本發(fā)明公開一種應(yīng)用二維激光位移傳感器的焊縫自動(dòng)識別跟蹤裝置。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)中，焊接是最重要的工藝方法之一，它被廣泛地用于機(jī)械制造、核工業(yè)、石油化工、航空航天、大型建筑等諸多領(lǐng)域。焊接生產(chǎn)數(shù)量以及焊接工藝，都在社會(huì)對于焊接制造品的需求的增加中與日俱增。在勞動(dòng)力成本日益增加的狀態(tài)下，對于具有更大產(chǎn)能、更高生產(chǎn)質(zhì)量、更大柔性的智能焊接迎來了空前的需求。

信息技術(shù)的飛速發(fā)展，給焊接這個(gè)傳統(tǒng)工藝帶來了新的革命，目前焊接技術(shù)已融入了計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、微電子、激光等眾多前沿工業(yè)技術(shù)，它正朝著任務(wù)規(guī)劃、過程控制、質(zhì)量監(jiān)測等作業(yè)過程的自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。特別是近年來，機(jī)器人焊接技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，大大促進(jìn)了焊接的自動(dòng)化水平，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)在實(shí)用的工業(yè)機(jī)器人中焊接機(jī)器人所占比例超過了50％，采用機(jī)器人焊接已經(jīng)成為焊接自動(dòng)化的主流發(fā)展方向，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家如日本、德國、瑞士、美國都在這一領(lǐng)域展開技術(shù)博弈。盡管如此，焊接機(jī)器人的技術(shù)還有很多實(shí)質(zhì)性的技術(shù)亟待突破。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用二維激光位移傳感器的焊縫自動(dòng)識別跟蹤裝置，以解決工件焊接熱變形對焊接質(zhì)量帶來的影響；以及工件一致性差，示教繁瑣，焊接質(zhì)量難以保證的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用二維激光位移傳感器的焊縫自動(dòng)識別跟蹤裝置，包括二維激光位移傳感器、數(shù)字化焊接電源、焊接機(jī)器人本體、焊槍支架、焊槍、機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述焊接機(jī)器人本體、焊槍支架連接，所述二維激光位移傳感器、焊槍分別連接在焊槍支架上，所述數(shù)字化焊接電源與焊槍連接，所述二維激光位移傳感器、焊接機(jī)器人本體分別與機(jī)器人控制系統(tǒng)連接。

進(jìn)一步的是，所述焊接機(jī)器人本體、焊槍支架之間設(shè)置有防碰撞傳感器，所述焊接機(jī)器人本體、防碰撞傳感器、焊槍支架依次連接。

進(jìn)一步的是，所述焊槍支架為L形支架。

進(jìn)一步的是，所述焊槍支架上設(shè)置有焊槍夾持塊、傳感器接頭、連接L板、傳感器安裝板，所述焊槍支架一端與防碰撞傳感器連接，另一端安裝焊槍夾持塊，所述焊槍安裝在焊槍夾持塊內(nèi)，所述傳感器接頭通過螺栓連接在焊槍夾持塊上端，所述連接L板一端通過螺紋安裝在傳感器接頭上，另一端與傳感器安裝板連接，所述二維激光位移傳感器安裝在傳感器安裝板上。

進(jìn)一步的是，所述二維激光位移傳感器上設(shè)置有光學(xué)濾鏡。

發(fā)明有益效果：本發(fā)明相對于人工焊接和市場上常見的專用焊機(jī)，本發(fā)明通過二維激光傳感器、數(shù)字化焊接電源、焊接機(jī)器人本體和焊槍對焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)在線跟蹤焊接，還可根據(jù)焊縫的變化自動(dòng)調(diào)整焊接軌跡，焊接效率高，通過二維激光位移傳感器對焊縫進(jìn)行定位，測量精度高；不要人工焊接，使用性強(qiáng)，非常方便。該發(fā)明通過對機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使其可以對二維激光傳感器發(fā)送過來的簡單位置型號，進(jìn)行濾波、延遲、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等一系列工作，并調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制插補(bǔ)算法，使其可以利用傳感器采集數(shù)據(jù)對正在運(yùn)行的已有軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，修正周期為12ms。焊接機(jī)器人的控制界面基礎(chǔ)上，開發(fā)專門針對激光跟蹤的人機(jī)交互界面。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例中焊槍夾持塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例中傳感器接頭的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例中連接L板的結(jié)構(gòu)示意圖

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例中傳感器安裝板的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做更進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明的一種應(yīng)用二維激光位移傳感器的焊縫自動(dòng)識別跟蹤裝置，一種應(yīng)用二維激光位移傳感器的焊縫自動(dòng)識別跟蹤裝置，包括二維激光位移傳感器1、數(shù)字化焊接電源、焊接機(jī)器人本體5、焊槍支架3、焊槍4、機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述焊接機(jī)器人本體5、焊槍支架3連接，所述二維激光位移傳感器1、焊槍4分別連接在焊槍支架3上，所述數(shù)字化焊接電源與焊槍4連接，所述二維激光位移傳感器1、焊接機(jī)器人本體5分別與機(jī)器人控制系統(tǒng)連接。二維激光位移傳感器1固定在焊槍支架3上，且可以繞焊槍4旋轉(zhuǎn)；二維激光位移傳感器1的運(yùn)算單元采用了DSP+FPGA架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對采樣信號的實(shí)時(shí)處理；采用了低功耗芯片，降低了傳感器的整體發(fā)熱量，使傳感器能夠長時(shí)間處于工作狀態(tài)，其主要用于掃描被測物體，根據(jù)發(fā)射的激光計(jì)算出光點(diǎn)到二維激光位移傳感器1之間的距離，然后將采樣信號處理后傳給機(jī)器人控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制系統(tǒng)對采集的信號進(jìn)行分析，并控制焊接機(jī)器人本體5移動(dòng)，最終控制焊槍4的移動(dòng)。

機(jī)器人控制系統(tǒng)中具有相應(yīng)的信號處理模塊，對二維激光傳感器1發(fā)送過來的簡單位置型號，進(jìn)行濾波、延遲、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為可以被機(jī)器人插補(bǔ)算法直接使用的數(shù)據(jù)格式。在機(jī)器人控制系統(tǒng)中開發(fā)人機(jī)交互界面，通過指令、菜單、按鈕等方式操作該系統(tǒng)，人機(jī)交互界面應(yīng)包含：傳感器使能(不使能)、激光開(關(guān))、傳感器初始化、傳感器清零、開始跟蹤、終止跟蹤、初始點(diǎn)尋位等功能。

為了避免機(jī)器人在自動(dòng)移動(dòng)過程中碰撞物體，因此優(yōu)選的實(shí)施方式是，所述焊接機(jī)器人本體5、焊槍支架3之間設(shè)置有防碰撞傳感器2，所述焊接機(jī)器人本體5、防碰撞傳感器2、焊槍支架3依次連接。防碰撞傳感器2上接焊接機(jī)器人本體5，下接焊槍支架3，主要用于在機(jī)器人焊槍4與障礙物發(fā)生碰撞時(shí)，提供可靠的自動(dòng)停運(yùn)功能，保護(hù)焊接系統(tǒng)免于機(jī)械損傷。

焊槍支架3、焊槍4、二維激光位移傳感器1三者之間的具體連接方式是，其中所述焊槍支架3為L形支架。所述焊槍支架3上設(shè)置有焊槍夾持塊6、傳感器接頭7、連接L板8、傳感器安裝板9，所述焊槍支架3一端與防碰撞傳感器2連接，另一端安裝焊槍夾持塊6，所述焊槍4安裝在焊槍夾持塊6內(nèi)，所述傳感器接頭7通過螺栓連接在焊槍夾持塊6上端，所述連接L板8一端通過螺紋安裝在傳感器接頭7上，另一端與傳感器安裝板9連接，所述二維激光位移傳感器1安裝在傳感器安裝板9上。其中焊槍夾持塊6、傳感器接頭7、連接L板8、傳感器安裝板9的結(jié)構(gòu)如圖3、4、5、6所示。

因本發(fā)明在實(shí)際的應(yīng)用中會(huì)遇到弧光，影響判斷精準(zhǔn)，優(yōu)選的實(shí)施方式是，所述二維激光位移傳感器1上設(shè)置有光學(xué)濾鏡。這樣相對于常規(guī)二維激光位移傳感器1，該傳感器又加配了光學(xué)濾鏡，增加了傳感器的抗弧光性能。

本發(fā)明的工作原理如下：將焊槍4放在待焊接物體上方，二維激光傳感器1對待焊接物體進(jìn)行掃描，然后將掃描后的采樣信號處理后傳送給焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)，焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)根據(jù)得到的信號經(jīng)過計(jì)算得到待焊接物體的坐標(biāo)，然后驅(qū)動(dòng)焊接機(jī)器人本體5帶動(dòng)焊槍4，隨焊縫的變化改變焊接方向，實(shí)時(shí)在線對焊縫進(jìn)行跟蹤焊接。二維激光位移傳感器1通過測距功能，可以反映焊縫在上下(Z軸)方向發(fā)生的變化，并將該信息傳遞給修改過的焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)，對二維激光傳感器1發(fā)送過來的簡單位置型號，進(jìn)行濾波、延遲、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等一系列工作，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)焊槍4上下移動(dòng)。至此該裝置可以完成X、Y、Z三軸方向和Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的自動(dòng)調(diào)整，即適用于任何軌跡的焊接。焊接、掃描、軌跡修正的同時(shí)進(jìn)行更是使得機(jī)器人的焊接效率與質(zhì)量大大提升。