CN107363403A - 一种基于ccd视觉监控的激光焊接系统 - Google Patents

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    • B23K26/702—Auxiliary equipment

Abstract

本发明提供一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，包括激光焊接机、工作台、料盘系统，控制系统；控制系统包括自动化控制装置和用于监控上述设备工作情况的监控装置；激光焊接机包括准直聚焦头、CCD单元、激光器和使激光焊接机沿三轴运动的移动机构；准直聚焦头的外壁设有循环介质降温组件；料盘系统包括料盘、料盘旋转装置、料盘翻转装置和料盘框架。本发明的有益效果是：不仅可以焊接平面图形工件，也可以焊接易被遮挡不便于焊接的弧形、球型等不规则的工件；料盘的多功能夹具可以对不同形状的工件进行固定，从而避免烧伤到人工的情况；通过循环介质降温组件可以实时的对准直聚焦头进行自动降温处理，提高了准直聚焦头的使用寿命。

Description

一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统
技术领域
本发明涉及到焊接设备技术领域，尤其涉及到一种基于CCD视觉监控
的激光焊接系统。
背景技术
随着科学技术的进步和发展，激光已经作为一种工具应用在各行各业。由于激光的高亮度高强度的特性，且激光光斑的尺寸可以通过聚焦镜聚焦到微米量级，因此激光加工技术在有着高精度加工要求的行业中备受青睐 ；随着计算机视觉技术的发展 , 借助于CCD 摄像机、红外摄像仪、 X 光探伤仪、高速摄像机等图像传感设备及智能化的图像处理方法 , 许多机器人及特定的自动焊接设备也具备了一定的视觉功能，可以将焊接过程通过CCD同步相机传输给工控机和人机交互界面，以便工作人员更加方便的监控到焊接质量；
目前市场上的激光焊接机可以焊接点、直线、方形和圆形等平面图形工件，对于平面图形工件的焊接一般分为两个步骤来完成，一是点焊，将两个待焊工件固定在一起，但是对于一些不规则的不易焊接处如焊接点被障碍物遮挡的弧形、球型等工件，就不易焊接，虽然可以采用人工焊接，但是焊接质量不易控制，且在焊接时易伤到工作人员，工作效率极其低下，这时就需要一种不仅可以焊接平面图形的工件，还可以焊接弧形或球形工件的焊接系统。
发明内容
本发明提供一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统,解决的上述问题。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，包括激光焊接机、工作台、料盘系统，还包括控制系统；
所述控制系统包括自动化控制装置和用于监控上述设备工作情况的监控装置；
所述激光焊接机包括设在全方位旋转组件上的准直聚焦头、CCD单元、激光器和使激光焊接机在工作台上沿三轴运动的移动机构；所述激光器通过光纤与所述准直聚焦头相连；所述CCD单元用于对工件的焊缝信息自动识别定位并且将焊缝信息传给自动化控制装置；所述准直聚焦头的外壁设有循环介质降温组件；
所述料盘系统包括料盘、用于驱动所述料盘在水平方向转动的料盘旋转装置、用于驱动所述料盘沿着X轴或者Y轴翻转的料盘翻转装置和料盘框架。
优选的，所述自动化控制装置包括自动化控制模块、自动化控制电路和工控机；所述自动化控制模块通过自动化控制电路与工控机电连接；所述工控机包括用于控制上述设备工作的运动控制卡和用于提取并分析工件焊缝信息的检测程序模块和人机交互界面。
进一步，所述检测程序模块包括图像接收单元、图像预处理单元、图像位置调整单元、目标识别单元、目标提取单元、与标准的焊缝信息进行对比的比照单元、用于将焊缝信息进行储存的目标储存单元、目标异常标记单元和目标异常报警单元。
优选的，所述监控装置包括摄像部分、图像传感器、用于将拍摄后的各设备工作情况图像进行接收并发送的无线收发模块、用于对所述摄像部分和图像传感器进行控制且对视频画面进行处理在分配的控制中心、监视器和报警装置。
进一步，所述控制中心可以为SRD-1671P硬盘录像机。
优选的，所述CCD单元包括CCD摄像机、CCD传感器和高亮度检测光源。
优选的，所述循环介质降温组件包括夹层、进流体管、出流体管、电磁阀和循环介质驱动装置；所述进流体管和所述出流体管相通，且均设在夹层内侧，所述循环介质驱动装置通过电磁阀和进流体管将循环介质输送到夹层内，从出流体管输出。
优选的，所述料盘框架为方形凹槽体，所述料盘翻转装置设在所述料盘框架的一侧。
优选的，所述料盘翻转装置包括翻转电机、翻转联轴器、翻转伸缩元件；所述翻转电机的输出端通过所述翻转联轴器与所述翻转伸缩元件的固定端连接，所述翻转伸缩元件的活动端穿过所述料盘框架的侧板与所述料盘活动连接。
优选的，所述料盘上设有多功能夹具；所述多功能夹具设有水平伸缩件和使多功能夹具沿其支撑点水平旋转的旋转件。
采用上述方案，本发明相对于现有技术的有益效果如下：
(1)、通过自动化控制装置中的工控机和CCD单元配合使用，可以清楚的显示出工件焊缝具体信息，并且将焊缝异常情况进行提取、标记和报警指示；
(2)、通过激光焊接机上安装的全方位旋转组件上的准直聚焦头和料盘系统配合使用，不仅可以焊接平面图形工件，也可以焊接易被遮挡不便于焊接的弧形、球型等不规则的工件，从而解决了传统焊接机不易焊接弧形、球型等工件的问题；
(3)、通过料盘上的多功能夹具可以对不同形状的工件进行固定，从而避免传统的激光焊接机在点焊时需要人工固定工件或者将工件旋转进行点焊而烧伤到人工的情况；
(4)、通过自动化控制装置和监控装置配合使用，可以实时的监控到各设备运行情况，有故障时报警，提高工作效率，减少人工的投入，减少了事故的扩大；
（5）、通过准直聚焦头外壁设置的循环介质降温组件可以实时的对准直聚焦头进行自动降温处理，减少了准直聚焦头产生热量的速度，提高了准直聚焦头的使用寿命；
（6）、通过运动控制卡，实现业内领先的频率随动功能，比功率随动、占空比随动对脉冲焊接的意义更大。
附图说明
为了更清楚的说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的自动化控制装置的系统框图；
图3为本发明的检测程序模块的系统框图；
图4为本发明的循环介质降温组件的结构示意图；
图5为本发明的料盘系统的结构示意图；
图6为本发明的多功能夹具的结构示意图。
以上图例所示：1、激光焊接机 101、全方位旋转组件 102、激光器 103、光纤 104、CCD单元 105、准直聚焦头 106、移动机构 2、工作台 3、料盘系统 31、多功能夹具 311、水平伸缩件 312、旋转件 313、升降件 32、料盘 33、料盘旋转装置 331、料盘旋转装置固定架34、料盘框架 341、通槽 35、料盘翻转装置 351、翻转电机 352、翻转联轴器 353、翻转伸缩元件 36、工件 4、控制系统 41、自动化控制模块 42、自动化控制电路 43、工控机 431、运动控制卡 432、检测程序模块 4321、图像接收单元 4322、图像预处理单元 4323、图像位置调整单元 4324、目标识别单元 4325、目标提取单元 4326、比照单元 4327、目标储存单元4328、目标异常标记单元 4329、目标异常报警单元 433、人机交互界面 44、监控装置 5、循环介质降温组件 51、夹层 52、进流体管 53、出流体管 54、电磁阀 55、循环介质驱动装置。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“固定”、“一体成型”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，在图中，结构相似的单元是用以相同标号标示。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
如图1所示，本发明的一个实施例1是：
一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，包括激光焊接机1、工作台2、料盘系统3，还包括控制系统4；在工作台2上安装有激光焊接机1，在激光焊接机1的前侧安装料盘系统3，在工作台2的侧面安装控制系统4。
所述激光焊接机1包括设在全方位旋转组件101上的准直聚焦头105、CCD单元104、激光器102和使激光焊接机1在工作台2上沿三轴运动的移动机构106；
实施例2：全方位旋转组件101安装在激光焊接机1的头端下侧，可以全方位旋转，可针对不同形状的工件36调整角度进行焊接；全方位旋转组件101包括三个折合块，相邻的两个折合块之间安装有万向轴，可实现全方位旋转。
进一步，在准直聚焦头105的左侧安装CCD单元104，在CCD单元104的左侧通过安装激光器102，在激光器102的左侧通过光纤103连接光纤头；光纤头通过光纤103将激光传给激光器102，激光器102再通过光纤103与所述准直聚焦头105相连；CCD单元104用于对工件36的焊缝信息自动识别定位并且将焊缝信息传给自动化控制装置；准直聚焦头105的外壁设有循环介质降温组件5。
进一步，移动机构106可以使激光焊接机1在工作台2做三维运动工作，包括驱动激光焊接机1在X轴上左右移动的X轴动力组件、驱动全方位旋转组件101上的准直聚焦头105、CCD单元104、激光器102在Y轴上前后移动的Y轴动力组件和驱动全方位旋转组件101上的准直聚焦头105、CCD单元104、激光器102在Z轴上下移动的Z轴动力组件。
所述控制系统4包括自动化控制装置和用于监控上述设备工作情况的监控装置44。
优选的，如图2所示，所述自动化控制装置包括自动化控制模块41、自动化控制电路42和工控机43；所述自动化控制模块41通过自动化控制电路42与工控机43电连接；所述工控机43包括用于控制上述设备工作的运动控制卡431和用于提取并分析工件36焊缝信息的检测程序模块432和人机交互界面433。
进一步，运动控制卡431是一种基于PC机及工业PC机、 用于上述设备运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元；运动控制卡可为GE-X00-PX型运动控制器，其核心由DSP和FPGA组成，实现高性能的控制计算，且提供C语言函数库和Windows动态链接库，从而实现复杂的控制功能。
进一步，如图3所示，所述检测程序模块432包括图像接收单元4321、图像预处理单元4322、图像位置调整单元4323、目标识别单元4324、目标提取单元4325、与标准的焊缝信息进行对比的比照单元4326、用于将焊缝信息进行储存的目标储存单元4327、目标异常标记单元4328和目标异常报警单元4329。
进一步，检测程序模块432可以提取并分析工件36焊缝信息并将分析处理工件36的焊缝信息的过程显示在人机交互界面433上；
分析处理工件焊缝信息如下：
（1）.首先图像接收单元4321接收工件的焊缝信息图像，使用图像预处理单元4322在对图像进行清晰化处理，如焊缝信息图像的增强、图像的平滑和图像的锐化；先利用高通滤波法可增强图像边缘等高频信号，使模糊的焊缝信息图像变得清晰；在利用线性平滑方法使焊缝信息图像亮度平缓渐变，减小突变梯度，改变图像质量；最后利用PS中的USM滤镜处理可以将图像的边缘清晰化；
（2）图像位置调整单元4323可以将清晰化后的图像所展现的位置和角度进行调整，调整到所需合适的角度和位置；
（3）目标识别单元4324可以从焊缝信息图像中识别出所需要检测的焊缝具体信息；
（4）目标提取单元4325可将识别后的焊缝具体信息从整个图像中提取分离出来，并显示出焊缝具体信息的相关参数，以便于下一检测工序的进行；
（5）比照单元4326可将上一工序提取的焊缝具体信息参数与合格标准的焊缝信息参数进行比对，如果检测合格，目标储存单元4327将该焊缝信息进行储存以便于后续查验并参考；如果检测不合格，目标异常标记单元4328将该焊缝信息图像进行标记，在经目标异常报警单元4329报警以便于工作人员及时修正处理。
优选的，所述监控装置44包括摄像部分、图像传感器、用于将拍摄后的各设备工作情况图像进行接收并发送的无线收发模块、用于对所述摄像部分和图像传感器进行控制且对视频画面进行处理在分配的控制中心、监视器和报警装置。
进一步，所述控制中心可以为SRD-1671P硬盘录像机。
优选的，所述CCD单元104包括CCD摄像机、CCD传感器和高亮度检测光源；进一步，高亮度检测光源为CCD摄像机摄像提供清晰的光源。
优选的，如图4所示，所述循环介质降温组件5包括夹层51、进流体管52、出流体管53、电磁阀54和循环介质驱动装置55；所述进流体管52和所述出流体管53相通，且均设在夹层51内侧，所述循环介质驱动装置55通过电磁阀54和进流体管52将循环介质输送到夹层51内，从出流体管53输出；进一步，介质管安装在夹层51内部，循环介质经进流体管52进入在从出流体管53中流出，不断的循环，可带走准直聚焦头105产生的热量，提高了准直聚焦头105的使用寿命。
进一步，循环介质可以为冷水、变压器油25#或者其他具有降温效果的流体、液体或粘稠状介质。
如图5所示，所述料盘系统3包括料盘32、用于驱动所述料盘32在水平方向转动的料盘旋转装置33、用于驱动所述料盘32沿着Y轴翻转的料盘翻转装置35和料盘框架34；进一步，料盘旋转装置33可以驱动料盘32沿着垂直于料盘32的Z轴在平面上做ZR旋转，料盘翻转装置35可以驱动料盘32沿着Y轴做YR翻转运动，便于更好的焊接；在料盘框架34的前板和后板上均安装有料盘翻转装置35，且料盘框架34的前板和后板均设有竖向通槽341，以便于料盘翻转装置35更好沿着Y轴翻转；料盘32的上表面安装有多功能夹具31，在料盘32上面可以放置工件36，在料盘32的侧面均匀的设置有多个圆孔。
进一步，在料盘旋转装置33的下端安装有料盘旋转装置固定架331，此料盘旋转装置33固定架可以旋转移动。
优选的，所述料盘框架34为方形凹槽体，所述料盘翻转装置35设在所述料盘框架34的一侧。
优选的，所述料盘翻转装置35包括翻转电机351、翻转联轴器352、翻转伸缩元件353；所述翻转电机351的输出端通过所述翻转联轴器352与所述翻转伸缩元件353的固定端连接，所述翻转伸缩元件353的活动端穿过所述料盘框架34的侧板与所述料盘32活动连接。进一步，翻转伸缩元件353的活动端的料盘32的侧板上的圆孔匹配，当料盘32在水平面旋转时翻转伸缩元件353的活动端收缩从料盘32侧板的圆孔内抽离出；当料盘32需要做翻转运动时，翻转伸缩元件353的活动端伸长从料盘框架34的前板和后板上的通槽341内进入料盘32侧板的圆孔内，随后料盘翻转装置35工作带着料盘做翻转运动YR至一定的位置，以便于激光焊接机1有合适的角度焊接。
进一步，在料盘框架34的前板和后板还设置有用于料盘翻转装置35活动的支撑机构。
优选的，如图6所示，所述料盘32上设有多功能夹具31；所述多功能夹具31设有水平伸缩件311和使多功能夹具31沿其支撑点水平旋转的旋转件312。进一步，多功能夹具31还包括用于使夹具上下移动T的升降件313。
进一步，水平伸缩件311可以为手动的，也可以为电动或气动的；
旋转件312和升降件313可以气动的，工作时速度快。
工作原理：
前期工作的点焊固定：对于一些弧形或者球形等立体图形工件，在开始时需要先将其点焊固定起来，随后在放置到料盘上用多功能夹具将其固定；
焊接点定位识别：自动化控制装置中的运动控制卡根据工控机中的设置，通过控制激光焊接机的移动机构使激光焊接机移动到需要焊接的位置，随后手动调整全方位旋转组件使准直聚焦头处于便于焊接的角度和位置；
激光加工：随后运动控制卡控制料盘翻转装置工作，使料盘旋转到合适的角度，使需要焊接的点与此时准直聚焦头和CCD单元相对应，料盘旋转装置固定架与料盘框架的侧板活动连接，以保持料盘不在翻转，随后运动控制卡在通过控制料盘旋转装置使料盘缓慢旋转以便于激光焊接机更好的焊接，同时CCD单元将工件焊接的信息经图像传感器传给工控机的检测程序模块，让其检测焊缝信息，并给出合格或不合格的结果；
取下工件：首先运动控制卡驱动料盘翻转装置工作使料盘回转到原始状态，随后多功能夹具旋转升高旋转，以便于取下工件。
采用上述方案，本发明相对于现有技术的有益效果如下：
(5)、通过自动化控制装置中的工控机和CCD单元配合使用，可以清楚的显示出工件焊缝具体信息，并且将焊缝异常情况进行提取、标记和报警指示；
(6)、通过激光焊接机上安装的全方位旋转组件上的准直聚焦头和料盘系统配合使用，不仅可以焊接平面图形工件，也可以焊接易被遮挡不便于焊接的弧形、球型等不规则的工件，从而解决了传统焊接机不易焊接弧形、球型等工件的问题；
(7)、通过料盘上的多功能夹具可以对不同形状的工件进行固定，从而避免传统的激光焊接机在点焊时需要人工固定工件或者将工件旋转进行点焊而烧伤到人工的情况；
(8)、通过自动化控制装置和监控装置配合使用，可以实时的监控到各设备运行情况，有故障时报警，提高工作效率，减少人工的投入，减少了事故的扩大；
（5）、通过准直聚焦头外壁设置的循环介质降温组件可以实时的对准直聚焦头进行自动降温处理，减少了准直聚焦头产生热量的速度，提高了准直聚焦头的使用寿命；
（6）、通过运动控制卡，实现业内领先的频率随动功能，比功率随动、占空比随动对脉冲焊接的意义更大。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，包括激光焊接机、工作台、料盘系统，其特征在于：还包括控制系统；
所述控制系统包括自动化控制装置和用于监控上述设备工作情况的监控装置；
所述激光焊接机包括设在全方位旋转组件上的准直聚焦头、CCD单元、激光器和使激光焊接机在工作台上沿三轴运动的移动机构；所述激光器通过光纤与所述准直聚焦头相连；所述CCD单元用于对工件的焊缝信息自动识别定位并且将焊缝信息传给自动化控制装置；所述准直聚焦头的外壁设有循环介质降温组件；
所述料盘系统包括料盘、用于驱动所述料盘在水平方向转动的料盘旋转装置、用于驱动所述料盘沿着X轴或者Y轴翻转的料盘翻转装置和料盘框架。
2.根据权利要求1中所述的一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，其特征在于：所述自动化控制装置包括自动化控制模块、自动化控制电路和工控机；所述自动化控制模块通过自动化控制电路与工控机电连接；所述工控机包括用于控制上述设备工作的运动控制卡和用于提取并分析工件焊缝信息的检测程序模块和人机交互界面。
3.根据权利要求2中所述的一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，其特征在于：所述检测程序模块包括图像接收单元、图像预处理单元、图像位置调整单元、目标识别单元、目标提取单元、与标准的焊缝信息进行对比的比照单元、用于将焊缝信息进行储存的目标储存单元、目标异常标记单元和目标异常报警单元。
4.根据权利要求1中所述的一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，其特征在于：所述监控装置包括摄像部分、图像传感器、用于将拍摄后的各设备工作情况图像进行接收并发送的无线收发模块、用于对所述摄像部分和图像传感器进行控制且对视频画面进行处理在分配的控制中心、监视器和报警装置。
5.根据权利要求4中所述的一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，其特征在于：所述控制中心可以为SRD-1671P硬盘录像机。
6.根据权利要求1中任一所述的一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，其特征在于：所述CCD单元包括CCD摄像机、CCD传感器和高亮度检测光源。
7.根据权利要求1中所述的一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，其特征在于：所述循环介质降温组件包括夹层、进流体管、出流体管、电磁阀和循环介质驱动装置；所述进流体管和所述出流体管相通，且均设在夹层内侧，所述循环介质驱动装置通过电磁阀和进流体管将循环介质输送到夹层内，从出流体管输出。
8.根据权利要求1中所述的一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，其特征在于：所述料盘框架为方形凹槽体，所述料盘翻转装置设在所述料盘框架的一侧。
9.根据权利要求1中所述的一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，其特征在于：所述料盘翻转装置包括翻转电机、翻转联轴器、翻转伸缩元件；所述翻转电机的输出端通过所述翻转联轴器与所述翻转伸缩元件的固定端连接，所述翻转伸缩元件的活动端穿过所述料盘框架的侧板与所述料盘活动连接。
10.根据权利要求1中所述的一种基于CCD视觉监控的激光焊接系统，其特征在于：所述料盘上设有多功能夹具；所述多功能夹具设有水平伸缩件和使多功能夹具沿其支撑点水平旋转的旋转件。
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