CN109128540B - 一种t型接头激光焊接焦点轨迹确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种T型接头激光焊接焦点轨迹确定方法。该方法所用装置包括激光焊接装置、待焊工件、激光焦点获取装置、控制系统，首先标定相机与激光焊接头的位置关系，然后把路径规划信息导入控制系统；控制系统根据激光头距离待焊位置的距离与焦距f0进行比较；计算出激光焊接执行端与待焊T型接头底板和筋板的位置基准，确定焊接执行端的姿态信息，并与T型接头激光焊接工艺要求比较，并发出运动指令或调整指令给机器人，直到焦距和姿态满足焊接工艺要求后，系统记录坐标信息并运动到下一个示教位置，重复并确定轨迹。本发明提出了一种激光焊接焦点轨迹可视化定位方法，解决T型接头激光焊接过程中焦点定位精度低和效率低等问题。

Description

一种T型接头激光焊接焦点轨迹确定方法
技术领域
本发明涉及激光焊接领域，具体地说是一种T型接头激光焊接焦点轨迹确定方法。
背景技术
激光焊接焦点自动、精确寻位技术一直是机器人焊接自动化技术研究的热点和难点，也是焊接界工作者致力研究的重要课题。激光焊接寻位，主要是通过检测焊枪与焊缝的相对位置，进而对理论焊接路径进行修正，从而保证激光焊接质量的高可靠和焊接过程的高效率。激光焊接焦点自动精确寻位有利于实现焊接数字化、智能化制造模式，为企业提升市场竞争力，是未来发展的趋势所在。
整体带筋壁板是飞机等飞行器结构的重要部件之一，且具有广阔的应用前景。带筋壁板制造的主要制造方法为激光焊接，目前空客公司已经将铝合金飞机带筋壁板激光焊接制造技术成功应用于大型客机。带筋壁板的典型结构形式为T型接头，因此，带筋壁板制造的主要工序之一即为T型接头的激光焊接。T型接头激光焊接过程中，确定激光焊接焦点位置是保证焊接质量的重要前提，是激光焊接必不可少的工序。在确保T型接头焊缝质量的前提下，提高T型接头激光焊接焦点寻位的智能化水平是提升T型接头焊接焊缝质量和效率的关键所在。
目前激光焊接焦点寻位技术主要分为两类，一种是通过接触式传感器(如Sansonic和安川)获得激光焊接枪与焊缝相对位置和焊接环境信息，实现对焊接焦点位置的确定，但是这种方法存在精度低，易引起激光焊接过程焦点位置不稳定，从而导致焊缝内部质量问题；另外一种通过激光扫描跟踪传感器寻找焊缝位置，这种类型的传感器存在寻位速度慢、结构复杂、价格昂贵等问题，且存在激光信息量少和本身固有的“盲点”现象。
发明内容
本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种T型接头激光焊接焦点轨迹确定方法。该方法能解决薄板T型接头激光焊接焦点寻位精度差、效率低等问题，提高T型接头激光焊接过程焦点位置定位精度和效率，提升T型接头激光焊接过程稳定性和焊缝质量。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种T型接头激光焊接焦点轨迹确定装置，包括激光焊接装置、待焊工件、激光焦点获取装置、控制系统，其中
所述激光焦点获取装置包括第一相机、第二相机；
所述激光焊接装置包括激光焊接头、机器人、激光器，所述机器人在控制系统的控制下，带动激光焊接头按照设定的路径行进；
所述控制系统与激光焊接装置、激光焦点获取装置相连，控制系统接收第一相机、第二相机的信息，并向机器人运动指令或调整指令。
作为优选，所述第一相机为长焦相机。
作为优选，所述第二相机为广角相机。
一种T型接头激光焊接焦点轨迹确定方法，采用上述设备进行确定，包括以下步骤：
步骤一，设备准备，将激光焊接装置、待焊工件、激光焦点获取装置、控制系统就位并连接；
步骤二，标定第一相机与激光焊接头的位置关系，使待焊工件表面位于第一相机的景深范围内；
步骤三，根据待焊工件、T型接头的参数，进行激光焊接路径规划，并把路径规划信息导入控制系统；
步骤四，机器人根据路径信息运动到路径上的第一点，此时第一相机采集红光光斑图像并发送到控制系统，第二相机采集焊接区域的局部空间位置信息并发送到控制系统；
步骤五，控制系统根据第一相机采集数据，分析红光光斑几何尺寸确定激光头距离待焊位置的距离，并与焦距f0进行比较；控制系统处理第二相机和第一相机捕获图像数据，计算出激光焊接执行端与待焊T型接头底板和筋板的位置基准，确定焊接执行端的姿态信息，并与T型接头激光焊接工艺要求比较，如果激光焦点距离和焊接执行端姿态满足激光焊接工艺要求，则系统记录下待焊点的空间坐标信息，并发出运动指令让机器人运动下一个示教位置；如激光焦点距离和焊接执行端姿态不满足激光焊接工艺要求，则控制系统根据比较结果发出焦距和执行端调整指令给机器人，调整后重复该过程，直到焦距和姿态满足焊接工艺要求后，系统记录坐标信息并运动到下一个示教位置；调整后重复该过程，直到焦距和姿态满足焊接工艺要求后，系统记录坐标信息并运动到下一个示教位置；
步骤六，重复步骤五得到T型接头激光焊接焦点轨迹。
作为优选，上述焊接执行端的姿态信息包括送丝、保护气及第一相机分别与T型接头底板的夹角，及焊丝、保护气、相机分别与入射激光的夹角。
本发明的有益效果是：
(1)根据焊前示教过程中，红光在待焊工件上的光斑几何尺寸随距离变化而变化，项目提出通过相机采集工件上红光光斑图像，并根据捕获图像上光斑几何尺寸大小确定激光焊接执行端与待焊工件之间距离。
(2)项目通过在激光焊接执行端上安装两个不同类型的相机，获取在示教过程中示教位置附近区域的T型接头底板和筋板空间位置图像信息，通过图像处理确定焊接执行端的姿态和执行端在示教位置的定位基准。
(3)项目提出的T型接头激光焊接焦点获取装置具有自己的控制系统，可以适时处理相机采集图像信息，判断焦点距离和焊接执行端姿态是否满足焊接工艺要求，根据判断结果发出动作指令给焊接执行系统(机器人)进行调整，并记录调整后的激光焊接示教焦点位置信息。
综上，本项目提出基于视觉的T型接头激光焊接焦点轨迹精确定位方法，即利用相机采集激光焊接末端执行器与待焊位置的图像数据，通过图像处理软件适时分析确定激光焊接末端执行器与待焊T型接头的相对位置关系，控制系统给予图像处理软件计算结果和激光焊接工艺要求，发出动作指令给机器人，对焊接离线轨迹进行修正，最终获得精确的T型接头激光焊接焦点轨迹。为提高T型接头激光焊接过程稳定性、焊缝内部质量及焊接效率提供技术基础。本发明提出了一种激光焊接焦点轨迹可视化定位方法，解决T型接头激光焊接过程中焦点定位精度低和效率低等问题。采用工业相机和显示系统解决了焊接焦点可视化问题，根据不同焦距下成像特点，实现了焊接焦点轨迹的精确寻位，对于提高T型接头激光焊接焦点寻位效率和定位精度具有很大的工业应用价值。此外，激光焊接焦点轨迹可视化装置的开发对于实现激光焊接自动化、智能化具有重要意义。
附图说明
图1是本发明中激光焊接焦点轨迹确定流程原理示意图；
图2a是本发明中焊接过程中相关装置位置结构示意图；
图2b是图2a中送丝、保护气及第一相机与T型接头底板的夹角；
图2c是图2a中装置中焊丝、保护气、相机与入射激光的相对位置关系；
图3a是第一相机与激光焊接头标定位置关系；
图3b是与图3a相关的相机镜头景深示意图；
图4是本发明中T型接头激光焊接焦点轨迹确定装置各部件的连接原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作以详细说明。
如图1、图2a、图2b、图2c、图3a、图3b、图4所示，一种T型接头激光焊接焦点轨迹确定装置，包括激光焊接装置、待焊工件、激光焦点获取装置、控制系统，其中
所述激光焦点获取装置包括第一相机、第二相机；
所述激光焊接装置包括激光焊接头、机器人、激光器，所述机器人在控制系统的控制下，带动激光焊接头按照设定的路径行进；
所述控制系统与激光焊接装置、激光焦点获取装置相连，控制系统接收第一相机、第二相机的信息，并向机器人运动指令或调整指令。
作为优选，所述第一相机可以为长焦相机。作为优选，所述第二相机可以为广角相机。
图1是本发明中图3激光焊接焦点轨迹确定流程原理示意图；图4是本发明中T型接头激光焊接焦点轨迹确定装置各部件的连接原理示意图。
本发明中一种T型接头激光焊接焦点轨迹确定方法，采用上述设备进行确定，包括以下步骤：
步骤一，设备准备，将激光焊接装置、待焊工件、激光焦点获取装置、控制系统就位并连接；
步骤二，标定第一相机与激光焊接头的位置关系，使待焊工件表面位于第一相机的景深范围内；
步骤三，根据待焊工件、T型接头的参数，进行激光焊接路径规划，并把路径规划信息导入控制系统；
步骤四，机器人根据路径信息运动到路径上的第一点，此时第一相机采集红光光斑图像并发送到控制系统，第二相机采集焊接区域的局部空间位置信息并发送到控制系统；
步骤五，控制系统根据第一相机采集数据，分析红光光斑几何尺寸确定激光头距离待焊位置的距离，并与焦距f0进行比较；控制系统处理第二相机和第一相机捕获图像数据，计算出激光焊接执行端与待焊T型接头底板和筋板的位置基准，确定焊接执行端的姿态信息，并与T型接头激光焊接工艺要求比较，如果激光焦点距离和焊接执行端姿态满足激光焊接工艺要求，则系统记录下待焊点的空间坐标信息，并发出运动指令让机器人运动下一个示教位置；如激光焦点距离和焊接执行端姿态不满足激光焊接工艺要求，则控制系统根据比较结果发出焦距和执行端调整指令给机器人，调整后重复该过程，直到焦距和姿态满足焊接工艺要求后，系统记录坐标信息并运动到下一个示教位置；调整后重复该过程，直到焦距和姿态满足焊接工艺要求后，系统记录坐标信息并运动到下一个示教位置；
步骤六，重复步骤五得到T型接头激光焊接焦点轨迹。
图2a图2b及图2c显示了上面所述焊接执行端姿态信息，焊接过程中，激光、焊丝、保护气在同一位置平面内，图2b中各个角度均是与焊缝所在直线(焊接位置圆弧切线(焊缝为曲线时))的夹角，比如，β1为保护气管与水焊缝所在直线的夹角，β2为焊丝与焊缝所在直线的夹角，β3为第一相机与焊缝所在直线的夹角)
作为优选，上述焊接执行端的姿态信息包括送丝、保护气及第一相机分别与T型接头底板的夹角，及焊丝、保护气、相机分别与入射激光的夹角。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种T型接头激光焊接焦点轨迹确定方法，包括以下步骤：
步骤一，设备准备，设备包括激光焊接装置、待焊工件、激光焦点获取装置、控制系统，其中所述激光焦点获取装置包括第一相机、第二相机，所述激光焊接装置包括激光焊接头、机器人、激光器，所述机器人在控制系统的控制下，带动激光焊接头按照设定的路径行进，所述控制系统与激光焊接装置、激光焦点获取装置相连，控制系统接收第一相机、第二相机的信息，并向机器人运动指令或调整指令；将上述激光焊接装置、待焊工件、激光焦点获取装置、控制系统就位并连接；
步骤二，标定第一相机与激光焊接头的位置关系，使待焊工件表面位于第一相机的景深范围内；
步骤三，根据待焊工件、T型接头的参数，进行激光焊接路径规划，并把路径规划信息导入控制系统；
步骤四，机器人根据路径信息运动到路径上的第一点，此时第一相机采集红光光斑图像并发送到控制系统，第二相机采集焊接区域的局部空间位置信息并发送到控制系统；
步骤五，控制系统根据第一相机采集数据，分析红光光斑几何尺寸确定激光头距离待焊位置的距离，并与焦距f0进行比较；控制系统处理第二相机和第一相机捕获图像数据，计算出激光焊接执行端与待焊T型接头底板和筋板的位置基准，确定焊接执行端的姿态信息，并与T型接头激光焊接工艺要求比较，如果激光焦点距离和焊接执行端姿态满足激光焊接工艺要求，则系统记录下待焊点的空间坐标信息，并发出运动指令让机器人运动下一个示教位置；如激光焦点距离和焊接执行端姿态不满足激光焊接工艺要求，则控制系统根据比较结果发出焦距和执行端调整指令给机器人，调整后重复该过程，直到焦距和姿态满足焊接工艺要求后，系统记录坐标信息并运动到下一个示教位置；调整后重复该过程，直到焦距和姿态满足焊接工艺要求后，系统记录坐标信息并运动到下一个示教位置；
步骤六，重复步骤五得到T型接头激光焊接焦点轨迹。
2.根据权利要求1所述的T型接头激光焊接焦点轨迹确定方法，其特征在于所述焊接执行端的姿态信息包括送丝、保护气及第一相机分别与T型接头底板的夹角，及焊丝、保护气、第一相机、第二相机分别与入射激光的夹角。
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