基于機械視覺導(dǎo)引實現(xiàn)自動化縫隙焊接的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及自動化焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于機械視覺導(dǎo)引實現(xiàn)自動化縫隙焊接的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近20年來，隨著數(shù)字化，自動化，計算機，機械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，以及對焊接質(zhì)量的高度重視，自動焊接已發(fā)展成為一種先進的制造技術(shù)，自動焊接設(shè)備在各工業(yè)的應(yīng)用中所發(fā)揮的作用越來越大，應(yīng)用范圍正在迅速擴大。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，焊接生產(chǎn)過程的機械化和自動化是焊接機構(gòu)制造工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。
[0003]焊接技術(shù)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(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和聯(lián)接方式。焊接應(yīng)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(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的訴求形成了主要矛盾。這也是本發(fā)明實施自動化焊接的初衷所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動化焊接縫隙、解放人力、提高生產(chǎn)效率、具有更廣泛應(yīng)用范圍的基于機械視覺導(dǎo)引實現(xiàn)自動化縫隙焊接的系統(tǒng)及方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于機械視覺導(dǎo)引實現(xiàn)自動化縫隙焊接的系統(tǒng)及方法具有如下構(gòu)成:
[0007]該基于機械視覺導(dǎo)引實現(xiàn)自動化縫隙焊接的系統(tǒng)，其主要特點是，所述的系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(jù)所述的視覺采樣模塊的位置數(shù)據(jù)信息來分析待焊接的縫隙的狀態(tài)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(shè)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(shù)據(jù)信息分析單元，所述的縫隙位置數(shù)據(jù)信息分析單元用以根據(jù)所述的攝像單元拍攝的圖片計算縫隙的機械位置坐標(biāo)和縫隙的寬度。
[0015]更進一步地，所述的電氣控制柜，用以根據(jù)所述的縫隙的機械位置坐標(biāo)和縫隙的寬度的數(shù)據(jù)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(shè)置于所述的焊接軸上的焊槍。
[0017]本發(fā)明還涉及一種通過所述的系統(tǒng)基于機械視覺導(dǎo)引實現(xiàn)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(zhí)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(shù)據(jù)信息并發(fā)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(tài)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信息，具體為:
[0024]所述的縫隙位置數(shù)據(jù)信息分析單元用以根據(jù)所述的攝像單元拍攝的圖片計算縫隙的機械位置坐標(biāo)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(tài)，具體為:
[0026]所述的電氣控制柜根據(jù)所述的縫隙的機械位置坐標(biāo)和縫隙的寬度的數(shù)據(jù)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(jù)縫隙走勢特征中縫隙的坐標(biāo)控制所述的焊接模塊運動的方向以及根據(jù)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(fā)明中的基于機械視覺導(dǎo)引實現(xiàn)自動化縫隙焊接的系統(tǒng)及方法，可以實現(xiàn)縫隙自動化焊接，解放人力，提高生產(chǎn)效率；采用的是五軸共臂技術(shù)，獨立設(shè)計研發(fā)應(yīng)用于非標(biāo)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(shù)據(jù)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(zhì)量的影響；通過視覺器內(nèi)的折線特征走勢，實時調(diào)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(diào)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(biāo)位置和縫隙的寬度，提高焊接精度，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的基于機械視覺導(dǎo)引實現(xiàn)自動化縫隙焊接的系統(tǒng)的接線圖。
[0031]圖2為本發(fā)明的待焊接的波紋板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖3為本發(fā)明的實施例中的自動焊機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]附圖標(biāo)記:
[0034]I 板卡
[0035]2 PC 主機
[0036]3 PCI 插槽
[0037]4 網(wǎng)口
[0038]5送絲機
[0039]6焊絲
[0040]7網(wǎng)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(cè)板
【具體實施方式】
[0048]為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實施例來進行進一步的描述。
[0049]本發(fā)明是應(yīng)用于不同形狀的折形波板焊接。主要以集裝箱側(cè)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(shù)。提出了一種利用機械視覺導(dǎo)引技術(shù)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(yè)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(xiàn)上述的目的，本發(fā)明方案采用了各種綜合技術(shù)實現(xiàn)對不規(guī)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(shù)、圖像識別技術(shù)，三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等核心技術(shù)，本方案最大的特點:將視覺識別、運動控制、焊接工藝、機械結(jié)構(gòu)做了一系列的整合，從而實現(xiàn)提高識別和焊接質(zhì)量:
[0052]1.機械硬件部分:此部分采用的是五軸共臂技術(shù)，獨立設(shè)計研發(fā)應(yīng)用于非標(biāo)準化工件的焊接，其中X\Y\Z應(yīng)用于焊槍的控制，Χ\Υ1\Ζ1應(yīng)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(shù)據(jù)信息傳遞不會出錯，使用該方案的優(yōu)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(zhì)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(tǒng)組成，此部分要保證機械結(jié)構(gòu)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(tǒng)。
[0054]3.軟件控制技術(shù):
[0055](I)因視覺識別技術(shù)都有視野局限性，可以通過視覺器內(nèi)的折線特征走勢，實時調(diào)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