激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及焊接設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種激光視覺焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國金屬制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，對于焊接技術(shù)這樣的關(guān)鍵金屬加工方式的自動(dòng)化要求越來越高，特別是石油天然氣輸送、船舶制造、建筑鋼結(jié)構(gòu)、軌道交通、大型機(jī)車等領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，解決人工焊接疲損問題，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，要求在保證焊接工藝質(zhì)量的同時(shí)，提高焊接速度，實(shí)現(xiàn)焊接的自動(dòng)化，智能化。而焊接過程的自動(dòng)化除了焊接機(jī)器人技術(shù)，所倚重的另外一個(gè)重要的方面就是焊縫的自動(dòng)跟蹤技術(shù)。焊縫的自動(dòng)跟蹤技術(shù)能提供焊縫的實(shí)時(shí)位置信息，使焊炬的運(yùn)動(dòng)控制模塊成為閉環(huán)的自適應(yīng)焊接系統(tǒng)，因此焊縫的自動(dòng)跟蹤技術(shù)得到了國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和公司企業(yè)的廣泛關(guān)注，并不斷的研發(fā)出新的傳感器、新的跟蹤技術(shù)。迄今為止，已經(jīng)出現(xiàn)了基于電弧傳感器跟蹤、機(jī)械接觸式跟蹤、激光視覺跟蹤等。
[0003]電弧傳感跟蹤只能檢測出焊炬的高度變化，不能檢測出水平橫向移動(dòng)，實(shí)際應(yīng)用具有一定的局限性；機(jī)械跟蹤能進(jìn)行垂直與水平方向二維跟蹤，但是必須采用具有一定硬度的金屬探針，與被焊工件進(jìn)行接觸，并施加一定的壓力，所檢察出的焊縫偏移量精度較低，跟蹤速度較慢，并且不適用于對接焊縫的工件以及薄板焊接。激光視覺傳感跟蹤技術(shù)克服了電弧傳感與機(jī)械傳感跟蹤方式的缺點(diǎn)，具有信息量大、能進(jìn)行垂直與水平二維跟蹤、靈敏度和精度高、不與被焊工件接觸、適合各種坡口形狀等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前最有發(fā)展前景的焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)。
[0004]而當(dāng)今視覺傳感技術(shù)主要依賴于計(jì)算機(jī)平臺(tái)進(jìn)行圖像檢測與運(yùn)動(dòng)控制，包括外圍執(zhí)行機(jī)構(gòu)，總體成本較高，控制軟件開發(fā)也具有一定難度。另有部分方案采用可編程控制器FPGA或單片機(jī)等作為圖像處理平臺(tái)，均存在速度低、精度不高的缺點(diǎn)，并且這些跟蹤系統(tǒng)所檢測到的跟蹤偏移量數(shù)據(jù)通過一些復(fù)雜的通信協(xié)議進(jìn)行通信，難以同行業(yè)內(nèi)主流焊接設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行方便可靠的連接，因此，實(shí)際應(yīng)用具有一定的局限性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種總體成本較低，功能完善，可獨(dú)立控制焊炬運(yùn)動(dòng)，檢測速度快，通信簡單可靠，易于與焊接領(lǐng)域其它控制系統(tǒng)直連，安裝簡單，適應(yīng)多種焊縫及焊接工藝方式，并且系統(tǒng)維護(hù)升級較為容易的激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)。
[0006]為解決上述的技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)，包括激光視覺傳感器，所述激光視覺傳感器連接焊槍；所述的激光視覺傳感器連接垂直位移電機(jī)，且所述激光視覺傳感器連接水平位移電機(jī)；所述激光視覺傳感器連接DSP圖像處理單元；所述垂直位移電機(jī)和水平位移電機(jī)分別連接PLC控制系統(tǒng)；所述DSP圖像處理單元連接主控制面板；所述主控制面板連接便攜式手控盒，所述便攜式手控盒連接PLC控制系統(tǒng)。
[0008]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是激光視覺傳感器包括CCD攝像機(jī)、線性激光單元以及視覺傳感器機(jī)殼；所述CCD攝像機(jī)與所述線性激光單元組合成夾角結(jié)構(gòu)固定在所述視覺傳感器機(jī)殼內(nèi)。
[0009]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)還包括十字拖板，所述垂直位移電機(jī)和水平位移電機(jī)固定分別連接所述十字拖板；所述十字拖板連接激光視覺傳感器。
[0010]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是十字拖板包括兩個(gè)呈十字交叉的絲杠導(dǎo)軌；其中第一絲杠導(dǎo)軌連接垂直位置電機(jī)，第二絲杠導(dǎo)軌連接水平位移電機(jī)。
[0011]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是主控制面板包括焊縫圖像顯示屏和觸摸屏人機(jī)界面。
[0012]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是DSP圖像處理單元包括:與所述激光視覺傳感器連接的DSP圖像處理模塊視頻輸入接口 ；與所述PLC控制系統(tǒng)連接的DSP圖像處理焊縫位移偏差輸出接口 ；與所述焊縫圖像顯示屏連接的DSP圖像處理模塊視頻輸出端口 ；以及與所述觸摸屏人機(jī)界面連接的DSP與觸摸屏通信接口。
[0013]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是PLC控制系統(tǒng)包括:與所述DSP圖像處理焊縫位移偏差輸出接口連接的PLC 485通信端口 ；與所述垂直位移電機(jī)和水平位移電機(jī)連接的PLC電機(jī)控制方向與脈沖量端口 ；與所述便攜式手控盒和所述主控制面板分別連接的PLC輸入控制觸點(diǎn)區(qū)；與所述主控制面板連接的PLC輸出控制觸點(diǎn)區(qū)。
[0014]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是十字拖板是手動(dòng)調(diào)節(jié)式十字拖板。
[0015]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是主控制面板還包括系統(tǒng)上電啟?？刂瓢粹o及系統(tǒng)跟蹤狀態(tài)顯示燈。
[0016]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是激光視覺傳感器通過夾具與所述焊槍連接。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:(I)本實(shí)用新型采用DSP圖像處理單元作為圖像處理與數(shù)據(jù)計(jì)算單元，主頻600MHz以上，圖像處理速度快，精度高，所有類型的焊縫檢測均能在200ms內(nèi)完成，優(yōu)于其它圖像處理平臺(tái)。具有多個(gè)串/并口，修改部分驅(qū)動(dòng)程序，即可實(shí)現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，與其他工業(yè)控制器較易集成相連。圖像處理模塊保留在線編程接口，焊縫的檢測程序可單獨(dú)編程，直接燒錄入DSP圖像處理單元即可，方便后續(xù)系統(tǒng)升級。
[0018](2)本實(shí)用新型采用PLC工業(yè)可編程控制器作為系統(tǒng)的主控單元，運(yùn)行可靠，編程便捷。與DSP直接通過RS485標(biāo)準(zhǔn)通信進(jìn)行直連，接收焊縫偏移量信息較為準(zhǔn)確，并能直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)。PLC為焊接設(shè)備領(lǐng)域常用控制核心，可在各焊接控制系統(tǒng)之間直接替換通用，極大促進(jìn)了本實(shí)用新型與各種焊接設(shè)備之間的無縫連接或系統(tǒng)集成融合。
[0019](3)本實(shí)用新型采用工業(yè)觸摸屏同樣為焊接領(lǐng)域常用人機(jī)交互界面，除能進(jìn)行本激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與跟蹤信息的詳細(xì)顯示外，還能方便快捷的增加焊接系統(tǒng)所需的其它功能設(shè)置或信息顯示，即可作為本實(shí)用新型專用設(shè)備，也方便與各種焊接設(shè)備進(jìn)行融合，系統(tǒng)內(nèi)部程序可獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾，達(dá)到本實(shí)用新型與焊接設(shè)備系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的目的。
[0020](4)本實(shí)用新型綜合成本較低，系統(tǒng)具有完備的檢測一控制一執(zhí)行功能，可適應(yīng)各種對接、搭接、V型、角接等焊縫破口形式，無需額外的輔助功能部件，可適應(yīng)于埋弧焊或氣保焊，可適用于幾乎所有以焊接操作機(jī)為主的焊接設(shè)備系統(tǒng)。
[0021](5)本實(shí)用新型集成十字拖板，即可手動(dòng)調(diào)節(jié)焊炬位置，也可通過焊縫跟蹤進(jìn)行焊炬位置控制，成為焊接控制的獨(dú)立完善系統(tǒng)，可取代部分焊接設(shè)備有相似功能的組件模塊。
[0022](6)本實(shí)用新型去除部分如十字拖板、執(zhí)行電機(jī)等組件模塊，通過DSP與機(jī)器人相關(guān)接口通信，可與焊接專業(yè)機(jī)器人集成，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)跟蹤焊接。
[0023]綜上，本實(shí)用新型激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)與其它類似平臺(tái)相比，在檢測速度、精度、開發(fā)復(fù)雜程度、綜合成本、改造升級換代、與焊接設(shè)備的融合度、檢測焊縫的種類、靈活度方面均優(yōu)于已有的視覺類跟蹤系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中焊槍與激光視覺傳感器局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]其中，附圖中的附圖標(biāo)記所對應(yīng)的名稱為:
[0027]I 一十字拖板，2 —垂直位移電機(jī)，3 —水平位移電機(jī)，4 一激光視覺傳感器，5 —焊槍，6 一待焊工件，7 - DSP圖像處理模塊視頻輸入接口，8 — DSP圖像處理單元，9 一 DSP圖像處理模塊視頻輸出端口，10 - DSP圖像處理焊縫位移偏差輸出接口，11 - DSP與觸摸屏通信接口，12 — PLC 485通信端口，13 — PLC輸入控制觸點(diǎn)區(qū)，14 一 PLC電機(jī)控制方向與脈沖量端口，15 - PLC輸出控制觸點(diǎn)區(qū)，16 - PLC控制系統(tǒng)，17 一焊縫圖像顯示屏，18 一主控制面板，19 一觸摸屏人機(jī)界面，20 —主控面板系統(tǒng)控制按鈕與系統(tǒng)信號指示區(qū)，21 —連接電纜，22 —便攜式手控盒，23 —夾具，24 - C⑶攝像機(jī)，25 —激光器，26 —焊縫，27 —線性激光條紋。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述。
[0029]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例激光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)，其主要結(jié)構(gòu)組成為:它包括激光視覺傳感器4，激光視覺傳感器連接焊槍5，焊槍5也可稱為焊炬；作為優(yōu)選的實(shí)施方案，激光視覺傳感器連接垂直位移電機(jī)2，且激光視覺傳感器還連接水平位移電機(jī)3 ;所述激光視覺傳感器連接DSP圖像處理單元8 ;所述垂直位移電機(jī)2和水平位移電機(jī)3分別連接PLC控制系統(tǒng)16 ;所述DSP圖像處理單元8連接主控制面板18 ;所述主控