[发明专利]基于视觉传感的激光—电弧复合焊接实时自动控制装置及其焊接方法

摘要

本发明公开了一种基于视觉传感的激光—电弧复合焊接实时自动控制装置及其焊接方法，焊枪与激光头相连，焊接时焊丝的熔化焊丝尖端形成熔滴，激光束照射到焊件形成激光匙孔，高速相机用于拍摄熔化焊丝尖端和激光匙孔的图像，高速相机与图像处理工控机相连，图像处理工控机分别与焊枪的复合焊接头控制装置、焊枪的焊机设备控制装置连接，图像处理工控机通过焊枪的复合焊接头控制装置控制激光匙孔与熔滴的中心点间距离，通过焊枪的焊机设备控制装置控制熔化焊丝尖端的中心点纵坐标Y值。本发明解决了现有技术中熔滴与激光匙孔的中心距离不能实时调整、且调整过程无法可视化，导致熔滴与激光匙孔的中心距离过远或过近的问题。

主权项

一种采用基于视觉传感的激光—电弧复合焊接实时自动控制装置的焊接方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤一：焊接前，将厚度为8.0mm的焊件(11)夹持在工作台上，激光器发射激光束(4)，激光器功率为2.0KW；调节焊枪(2)的电弧焊接电流200A、电弧电压25‑27V，焊枪(2)的焊丝干伸长为14mm，焊枪(2)的相对焊接速度为800mm/min；焊枪(2)中安装有焊丝(3)，高速相机(5)用于拍摄焊丝(3)的熔化焊丝尖端(15)和激光匙孔(22)的图像，设定高速相机(5)的参数，在无滤光镜(19)的条件下，镜头(21)的光圈(20)调节为4‑6，曝光时间调到1/50‑1/40s，采样频率调到50帧每秒，直至高速相机(5)采集到焊丝(3)和激光束(4)的清晰图像；高速相机(5)与图像处理工控机(6)相连，图像处理工控机(6)分别与焊枪(2)的复合焊接头控制装置、焊枪(2)的焊机设备控制装置连接，图像处理工控机(6)接收到高速相机(5)的拍摄信息后，通过焊枪(2)的复合焊接头控制装置控制激光匙孔(22)与熔滴(16)的中心点间距离，通过焊枪(2)的焊机设备控制装置控制熔化焊丝尖端(15)的中心点纵坐标；所述复合焊接头控制装置包括纵向控制装置和角度控制装置，纵向控制装置包括M2伺服电机控制单元(7)和M2伺服电机(9)，角度控制装置包括M1伺服电机控制单元(8)和M1伺服电机(1)；M2伺服电机控制单元(7)和图像处理工控机(6)相连，M2伺服电机(9)和焊枪(2)的复合焊接头相连；M1伺服电机控制单元(8)和图像处理工控机(6)相连，M1伺服电机(1)和焊枪(2)的复合焊接头相连；所述焊机设备控制装置包括焊机控制单元(14)，焊机控制单元(14)与焊枪(2)的焊机设备相连；通过M1伺服电机(1)和M2伺服电机(9)调节焊枪(2)的复合焊接头，使光丝距离DLA为3mm，且沿焊接方向焊丝(3)与激光束(4)在同一条直线上，焊丝(3)的端头与激光作用点(12)间距为光丝距离DLA；步骤二：开始焊接时，设定高速相机(5)的参数，在高速相机(5)的镜头(21)前加532nm的滤光镜(19)，镜头(21)的光圈(20)调节为18‑32，曝光时间调到1/400000‑1/500000s，采样频率调到每秒4000帧，加532nm的背景光源(18)，保证高速相机(5)采集到熔化焊丝尖端(15)、熔滴(16)和激光匙孔(22)的高清图像；步骤三：在图像处理工控机(6)中分别设置熔化焊丝尖端(15)的灰度阈值区间、熔滴(16)的灰度阈值区间、激光匙孔(22)的灰度阈值区间，利用图像处理工控机(6)对步骤二得到的高清图像进行二值化处理，使高清图像变为不同的像素群，并使熔化焊丝尖端(15)、熔滴(16)和激光匙孔(22)的图像与背景光源(18)的灰度值差大于50；获得熔化焊丝尖端(15)、熔滴(16)和激光匙孔(22)的图像；步骤四：图像处理工控机(6)根据步骤三得到的熔化焊丝尖端(15)、熔滴(16)和激光匙孔(22)的图像，以步骤二得到的高清图像的左下角为坐标原点，利用像素点坐标的平均值分别计算熔化焊丝尖端(15)图像的中心点坐标、激光匙孔(22)图像的中心点坐标和熔滴(16)图像的中心点坐标；步骤五：图像处理工控机(6)根据步骤四得到的激光匙孔(22)图像的中心点坐标和熔滴(16)图像的中心点坐标，计算激光匙孔(22)图像和熔滴(16)图像的中心点间距离X1；计算熔化焊丝尖端(15)图像中心点的纵坐标值Y1，当X1不满足设定的光丝距离DLA＝3±0.4mm的要求或者Y1值不满足设定值Y＝10±2mm的要求时，图像处理工控机(6)经分析后发送相应调节信号至M2伺服电机控制单元(7)、M1伺服电机控制单元(8)或焊机控制单元(14)，M2伺服电机控制单元(7)与M2伺服电机(9)相连，M1伺服电机控制单元(8)与M1伺服电机(1)相连，焊机控制单元(14)与焊枪(2)的焊机设备相连，通过M1伺服电机(1)和M2伺服电机(9)联合控制激光匙孔(22)与熔滴(16)的中心点间距离，通过焊枪(2)的焊机设备控制熔化焊丝尖端(15)图像中心点的纵坐标值Y1，实时保证焊接过程中激光匙孔(22)图像和熔滴(16)图像的中心点间距离X1满足设定的光丝距离DLA＝3±0.4mm的要求，熔化焊丝尖端(15)图像中心点的纵坐标值Y1满足设定值Y＝10±2mm的要求。