CN110153602A - 一种多方向激光视觉跟踪装置及其跟踪和控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多方向激光视觉跟踪装置及其跟踪和控制的方法，该装置包括激光视觉传感器、异型焊枪、计算机控制系统；激光视觉传感器安装在机械手末端，异型焊枪安装在激光视觉传感器中心下端。其中激光视觉传感器包括法兰架、四个摄像机、三个激光器、集成管线，四个摄像机均布在焊枪上端周围，其中第一至第三摄像机分别与第一至第三激光器成对安装在法兰架斜对侧，分别测量跟踪前、后、侧面焊缝；第四个摄像机布置在另一个方向，用于观察监视焊缝，多方向激光视觉跟踪器可实现对交叉焊缝测量跟踪，实现纵、横、立三方向焊缝的切换跟踪。解决了钢板井字形结构、波纹板等复杂结构由于空间限制及起始端和末端容易干涉的交叉焊缝的焊接。

Description

一种多方向激光视觉跟踪装置及其跟踪和控制的方法

技术领域

本发明涉及一种焊接设备，特别是涉及一种多方向激光视觉跟踪装置及其跟踪和控制的方法。

背景技术

目前视觉识别焊缝自动跟踪焊接已经应用到造船、海洋工程、钢结构桥梁、钢结构建筑、集装箱、化工机械和起重机械等重型机械的行业，但在焊接井字形结构的拼接钢板时由于零件较大、结构复杂，视觉跟踪设备自身结构限制，造成在平角焊转立角焊的焊接过程中焊接机器人与被焊件存在干涉情况，特别是焊缝的起始和末端，导致部分位置无法识别、跟踪和焊接。

发明内容

为了克服上述技术的不足，本发明提供了一种多方向激光视觉跟踪装置，能够实现井字形结构和波纹板结构的交叉角焊缝和曲线角焊缝自动识别跟踪焊接。

本发明还提供了一种上述多方向激光视觉跟踪装置的跟踪和控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多方向激光视觉跟踪装置包括激光视觉传感器、异型焊枪和计算机控制系统；激光视觉传感器安装于关节臂机器人机械手末端；激光视觉传感器包括法兰架、第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机、第四摄像机、第一激光器、第二激光器、第三激光器、集成管线、异型焊枪，法兰架与机械手相连接，第一摄像机设置在法兰架的右侧，第二摄像机设置在法兰架的前侧，第三摄像机设置在法兰架的左侧，第四摄像机设置在法兰架的后侧，第一激光器设置在第四摄像机的左侧，第二激光器设置在第三摄像机的后侧，第三激光器设置在第四摄像机的右侧，集成管线设置在第四摄像机的外侧，与所有激光器和摄像机相连，作为气路的进气端，起到供气降温的作用。第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机、第四摄像机和第一激光器、第二激光器、第三激光器均采用模块化设计，可根据需求独立安装或更换，且激光器发出的激光为线激光，采用多个激光器布置，避免异型焊枪遮挡激光线；异型焊枪具体设置在法兰架的中心下端。

一种多方向激光视觉跟踪装置的跟踪和控制方法：

a）XY平面上平角焊缝跟踪焊接，计算机控制系统读取工件图，获取工件结构和焊缝起始和末端位置的理论数据，对于焊缝两端存在横向交叉焊缝的情况，第一激光器从焊缝的中点附近向前方端点进行扫描，由第一摄像机采集第一激光器扫描的图像信息，控制异型焊枪跟踪并焊接，焊接到焊缝的端点；第三激光器移动到焊缝的中点附近向后方端点进行扫描，由第三摄像机采集第三激光器扫描的图像信息，控制异型焊枪跟踪并焊接，焊接到焊缝的另一端点；第四摄像机在焊接全程观察和监视焊缝，供操作者实时查看；

b）XZ、YZ平面相交的立角焊缝跟踪焊接，在水平面平角焊缝焊缝到末端时，使用第一激光器扫描到端点处立角焊缝，第一摄像机识别到垂直立角焊缝下端起始点及其附近的立角焊缝，控制异型焊枪调整姿态使焊枪到达立角焊缝时处于针对立角焊缝焊接的合适角度，此时第二激光器和第二摄像机随焊枪转换姿态处于立角焊缝信息采集状态，根据采集的焊缝信息，进行跟踪纠偏自动焊接，直至焊缝末端，同样，另一端平角焊缝转立角焊缝过程的跟踪由第三激光器和第三摄像机检测到立角焊缝起点，然后控制焊枪调整姿态，第二激光器和第二摄像机随焊枪转换姿态进行立角焊缝的跟踪，第四摄像机在焊接全程观察和监视焊缝，供操作者实时查看。

与现有技术相比，本发明的有益效果是可跟踪多方向交叉或弯曲焊缝进行连续焊接，特别是在起始端和末端有方向切换焊缝的焊接。每条焊缝跟踪的摄像机与激光器为独立模块，可根据需求增减或更换；焊接过程激光视觉传感器距离焊缝远，减少飞溅及干涉情况；激光视觉传感器中的每一对激光器与摄像机布置在异型焊枪中心两侧，整体结构小，可避免焊缝起始端和末端与工件干涉无法自动跟踪焊接，增大焊达率。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明工件结构及坐标示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种多方向激光视觉跟踪装置包括异型焊枪1、激光视觉传感器2和计算机控制系统；所述激光视觉传感器2安装于机械手末端，异型焊枪1设置在激光视觉传感器2的中心下端；所述激光视觉传感器2包括法兰架201、第一摄像机202、第四摄像机203、第三激光器204、集成管线205、第一激光器206、第二激光器207、第三摄像机208、第二摄像机209，法兰架201与机械手相连接，第一摄像机202设置在法兰架201的右侧，第二摄像机209设置在法兰架201的前侧，第三摄像机208设置在法兰架201的左侧，第四摄像机203设置在法兰架201的后侧，第一激光器206设置在第四摄像机203的左侧，第二激光器207设置在第三摄像机208的后侧，第三激光器204设置在第四摄像机203的右侧，集成管线205设置在第四摄像机203的外侧，与所有激光器和摄像机相连，作为气路的进气端，起到供气降温的作用，所有激光器和摄像机均采用模块化设计，可根据需求增减或更换，且激光器发出的激光为线激光，采用多个激光器布置，避免异型焊枪1遮挡激光线；异型焊枪1具体设置在法兰架201的中心下端。

如图1、2所示，一种多方向激光视觉跟踪装置的跟踪和控制方法：

a）XY平面上平角焊缝跟踪焊接，计算机控制系统读取工件图，获取工件结构和焊缝起始及末端位置的理论数据，对于焊缝两端存在横向交叉焊缝的情况，第一激光器206从焊缝的中点附近向前方端点进行扫描，由第一摄像机202采集第一激光器206扫描的图像信息，控制异型焊枪1跟踪并焊接，焊接到焊缝的端点；第三激光器204移动到焊缝的中点附近向后方端点进行扫描，由第三摄像机208采集第三激光器204扫描的图像信息，控制异型焊枪1跟踪并焊接，焊接到焊缝的另一端点；第四摄像机203在焊接全程观察和监视焊缝，供操作者实时查看；

b）XZ、YZ平面相交的立角焊缝跟踪焊接，在水平面平角焊缝焊缝到末端时，使用第一激光器206扫描到端点处立角焊缝，第一摄像机202识别到垂直立角焊缝下端起始点及其附近的立角焊缝，控制异型焊枪1调整姿态使焊枪到达立角焊缝时处于针对立角焊缝焊接的合适角度，此时第二激光器207和第二摄像机209随焊枪转换姿态处于立角焊缝信息采集状态，根据采集的焊缝信息，进行跟踪纠偏自动焊接，直至焊缝末端，同样，另一端平角焊缝转立角焊缝过程的跟踪由第三激光器204和第三摄像机208检测到立角焊缝起点，然后控制焊枪调整姿态，第二激光器207和第二摄像机209随焊枪转换姿态进行立角焊缝的跟踪，第四摄像机203在焊接全程观察和监视焊缝，供操作者实时查看。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及发明优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述只是说明本发明的原理。除上述实施例外，本发明还可以由其他实施方式，凡采用等同替换或等效变形的技术方案，均都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (4)

1.一种多方向激光视觉跟踪装置，包括：激光视觉传感器、异型焊枪和计算机控制系统；其特征在于：所述激光视觉传感器安装于机械手末端，所述异型焊枪设置在激光视觉传感器的中心下端；

所述激光视觉传感器包括法兰架、第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机、第四摄像机、第一激光器、第二激光器、第三激光器、集成管线、异型焊枪，法兰架与机械手相连接，第一摄像机设置在法兰架的右侧，第二摄像机设置在法兰架的前侧，第三摄像机设置在法兰架的左侧，第四摄像机设置在法兰架的后侧，第一激光器设置在第四摄像机的左侧，第二激光器设置在第三摄像机的后侧，第三激光器设置在第四摄像机的右侧，集成管线设置在第四摄像机的外侧，与所有激光器和摄像机相连，作为气路的进气端。

2.根据权利要求1所述的一种多方向激光视觉跟踪装置，其特征在于：第一摄像机、第二摄像机、第三摄像机和第四摄像机均采用模块化设计，可根据需求独立存在或更换。

3.根据权利要求1所述的一种多方向激光视觉跟踪装置，其特征在于：第一激光器、第三激光器和第二激光器均采用模块化设计，可根据需求独立存在或更换。

4.根据权利要求1-3任意一种多方向激光视觉跟踪装置的跟踪和控制方法：

a）XY平面上平角焊缝跟踪焊接，计算机控制系统读取工件图，获取工件结构和焊缝起始和末端位置的理论数据，对于焊缝两端存在横向交叉焊缝的情况，第一激光器从焊缝的中点附近向前方端点进行扫描，由第一摄像机采集第一激光器扫描的图像信息，控制异型焊枪跟踪并焊接，焊接到焊缝的端点；第三激光器移动到焊缝的中点附近向后方端点进行扫描，由第三摄像机采集第三激光器扫描的图像信息，控制异型焊枪跟踪并焊接，焊接到焊缝的另一端点；第四摄像机在焊接全程观察和监视焊缝，供操作者实时查看；

b）XZ、YZ平面相交的立角焊缝跟踪焊接，在水平面平角焊缝焊缝到末端时，使用第一激光器扫描到端点处立角焊缝，第一摄像机识别到垂直立角焊缝下端起始点及其附近的立角焊缝，控制异型焊枪调整姿态使焊枪到达立角焊缝时处于针对立角焊缝焊接的合适角度，此时第二激光器和第二摄像机随焊枪转换姿态处于立角焊缝信息采集状态，根据采集的焊缝信息，进行跟踪纠偏自动焊接，直至焊缝末端，同样，另一端平角焊缝转立角焊缝过程的跟踪由第三激光器和第三摄像机检测到立角焊缝起点，然后控制焊枪调整姿态，第二激光器和第二摄像机随焊枪转换姿态进行立角焊缝的跟踪，第四摄像机在焊接全程观察和监视焊缝，供操作者实时查看。