基于機械視覺導引實現自動化縫隙焊接的系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及焊接技術領域，尤其涉及自動化焊接技術領域，具體是指一種基于機械視覺導引實現自動化縫隙焊接的系統及方法。
【背景技術】
[0002]近20年來，隨著數字化，自動化，計算機，機械設計技術的發展，以及對焊接質量的高度重視，自動焊接已發展成為一種先進的制造技術，自動焊接設備在各工業的應用中所發揮的作用越來越大，應用范圍正在迅速擴大。在現代工業生產中，焊接生產過程的機械化和自動化是焊接機構制造工業現代化發展的必然趨勢。
[0003]焊接技術就是高溫或高壓條件下，使用焊接材料(焊條或焊絲)將兩塊或兩塊以上的母材(待焊接的工件)連接成一個整體的操作方法。焊接是通過加熱、加壓，或兩者并用，使同性或異性兩工件產生原子間結合的加工工藝和聯接方式。焊接應用廣泛，既可用于金屬，也可用于非金屬。
[0004]大量的手工焊接工序與企業提高產品質量、降低生產成本的訴求形成了主要矛盾。這也是本發明實施自動化焊接的初衷所在。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是克服了上述現有技術的缺點，提供了一種能夠實現自動化焊接縫隙、解放人力、提高生產效率、具有更廣泛應用范圍的基于機械視覺導引實現自動化縫隙焊接的系統及方法。
[0006]為了實現上述目的，本發明的基于機械視覺導引實現自動化縫隙焊接的系統及方法具有如下構成:
[0007]該基于機械視覺導引實現自動化縫隙焊接的系統，其主要特點是，所述的系統包括:
[0008]視覺采樣軸；
[0009]視覺采樣模塊，用以沿著所述的視覺采樣軸運動并采集待焊接的縫隙處的位置數據信息；
[0010]焊接軸，所述的焊接軸和所述的視覺采樣軸共用一 X軸；
[0011]焊接模塊，用以沿著所述的焊接軸運動并對待焊接的縫隙進行焊接；
[0012]電氣控制柜，用以根據所述的視覺采樣模塊的位置數據信息來分析待焊接的縫隙的狀態并控制所述的焊接模塊的動作。
[0013]較佳地，所述的視覺采樣模塊為設置于所述的視覺采樣軸上的視覺傳感器。
[0014]更佳地，所述的視覺傳感器包括攝像單元和縫隙位置數據信息分析單元，所述的縫隙位置數據信息分析單元用以根據所述的攝像單元拍攝的圖片計算縫隙的機械位置坐標和縫隙的寬度。
[0015]更進一步地，所述的電氣控制柜，用以根據所述的縫隙的機械位置坐標和縫隙的寬度的數據點計算得到縫隙的實際物理走勢特征并控制所述的焊接模塊的動作。
[0016]較佳地，所述的焊接模塊包括送絲機和設置于所述的焊接軸上的焊槍。
[0017]本發明還涉及一種通過所述的系統基于機械視覺導引實現自動化縫隙焊接的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟:
[0018](I)所述的電氣控制柜啟動；
[0019](2)所述的視覺采樣模塊進行尋定中心動作；
[0020](3)所述的視覺采樣模塊執行X軸方向運動且所述的焊接模塊運動至焊接起始占.V，
[0021](4)所述的視覺采樣模塊采集待焊接的縫隙處的位置數據信息并發送至所述的電氣控制柜；
[0022](5)所述的電氣控制柜分析待焊接的縫隙的狀態并控制所述的焊接模塊的動作。
[0023]較佳地，所述的視覺傳感器包括攝像單元和縫隙位置數據信息分析單元，所述的視覺采樣模塊采集待焊接的縫隙處的位置數據信息，具體為:
[0024]所述的縫隙位置數據信息分析單元用以根據所述的攝像單元拍攝的圖片計算縫隙的機械位置坐標和縫隙的寬度。
[0025]更佳地，所述的電氣控制柜分析待焊接的縫隙的狀態，具體為:
[0026]所述的電氣控制柜根據所述的縫隙的機械位置坐標和縫隙的寬度的數據點計算得到縫隙的實際物理走勢特征。
[0027]更進一步地，所述的控制所述的焊接模塊的動作，具體為:
[0028]所述的電氣控制柜根據縫隙走勢特征中縫隙的坐標控制所述的焊接模塊運動的方向以及根據縫隙的寬度控制焊接模塊的電壓、電流和速度。
[0029]采用了該發明中的基于機械視覺導引實現自動化縫隙焊接的系統及方法，可以實現縫隙自動化焊接，解放人力，提高生產效率；采用的是五軸共臂技術，獨立設計研發應用于非標準化工件的焊接，焊槍和視覺器二者共用同一 X軸，如此保證焊槍與視覺器在X速度一致，保證位置數據信息傳遞不會出錯，能夠讓視覺跟蹤與焊接同步進行，減少被焊物件形變造成對焊接質量的影響；通過視覺器內的折線特征走勢，實時調整視覺裝置位置，保證折線一直在視野最佳位置，降低鏡頭畸變等各種不利因素對識別精度的影響；視覺器在調整過程中，不影響視覺器對物體的識別，通過高幀率的拍攝圖片，每幅圖片均可通過折線計算出縫隙的機械坐標位置和縫隙的寬度，提高焊接精度，具有更廣泛的應用范圍。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明的基于機械視覺導引實現自動化縫隙焊接的系統的接線圖。
[0031]圖2為本發明的待焊接的波紋板的結構示意圖。
[0032]圖3為本發明的實施例中的自動焊機的結構示意圖。
[0033]附圖標記:
[0034]I 板卡
[0035]2 PC 主機
[0036]3 PCI 插槽
[0037]4 網口
[0038]5送絲機
[0039]6焊絲
[0040]7網線[0041 ] 8端子板
[0042]9九芯線
[0043]10焊接軸
[0044]11采樣軸
[0045]12波紋板
[0046]13橫梁
[0047]14側板
【具體實施方式】
[0048]為了能夠更清楚地描述本發明的技術內容，下面結合具體實施例來進行進一步的描述。
[0049]本發明是應用于不同形狀的折形波板焊接。主要以集裝箱側板，正弦波紋腹板、長直鋼管的焊接為主，其中涉及到視覺識別、軌跡矯正、縫隙識別、焊接工藝等方面的技術。提出了一種利用機械視覺導引技術識別縫隙進行焊接的全新方案。
[0050]本焊接方案的目的是代替一些特殊場合下人工焊接，因為目前大部焊接工作都是人工操作的。以弧焊為主，弧焊作業比較集中的工位周圍充斥著大量煙塵、強光和噪聲。
[0051]如圖1?3所示，為了實現上述的目的，本發明方案采用了各種綜合技術實現對不規則形狀鐵板進行焊接。方案組成包括機械硬件部分，工控電氣部分、軟件控制技術、圖像識別技術，三維坐標轉換等核心技術，本方案最大的特點:將視覺識別、運動控制、焊接工藝、機械結構做了一系列的整合，從而實現提高識別和焊接質量:
[0052]1.機械硬件部分:此部分采用的是五軸共臂技術，獨立設計研發應用于非標準化工件的焊接，其中X\Y\Z應用于焊槍的控制，Χ\Υ1\Ζ1應用于視覺器的自動軌跡跟蹤，二者共用同一 X軸，如此保證焊槍與視覺器在X速度一致，保證位置數據信息傳遞不會出錯，使用該方案的優勢:能夠讓視覺跟蹤與焊接同步進行，減少被焊物件形變造成對焊接質量的影響。
[0053]2.工控電器部分:主要是電氣控制柜，由工控機、伺服系統組成，此部分要保證機械結構每到一個位置都能準確的把視覺器的位置同步回饋到軟件控制系統。
[0054]3.軟件控制技術:
[0055](I)因視覺識別技術都有視野局限性，可以通過視覺器內的折線特征走勢，實時調整視覺裝置位置。保證折線一直在視野最佳位置，降低鏡頭畸變等各種不利