焊絲直徑Φ 1.2mm，焊槍2的保護(hù)氣體為體積比5 %的C02+95的％ Ar，氣體流量為15L/min;設(shè)定高速相機(jī)5的參數(shù)，在無濾光鏡19的條件下，鏡頭21的光圈20調(diào)節(jié)為4，曝光時間調(diào)到l/40s，采樣頻率調(diào)到每秒50幀，保證高速相機(jī)5采集到焊絲3的尖端和激光束4的激光作用點(diǎn)12的清晰圖像，如圖6所示；調(diào)整Ml伺服電機(jī)I使焊絲3的軸線與激光束4的夾角為30°，調(diào)整M2伺服電機(jī)9使焊絲3的尖端剛好接觸焊件11，保證焊絲3的端頭與激光作用點(diǎn)12間距為3mm，且沿焊接方向焊絲3與激光束4在同一條直線上。
[0051 ]步驟二:激光-電弧復(fù)合焊接時，設(shè)定高速相機(jī)5的參數(shù)，在高速相機(jī)5的鏡頭21前加532nm帯通的濾光鏡19，鏡頭21的光圈20調(diào)節(jié)為32，曝光時間調(diào)到l/500000s，采樣頻率調(diào)到每秒4000幀，加532nm的背景光源18，保證高速相機(jī)5采集到熔化焊絲尖端15、熔滴16和激光匙孔22的高清圖像，如圖7所示。
[0052]步驟三:利用熔化焊絲尖端15、熔滴16、激光匙孔22與背景光源18的灰度值不同(即存在灰度差)的特點(diǎn)，在圖像處理工控機(jī)6中分別設(shè)置熔化焊絲尖端15的灰度閾值為20-40、熔滴16的灰度閾值為120-140、激光匙孔22的灰度閾值為200-220，利用圖像處理工控機(jī)6對步驟二得到的高清圖像進(jìn)行二值化處理，使高清圖像變?yōu)椴煌南袼厝?，并使熔化焊絲尖端15、熔滴16和激光匙孔22的圖像與背景光源18的灰度值差大于50;以步驟二得到的高清圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿X，Y兩坐標(biāo)方向逐行掃描，尋找與熔化焊絲尖端15的灰度閾值20-40最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足20-40時，即確定為熔化焊絲尖端15的圖像;尋找與熔滴16的灰度閾值120-140最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足120-140，且像素群的短軸a與長軸b的比值滿足l/2D<a/b<lD(D為焊絲直徑)，即確定為熔滴16的圖像;尋找與激光匙孔22的灰度閾值200-220最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足200-220時，即確定為激光匙孔22的圖像;恪化焊絲尖端15的圖像如圖8所示，恪滴16和激光匙孔22的圖像如圖9所不。
[0053]步驟四:圖像處理工控機(jī)6根據(jù)得到的熔化焊絲尖端15、熔滴16和激光匙孔22的圖像，以步驟二得到的高清圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用像素點(diǎn)坐標(biāo)的平均值分別計(jì)算熔化焊絲尖端15圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)、激光匙孔22圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)，熔滴16圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)。
[0054]步驟五:圖像處理工控機(jī)6根據(jù)步驟四得到的激光匙孔22圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)和熔滴16圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算激光匙孔22圖像和熔滴16圖像的中心點(diǎn)間距離X1 = 2.8mm，滿足設(shè)定的光絲距Dla= 3 土 0.4mm的要求;計(jì)算恪化焊絲尖端15圖像的中心點(diǎn)縱坐標(biāo)值Yi =7mm，此時￥丨值不滿足設(shè)定值Y= 10±2mm的要求，圖像處理工控機(jī)6將增加電弧電壓2伏的信號發(fā)送至焊機(jī)控制單元14，通過焊機(jī)設(shè)備增加焊槍2的電弧電壓，再次計(jì)算，得到熔化焊絲尖端15坐標(biāo)值Yi = 9.8mm，滿足設(shè)定值Y= 10 土 2mm的要求;如此不斷重復(fù)，實(shí)時保證焊接過程中激光匙孔22圖像和熔滴16圖像的中心點(diǎn)間距離滿足設(shè)定的光絲距DLA=3±0.4mm的要求，熔化焊絲尖端15坐標(biāo)值滿足設(shè)定值Y=10±2mm的要求;其中，焊槍2的電弧電壓調(diào)整前的圖像，如圖10所示;焊槍2的電弧電壓調(diào)整后的圖像，如圖11所示。
[0055]實(shí)施例2，
[0056]采用本發(fā)明激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法，如圖4-5所示，具體按照以下步驟進(jìn)行:
[0057]步驟一:焊接前，將厚度為8.0mm的焊件11夾持在工作臺上，激光器采用⑶2激光器，功率為2.0KW;焊槍2采用最大電弧電流為350A的Panasonic YD-350AG2HGE型MAG焊槍，調(diào)節(jié)焊槍2的電弧焊接電流200A、電弧電壓27V、焊絲干伸長為14mm，焊槍2的相對焊接速度為800mm/min，焊槍2的焊絲直徑Φ 1.2mm，焊槍2的保護(hù)氣體為體積比5%的⑶2+95的％ Ar，氣體流量為17L/min;設(shè)定高速相機(jī)5的參數(shù)，在無濾光鏡19的條件下，鏡頭21的光圈20調(diào)節(jié)為6，曝光時間調(diào)到1/50，采樣頻率調(diào)到50幀每秒，保證高速相機(jī)5采集到焊絲3的尖端和激光束4的激光作用點(diǎn)12的清晰圖像，調(diào)整Ml伺服電機(jī)I使焊絲3的軸線與激光束4的夾角為34°，調(diào)整M2伺服電機(jī)9使焊絲3的尖端剛好接觸焊件11，保證光絲距離Du為3mm，且沿焊接方向焊絲3與激光束4在同一條直線上。
[0058]步驟二:激光-電弧復(fù)合焊接時，調(diào)整高速相機(jī)5的參數(shù)，在鏡頭21前加532nm帯通的濾光鏡19，鏡頭21的光圈20調(diào)節(jié)為18，曝光時間調(diào)到I /400000 s，采樣頻率調(diào)到每秒4000幀，加532nm的背景光源18，保證高速相機(jī)5采集到熔化焊絲尖端15、熔滴16和激光匙孔22的高清圖像。
[0059]步驟三:利用熔化焊絲尖端15、熔滴16、激光匙孔22與背景光源18的灰度值不同(即存在灰度差)的特點(diǎn)，在圖像處理工控機(jī)6中分別設(shè)置熔化焊絲尖端15的灰度閾值為20-40、熔滴16的灰度閾值為120-140、激光匙孔22的灰度閾值為200-220，利用圖像處理工控機(jī)6對步驟二得到的高清圖像進(jìn)行二值化處理，使高清圖像變?yōu)椴煌南袼厝?，并使熔化焊絲尖端15、熔滴16和激光匙孔22的圖像與背景光源18的灰度值差大于50;以步驟二得到的高清圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿X，Y兩坐標(biāo)方向逐行掃描，尋找與熔化焊絲尖端15的灰度閾值20-40最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足20-40時，即確定為熔化焊絲尖端15的圖像;尋找與熔滴16的灰度閾值120-140最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足120-140，且像素群的短軸a與長軸b的比值滿足l/2D<a/b<lD(D為焊絲直徑)，即確定為熔滴16的圖像;尋找與激光匙孔22的灰度閾值200-220最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足200-220時，即確定為激光匙孔22的圖像。
[0060]步驟四:圖像處理工控機(jī)6根據(jù)得到的熔化焊絲尖端15、熔滴16和激光匙孔22的圖像，以步驟二得到的高清圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用像素點(diǎn)坐標(biāo)的平均值分別計(jì)算熔化焊絲尖端15圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)、激光匙孔22圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)，熔滴16圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)。
[0061]步驟五:圖像處理工控機(jī)6根據(jù)步驟四得到的激光匙孔22圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)和熔滴16圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算激光匙孔22圖像和熔滴16圖像的中心點(diǎn)間距離X1 = Sjmm,不滿足設(shè)定的光絲距DLA=3±0.4mm的要求，圖像處理工控機(jī)6將減小焊槍2角度的信號至Ml伺服電機(jī)控制單元8，通過Ml伺服電機(jī)I減小焊絲3的軸線與激光束4的夾角，再次計(jì)算，得到激光匙孔22圖像和恪滴16圖像的中心點(diǎn)間距離Xi = 3.2mm，滿足設(shè)定的光絲距Dla= 3 ± 0.4mm的要求;計(jì)算恪化焊絲尖端15圖像的中心點(diǎn)縱坐標(biāo)值Y I = Ilmm,滿足設(shè)定值Y = 1 土 2mm的要求;如此不斷重復(fù)，實(shí)時保證焊接過程中激光匙孔22圖像和熔滴16圖像的中心點(diǎn)間距離滿足設(shè)定的光絲距Dla=3 ± 0.4mm的要求，恪化焊絲尖端15坐標(biāo)值滿足設(shè)定值Y=1 ± 2mm的要求;其中，焊絲3的軸線與激光束4的夾角調(diào)整前的圖像，如圖11所示;焊絲3的軸線與激光束4的夾角調(diào)整后的圖像，如圖12所示。
[0062]實(shí)施例3，
[0063]采用本發(fā)明激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法，如圖4-5所示，具體按照以下步驟進(jìn)行:
[0064]步驟一:焊接前，將厚度為8.0mm的焊件11夾持在工作臺上，激光器采用⑶2激光器，功率為2.0KW;焊槍2采用最大電弧電流為350A的Panasonic YD-350AG2HGE型MAG焊槍，調(diào)節(jié)焊槍2的電弧焊接電流200A、電弧電壓26V、焊絲干伸長為14mm，焊槍2的相對焊接速度為800mm/min，焊槍2的焊絲直徑Φ 1.2mm，焊槍2的保護(hù)氣體為體積比5%的⑶2+95的％ Ar，氣體流量為16L/min;設(shè)定高速相機(jī)5的參數(shù)，在無濾光鏡19的條件下，鏡頭21的光圈20調(diào)節(jié)為6，曝光時間調(diào)到l/50s，采樣頻率調(diào)到50幀每秒，保證高速相機(jī)5采集到焊絲3的尖端和激光束4的激光作用點(diǎn)12的清晰圖像，調(diào)整Ml伺服電機(jī)I使焊絲3的軸線與激光束4的夾角為34°，調(diào)整M2伺服電機(jī)9使焊絲3的尖端剛好接觸焊件11，保證光絲距離Du為3mm，且沿焊接方向焊絲3與激光束4在同一條直線上。
[0065]步驟二:激光-電弧復(fù)合焊接時，調(diào)整高速相機(jī)5的參數(shù)，在鏡頭21前加532nm帯通的濾光鏡19，鏡頭21的光圈20調(diào)節(jié)為22，曝光時間調(diào)到1/400000S，采樣頻率調(diào)到每秒4000幀，加532nm的背景光源18，保證高速相機(jī)5采集到熔化焊絲尖端15、熔滴16和激光匙孔22的高清圖像。
[0066]步驟三:利用熔化焊絲尖端15、熔滴16、激光匙孔22與背景光源18的灰度值不同(即存在灰度差)的特點(diǎn)，在圖像處理工控機(jī)6中分別設(shè)置熔化焊絲尖端15的灰度閾值為20-40、熔滴16的灰度閾值為120-140、激光匙孔22的灰度閾值為200-220，利用圖像處理工控機(jī)6對步驟二得到的高清圖像進(jìn)行二值化處理，使高清圖像變?yōu)椴煌南袼厝海⑹谷刍附z尖端15、熔滴16和激光匙孔22的圖像與背景光源18的灰度值差大于50;以步驟二得到的高清圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿X，Y兩坐標(biāo)方向逐行掃描，尋找與熔化焊絲尖端15的灰度閾值20-40最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足20-40時，即確定為熔化焊絲尖端15的圖像;尋找與熔滴16的灰度閾值120-140最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足120-140，且像素群的短軸a與長軸b的比值滿足l/2D<a/b<lD(D為焊絲直徑)時，即確定為熔滴16的圖像;尋找與激光匙孔22的灰度閾值200-220最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足200-220時，即確定為激光匙孔22的圖像。
[0067]步驟四:圖像處理工控機(jī)6根據(jù)得到的熔化焊絲尖端15、熔滴16和激光匙孔22的圖像，以步驟二得到的高清圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用像素點(diǎn)坐標(biāo)的平均值分別計(jì)算熔化焊絲尖端15圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)、激光匙孔22圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)，熔滴16圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)。
[0068]步驟五:圖像處理工控機(jī)6根據(jù)步驟四得到的激光匙孔22圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)和熔滴16圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算激光匙孔22圖像和熔滴16圖像的中心點(diǎn)間距離X1 = Sjmm,不滿足設(shè)定的光絲距DLA=3±0.4mm的要求，圖像處理工控機(jī)6將減小焊槍2角度的信號至Ml伺服電機(jī)控制單元8，通過Ml伺服電機(jī)I減小焊絲3的軸線與激光束4的夾角，再次計(jì)算，得到激光匙孔22圖像和恪滴16圖像的中心點(diǎn)間距離Xi = 3.2mm，滿足設(shè)定的光絲距Dla= 3 ± 0.4mm的要求;計(jì)算恪化焊絲尖端15圖像的中心點(diǎn)縱坐標(biāo)值Y I = Ilmm,滿足設(shè)定值Y = 1 土 2mm的要求;如此不斷重復(fù)，實(shí)時保證焊接過程中激光匙孔22圖像和熔滴16圖像的中心點(diǎn)間距離滿足設(shè)定的光絲距Dla=3 ± 0.4mm的要求，恪化焊絲尖端15坐標(biāo)值滿足設(shè)定值Y=1 ± 2mm的要求。
[0069]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置，其特征在于，焊槍(2)通過連接裝置(13)與激光頭(10)相連，焊槍(2)中安裝焊絲(3)，焊絲(3)的尖端與焊件(11)接觸;焊接時，焊絲(3)的熔化焊絲尖端(15)形成熔滴(16)，激光器發(fā)射的激光束(4)通過激光頭(10)照射到焊件(11)，在焊件(11)的激光作用點(diǎn)(12)處形成激光匙孔(22)，焊絲(3)的端頭與激光作用點(diǎn)(12)間距為3mm，還包括高速相機(jī)(5)，高速相機(jī)(5)用于拍攝焊絲(3)的熔化焊絲尖端(15)和激光匙孔(22)的圖像，高速相機(jī)(5)與圖像處理工控機(jī)(6)相連，圖像處理工控機(jī)(6)分別與焊槍(2)的復(fù)合焊接頭控制裝置、焊槍(2)的焊機(jī)設(shè)備控制裝置連接，圖像處理工控機(jī)(6)接收到高速相機(jī)(5)的拍攝信息后，通過焊槍(2)的復(fù)合焊接頭控制裝置控制激光匙孔(22)與熔滴(16)的中心點(diǎn)間距離，通過焊槍(2)的焊機(jī)設(shè)備控制裝置控制熔化焊絲尖端(15)的中心點(diǎn)縱坐標(biāo)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置，其特征在于，所述復(fù)合焊接頭控制裝置包括縱向控制裝置和角度控制裝置，縱向控制裝置包括M2伺服電機(jī)控制單元(7)和M2伺服電機(jī)(9)，角度控制裝置包括Ml伺服電機(jī)控制單元(8)和Ml伺服電機(jī)(I); M2伺服電機(jī)控制單元(7)和圖像處理工控機(jī)(6)相連，M2伺服電機(jī)(9)和焊槍(2)的復(fù)合焊接頭相連;Ml伺服電機(jī)控制單元(8)和圖像處理工控機(jī)(6)相連，Ml伺服電機(jī)(I)和焊槍(2)的復(fù)合焊接頭相連;所述焊機(jī)設(shè)備控制裝置包括焊機(jī)控制單元(14)，焊機(jī)控制單元(14)與焊槍(2)的焊機(jī)設(shè)備相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置，其特征在于，所述M2伺服電機(jī)(9)用于調(diào)整焊槍(2)的縱向位置，Ml伺服電機(jī)(I)用于調(diào)整焊絲(3)的軸線與激光束(4)的夾角;焊槍(2)的焊機(jī)設(shè)備用以調(diào)整焊槍(2)的電弧電壓。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置，其特征在于，所述高速相機(jī)(5)為CM0S-CR5000X2型高速相機(jī)，高速相機(jī)(5)的鏡頭(21)前加裝532nm的濾光鏡(19)，所述激光器采用NcUYAG固體激光器、CO2激光器、碟片激光器或半導(dǎo)體激光器中的任意一種。5.—種采用如權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)所述的基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法，其特征在于，具體按照以下步驟進(jìn)行: 步驟一:焊接前，將厚度為8.0mm的焊件(11)夾持在工作臺上，激光器發(fā)射激光束(4)，激光器功率為2.0KW;調(diào)節(jié)焊槍(2)的電弧焊接電流200A、電弧電壓25-27V，焊槍(2)的焊絲干伸長為14mm，焊槍(2)的相對焊接速度為800mm/min ；設(shè)定高速相機(jī)(5)的參數(shù)，在無濾光鏡(19)的條件下，鏡頭(21)的光圈(20)調(diào)節(jié)為4-6，曝光時間調(diào)到1/50-1/40S，采樣頻率調(diào)到50幀每秒，直至高速相機(jī)(5)采集到焊絲(3)和激光束(4)的清晰圖像;通過Ml伺服電機(jī)(I)和M2伺服電機(jī)(9)調(diào)節(jié)焊槍(2)的復(fù)合焊接頭，使光絲距離Du為3mm，且沿焊接方向焊絲(3)與激光束(4)在同一條直線上； 步驟二:開始焊接時，設(shè)定高速相機(jī)(5)的參數(shù)，在高速相機(jī)(5)的鏡頭(21)前加532nm的濾光鏡(19)，鏡頭(21)的光圈(20)調(diào)節(jié)為18-32，曝光時間調(diào)到l/400000-l/500000s，采樣頻率調(diào)到每秒4000幀，加532nm的背景光源(18)，保證高速相機(jī)(5)采集到熔化焊絲尖端(15)、熔滴(16)和激光匙孔(22)的高清圖像； 步驟三:在圖像處理工控機(jī)(6)中分別設(shè)置熔化焊絲尖端(15)的灰度閾值區(qū)間、熔滴(16)的灰度閾值區(qū)間、激光匙孔(22)的灰度閾值區(qū)間，利用圖像處理工控機(jī)(6)對步驟二得到的高清圖像進(jìn)行二值化處理，使高清圖像變?yōu)椴煌南袼厝?，并使熔化焊絲尖端(15)、熔滴(16)和激光匙孔(22)的圖像與背景光源(18)的灰度值差大于50;獲得熔化焊絲尖端(15)、熔滴(16)和激光匙孔(22)的圖像； 步驟四:圖像處理工控機(jī)(6)根據(jù)步驟三得到的熔化焊絲尖端(15)、熔滴(16)和激光匙孔(22)的圖像，以步驟二得到的高清圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用像素點(diǎn)坐標(biāo)的平均值分別計(jì)算熔化焊絲尖端(15)圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)、激光匙孔(22)圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)和熔滴(16)圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)； 步驟五:圖像處理工控機(jī)(6)根據(jù)步驟四得到的激光匙孔(22)圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)和熔滴(16)圖像的中心點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算激光匙孔(22)圖像和熔滴(16)圖像的中心點(diǎn)間距離乂1;計(jì)算熔化焊絲尖端(15)圖像中心點(diǎn)的縱坐標(biāo)值^，當(dāng)X1不滿足設(shè)定的光絲距DLA=3±0.4mm的要求或者￥1值不滿足設(shè)定值Y= 10 ± 2mm的要求時，圖像處理工控機(jī)(6)經(jīng)分析后發(fā)送相應(yīng)調(diào)節(jié)信號至M2伺服電機(jī)控制單元(7)、M1伺服電機(jī)控制單元(8)或焊機(jī)控制單元(14)，M2伺服電機(jī)控制單元(7)與M2伺服電機(jī)(9)相連，Ml伺服電機(jī)控制單元(8)與Ml伺服電機(jī)(I)相連，焊機(jī)控制單元(14)與焊槍(2)的焊機(jī)設(shè)備相連，通過Ml伺服電機(jī)⑴和M2伺服電機(jī)(9)聯(lián)合控制激光匙孔(22)與熔滴(16)的中心點(diǎn)間距離，通過焊槍(2)的焊機(jī)設(shè)備控制熔化焊絲尖端(I 5)圖像中心點(diǎn)的縱坐標(biāo)值^，實(shí)時保證焊接過程中激光匙孔(22)圖像和熔滴(16)圖像的中心點(diǎn)間距離X1滿足設(shè)定的光絲距DLA=3±0.4mm的要求，恪化焊絲尖端(15)圖像中心點(diǎn)的縱坐標(biāo)值Yi滿足設(shè)定值Y= 10 土 2mm的要求。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法，其特征在于，所述步驟一中，焊槍(2)采用MIG、MAG或TIG焊槍中的任意一種，焊槍(2)的焊絲直徑Φ 1.2mm，焊槍(2)的保護(hù)氣體為體積比5 %的C02+95的% Ar，氣體流量為15-17L/min;所述激光器采用Nd:YAG固體激光器、CO2激光器、碟片激光器或半導(dǎo)體激光器中的任意一種。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法，其特征在于，所述步驟三中，熔化焊絲尖端(15)的灰度閾值為20-40，熔滴(16)的灰度閾值為120-140，激光匙孔(22)的灰度閾值為200-220。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法，其特征在于，所述步驟三中，圖像處理工控機(jī)(6)獲得熔化焊絲尖端(15)、熔滴(16)和激光匙孔(22)圖像的方法，具體按照以下步驟進(jìn)行:以步驟二得到的高清圖像的左下角為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿X，Y兩坐標(biāo)方向逐行掃描，尋找與熔化焊絲尖端(15)的灰度閾值區(qū)間最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足熔化焊絲尖端(15)的灰度閾區(qū)間時，即確定為熔化焊絲尖端(15)的圖像;尋找與熔滴(16)的灰度閾值區(qū)間最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足熔滴(16)的灰度閾值區(qū)間，同時像素群的短軸a與長軸b的比值滿足I/2D^a/b<lD，其中D為焊絲(3)的直徑；即確定為熔滴(16)的圖像;尋找與激光匙孔(22)的灰度閾值區(qū)間最接近的像素群，當(dāng)某像素群的灰度值滿足激光匙孔(22)的灰度閾值區(qū)間時，SP確定為激光匙孔(22)的圖像。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法，其特征在于，所述步驟五中，當(dāng)Xi不滿足設(shè)定的光絲距Dla= 3 ±0.4mm的要求時，圖像處理工控機(jī)(6)經(jīng)分析后發(fā)送焊槍(2)角度調(diào)節(jié)信號至Ml伺服電機(jī)控制單元(8)，通過Ml伺服電機(jī)(I)增大或減小焊絲(3)的軸線與激光束(4)的夾角，使激光匙孔(22)圖像和熔滴(16)圖像的中心點(diǎn)間距離滿足設(shè)定的光絲距DLA=3±0.4mm的要求。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用基于視覺傳感的激光一電弧復(fù)合焊接實(shí)時自動控制裝置的焊接方法，其特征在于，所述步驟五中，當(dāng)Yi值不滿足設(shè)定值Y= 10 ± 2mm的要求時，圖像處理工控機(jī)(6)經(jīng)分析后發(fā)送調(diào)節(jié)焊槍(2)電弧電壓的信號至焊機(jī)控制單元(14)，通過焊槍(2)的焊機(jī)設(shè)備增大或減小焊槍(2)的電弧電壓，使熔化焊絲尖端(15)圖像中心點(diǎn)的縱坐標(biāo)值Yi滿足設(shè)定值Y= 10 土 2mm的要求。
【文檔編號】B23K26/348GK106001926SQ201610464040
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】劉雙宇, 李彥清, 張宏, 劉鳳德, 劉佳, 石巖, 徐春鷹, 黃根哲
【申請人】長春理工大學(xué)