[发明专利]一种视觉闭环焊接系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动焊接控制领域，尤其涉及一种视觉闭环焊接系统及实现方法。

背景技术

随现今大型建筑、桥梁、拱形结构厂房多使用的材料为结构钢，其具有承重量大，节约钢材，外形美观，跨度大、用途广泛的特点。但是现今大部分的钢板材焊接的生产线，面对大型钢材多为人工焊接，相对小型的结构钢采用自动焊接。

结构钢有较好的力学性能，目前大量用于大型公共建筑，其焊接生产是劳动密集型产业需要大量的焊接工人，且工作环境恶劣人力成本高，所以实现金属板材焊接自动化是亟需解决的问题。目前金属板焊接主要是以手工焊接、机械仿形半自动焊接为主。当焊接件尺寸较大，多为几十米时，就需要人为焊接，便于移动作业，但是工人工作环境差，劳动强度高，焊接效率低且焊接质量难以控制，焊件的焊缝成型质量不高；当焊接件尺寸为几米的小型件时可以采用自动焊接，但其各个功能部件的控制系统独立，通信方式冗杂，可靠性低。目前自动焊接功能多采用六自由度的关节机器人焊接，控制成本高，维护不便，操作门槛高。这些问题在焊接行业中长期存在又一直未得到解决，制约了我国金属焊接行业的制造技术的进步和行业增长模式的转变，研制新的符合行业要求的自动焊接技术变的尤为重要。

焊接轨迹控制技术是自动焊接工业研究的重点，主要集中在轨迹信息传感技术和轨迹跟踪控制算法。在自动焊接过程中，准确检测获得焊缝的变化是保证焊接质量的关键，其中用于焊缝跟踪的传感器技术越来越重要。在焊接轨迹检测技术的研究发展中，出现了各种各样的传感器，包括接触式传感器、电弧传感器和光学传感器等。接触式将焊缝变化转变为导杆位置变化，进而转化为电信号，性能稳定、成本低，但是精度不高；电弧传感器以电弧本身的参数为跟踪目标，实时反应焊缝变化，但是检测精度易受焊接过程中熔滴过渡形式、飞溅的影响，尤其对薄板焊件；相比之下光学传感器以获得信息丰富、精度高、检测范围广等，并得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种视觉闭环焊接系统及实现方法，采用视觉传感器检测焊接轨迹，保证轨迹检测的高精度，采用视觉闭环控制系统，解决轨迹在线修正问题，电气结构克服了大尺寸焊件的连续焊接作业难题。

上述目的是通过以下技术方案来实现：

一种视觉闭环焊接系统，包括视觉传感器、人机交互界面、运动控制器、驱动模块和焊机；所述视觉传感器、所述人机交互界面和所述焊机，分别与所述运动控制器连接，所述运动控制器与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述焊机和所述视觉传感器连接。

进一步地，所述驱动模块分别包括相互连接的X轴伺服驱动器和X轴伺服电机、相互连接的Y轴伺服驱动器和Y轴伺服电机、相互连接的Z轴伺服驱动器和Z轴伺服电机、相互连接的RZ轴伺服驱动器和RZ轴伺服电机；所述X轴伺服驱动器、所述Y轴伺服驱动器、所述Z轴伺服驱动器和所述RZ轴伺服驱动器分别与所述运动控制器连接；所述X轴伺服电机和所述Y轴伺服电机分别与所述视觉传感器连接；所述焊机包括焊枪，所述X轴伺服电机、所述Y轴伺服电机、所述Z轴伺服电机和所述RZ轴伺服电机，分别与所述焊枪连接。

进一步地，所述视觉传感器包括智能相机和线激光。

进一步地，所述人机交互界面为触摸屏，以串口方式与所述运动控制器连接。

一种视觉闭环焊接系统的实现方法，操作前将金属板材放置的作业平面平行于X轴和Y轴构成的平面，所述平面位于所述焊枪和所述视觉传感器正下方，所述视觉传感器垂直于所述作业平面，包括如下步骤：

（1）在所述人机交互界面设置运动模式、初始参数和相关位置，并将数据通过串口发送给所述运动控制器；

（2）所述视觉传感器拍摄所述线激光照射在金属板的光线条，并对图像信息进行滤波增强处理，将预处理后的光条细化并提取焊缝轨迹特征发送到所述运动控制器，进而控制所述驱动模块按照轨迹运动；

（3）所述驱动模块带动所述焊枪运动并进行焊接，同时带动视觉传感器移动，从而改变拍摄画面，通过图像微小变化实时在线修正轨迹，形成视觉闭环反馈系统；

（4）重复所述步骤（2）和所述步骤（3），直到焊枪焊接完整条焊缝，焊接作业结束。

有益效果