自適應(yīng)焊縫激光掃描裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及自動(dòng)化焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及自動(dòng)化焊接過程中能對(duì)焊縫區(qū)域自適應(yīng)分精度掃描的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代制造工業(yè)領(lǐng)域中，焊接機(jī)器人廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域。但是目前使用的焊接機(jī)器人仍然大多屬于“示教-再現(xiàn)”類型或離線編程類型，當(dāng)焊接對(duì)象尺寸改變或焊縫軌跡存在偏差時(shí)，機(jī)器人無法自動(dòng)適應(yīng)焊縫進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，從而無法實(shí)現(xiàn)柔性制造，所以目前國(guó)內(nèi)外都在對(duì)焊接機(jī)器人的智能化進(jìn)行研究。
[0003]在智能焊接機(jī)器人的研究與應(yīng)用中，一般通過傳感器來獲得加工信息，而激光傳感器由于其具有單色性好、方向性強(qiáng)、相干性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在存在粉塵、弧光、煙霧等干擾因素的焊接環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用。
[0004]激光傳感器可分為掃描激光傳感器和非掃描激光傳感器;掃描激光傳感器通過改變激光發(fā)射角度與單點(diǎn)測(cè)距來實(shí)現(xiàn)焊縫掃描，其具有長(zhǎng)焦距、大掃描范圍和精度高等優(yōu)點(diǎn)。非掃描激光傳感器主要用結(jié)構(gòu)光(如激光線或網(wǎng)格)發(fā)射在焊縫表面，然后通過圖形處理軟件對(duì)工件表面的激光的形狀進(jìn)行處理獲得焊縫部位形狀，具有信號(hào)連續(xù)、圖像處理高效等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量精度不如前者高。
[0005]在實(shí)際工業(yè)焊接過程中，焊接所占時(shí)間較少，而裝夾、焊縫定位等工藝需要的時(shí)間較多，激光單次掃描需要掃描成百上千個(gè)點(diǎn)才能夠獲得焊縫的詳細(xì)信息，其掃描效率嚴(yán)重影響自動(dòng)化焊接的工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有自動(dòng)化焊接技術(shù)的工作效率低的問題，從而提供自適應(yīng)焊縫激光掃描裝置及控制方法。
[0007]自適應(yīng)焊縫激光掃描裝置，包括激光發(fā)射裝置、位置敏感探測(cè)器、振鏡、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和控制器；
[0008]激光發(fā)射裝置發(fā)射的激光入射到振鏡，振鏡將入射的激光反射到待焊接工件的表面，待焊接工件的表面將激光反射到位置敏感探測(cè)器的接收端，位置敏感探測(cè)器的距離電信號(hào)輸出端連接控制器的距離電信號(hào)輸入端，控制器的掃描控制信號(hào)輸出端連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，控制器的焊縫信息輸出端連接焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)輸入端，控制器的激光控制信號(hào)輸出端連接激光發(fā)射裝置的控制信號(hào)輸入端，旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)振鏡旋轉(zhuǎn)，激光發(fā)射裝置、位置敏感探測(cè)器、振鏡和旋轉(zhuǎn)電機(jī)均固定在焊接機(jī)器人的焊槍支架上；
[0009]控制器內(nèi)嵌入有軟件實(shí)現(xiàn)的控制模塊，所述控制模塊包括如下單元:
[0010]接收單元，用于接收用戶輸入的掃描范圍、焊縫平均尺寸、單次掃描點(diǎn)數(shù)量和高精度掃描范圍信號(hào)，及激光功率和脈沖頻率信號(hào)；
[0011]激光控制單元，用于根據(jù)激光功率和脈沖頻率信號(hào)向激光發(fā)射裝置發(fā)送激光控制信號(hào)；
[0012]初始掃描控制單元，用于根據(jù)掃描范圍、焊縫平均尺寸、單次掃描點(diǎn)數(shù)量和高精度掃描范圍信號(hào)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)送掃描控制信號(hào)；
[0013]焊縫定位單元，用于根據(jù)接收到的距離電信號(hào)確定焊縫信息，并向焊接機(jī)器人發(fā)送焊縫信息；
[0014]焊縫預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)焊縫信息預(yù)測(cè)下一處焊縫信息，并預(yù)測(cè)下一步掃描的高精度掃描區(qū)域和低精度掃描區(qū)域信息；
[0015]工作掃描控制單元，用于根據(jù)高精度掃描區(qū)域和低精度掃描區(qū)域信息向旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)送掃描控制信號(hào)。
[0016]自適應(yīng)焊縫激光掃描控制方法，該方法包括以下步驟:
[0017]接收步驟，用于接收用戶輸入的掃描范圍、焊縫平均尺寸、單次掃描點(diǎn)數(shù)量和高精度掃描范圍信號(hào)，及激光功率和脈沖頻率信號(hào)；
[0018]激光控制步驟，用于根據(jù)激光功率和脈沖頻率信號(hào)向激光發(fā)射裝置發(fā)送激光控制信號(hào)；
[0019]初始掃描控制步驟，用于根據(jù)掃描范圍、焊縫平均尺寸、單次掃描點(diǎn)數(shù)量和高精度掃描范圍信號(hào)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)送掃描控制信號(hào)；
[0020]焊縫定位步驟，用于根據(jù)接收到的由敏感探測(cè)器發(fā)送的距離電信號(hào)計(jì)算焊縫信息，并向焊接機(jī)器人發(fā)送焊縫信息；
[0021]焊縫預(yù)測(cè)步驟，用于根據(jù)焊縫信息預(yù)測(cè)下一處焊縫信息，并預(yù)測(cè)下一步掃描的高精度掃描區(qū)域和低精度掃描區(qū)域信息；
[0022]工作掃描控制步驟，用于根據(jù)高精度掃描區(qū)域和低精度掃描區(qū)域信息向旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)送掃描控制信號(hào)，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行焊縫定位步驟。
[0023]如果能夠合理規(guī)劃掃描密度，使焊接機(jī)器人能夠自主尋找焊縫位置，在焊縫區(qū)域高精度掃描，而在非焊縫區(qū)域粗略掃描，則可以大幅度提高工作效率。本發(fā)明所述的自適應(yīng)焊縫激光掃描裝置，首先通過控制系統(tǒng)輸入掃描區(qū)域、焊縫平均尺寸、單次掃描點(diǎn)數(shù)量和高精度掃描范圍，然后系統(tǒng)開始第一次全程掃描，控制器對(duì)焊縫位置進(jìn)行定位，將焊縫信息發(fā)送給焊接機(jī)器人，焊接機(jī)器人據(jù)焊縫信息決定工藝參數(shù)，焊接機(jī)器驅(qū)動(dòng)焊槍工作，焊槍每完成一次焊接后，焊槍與激光發(fā)射裝置、位置敏感探測(cè)器、振鏡和旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體向前移動(dòng)，由于焊縫位置的連續(xù)性，可以根據(jù)上一步的焊縫位置對(duì)當(dāng)次焊縫位置進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，激光掃描裝置對(duì)預(yù)測(cè)的中心進(jìn)行預(yù)設(shè)范圍的高精度掃描，其他區(qū)域進(jìn)行低精度掃描，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫的自適應(yīng)分精度掃描。焊槍焊接與激光掃描同時(shí)進(jìn)行，焊槍隨時(shí)根據(jù)焊縫位置調(diào)整焊接參數(shù)，保證了焊接過程的連續(xù)性與高準(zhǔn)確性，確保了焊接質(zhì)量，提高了工作效率。
[0024]本發(fā)明所述的自適應(yīng)焊縫激光掃描控制方法，能夠控制激光掃描裝置對(duì)預(yù)測(cè)的中心進(jìn)行預(yù)設(shè)范圍的高精度掃描，其他區(qū)域進(jìn)行低精度掃描，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫的自適應(yīng)分精度掃描。焊槍焊接與激光掃描同時(shí)進(jìn)行，焊槍隨時(shí)根據(jù)焊縫位置調(diào)整焊接參數(shù)，保證了焊接過程的連續(xù)性與高準(zhǔn)確性，確保了焊接質(zhì)量，提高了工作效率。
[0025]本發(fā)明的有益效果為:
[0026]1.在掃描過程中，自動(dòng)判斷目標(biāo)區(qū)域位置，對(duì)非目標(biāo)區(qū)域低精度掃描，可以節(jié)省掃描時(shí)間，提高工作效率；
[0027]2.在掃描點(diǎn)數(shù)量固定的情況下，對(duì)目標(biāo)區(qū)域投入更多的掃描點(diǎn)，提高了數(shù)據(jù)的有效利用率；
[0028]3.整個(gè)掃描過程由控制器自主判定，可以實(shí)現(xiàn)焊縫掃描的初步智能化。
[0029]本發(fā)明適用于自動(dòng)化焊接中對(duì)焊縫進(jìn)行自適應(yīng)掃描。
【附圖說明】
[0030]圖1是【具體實(shí)施方式】一所述的自適應(yīng)焊縫激光掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中的雙向箭頭表示焊槍的移動(dòng)方向；
[0031]圖2是【具體實(shí)施方式】一中的激光掃描區(qū)域的截面示意圖;A為高精度掃描區(qū)域，B和C為低精度掃描區(qū)域，E為激光，6為坡口 ；
[0032]圖3是【具體實(shí)施方式】一中的自適應(yīng)掃描過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]【具體實(shí)施方式】一:參照?qǐng)D1至圖3具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的自適應(yīng)焊縫激光掃描裝置，包括激光發(fā)射裝置1、位置敏感探測(cè)器2、振鏡3、旋轉(zhuǎn)電機(jī)4和控制器；
[0034]激光發(fā)射裝置I發(fā)射的激光入射到振鏡3，振鏡3將入射的激光反射到待焊接工件5的表面，待焊接工件5的表面將激光反射到位置敏感探測(cè)器2的接收端，位置敏感探測(cè)器2的距離電信號(hào)輸