CN110385548A - 实时跟踪焊缝的摆动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实时跟踪焊缝的摆动控制方法，包括如下步骤：利用红外激光射线来获取坡口的特征信息；通过摄像头捕捉特征信息来确定焊缝左右极限坐标值；实时地将左右极限坐标值传输给控制器；对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号；基于控制执行机构的驱动信号来控制执行机构。本发明的摆动控制方法能够实现焊缝的实时焊接跟踪的效果，解决了工人在恶劣环境下焊接的问题，大幅度提高了焊接的效率和焊接的质量，极大降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及自动焊接领域，特别涉及一种实时跟踪焊缝的摆动控制方法。
背景技术
近年，随着焊接自动化的发展，越来越多的大型焊接结构需要实现自动焊接。无导轨全位置爬行机器人有着独特的竞争优势，无导轨全位置爬行机器人的出现使大型结构件的自动化焊接成为了可能。
然而，在实际焊机工作中，焊接的坡口并不是等宽和完全标准的。在焊接过程中由于热变形的缘故，未焊的坡口受热变形会往里收缩。坡口在焊接过程中一直在变化，而现有技术只是对焊缝中心进行跟踪，采用固定输入参数和人工调节参数的共同调节来实现对焊缝的跟踪，不能及时和完全跟踪焊接，导致焊接工艺问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实时跟踪焊缝的摆动控制方法，从而克服现有技术的仅对焊缝中心进行跟踪，不能及时和完全跟踪焊接过程的缺点。
本发明提供了一种实时跟踪焊缝的摆动控制方法，包括如下步骤：利用红外激光射线来获取坡口的特征信息；通过摄像头捕捉特征信息来确定焊缝左右极限坐标值；实时地将左右极限坐标值传输给控制器；对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号；以及基于控制执行机构的驱动信号来控制执行机构。
优选地，上述技术方案中，坡口的特征信息包括以下各项中的一项或多项：根焊时的特征信息、一次填充时的特征信息、二次填充时的特征信息以及盖面时的特征信息。
优选地，上述技术方案中，对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号包括：对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中点坐标；以当前中点坐标与上一循环解析得到的中点坐标进行比较来解析焊缝的左右偏移量；以及将左右偏移量实时赋值给控制器中的相应的变量以得到控制执行机构的驱动信号。
优选地，上述技术方案中，如果变量没有发生改变，则按照当前变量对应的参数执行控制方法；如果变量发生改变，则执行机构将对变量发生改变进行响应。
本发明还提供了一种实时跟踪焊缝的摆动控制装置，包括：用于利用红外激光射线来获取坡口的特征信息的单元；用于通过摄像头捕捉特征信息来确定焊缝左右极限坐标值的单元；用于实时地将左右极限坐标值进行传输的单元；用于对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号的单元；以及用于基于控制执行机构的驱动信号来控制执行机构的单元。
优选地，上述技术方案中，坡口的特征信息包括以下各项中的一项或多项：根焊时的特征信息、一次填充时的特征信息、二次填充时的特征信息以及盖面时的特征信息。
优选地，上述技术方案中，用于对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号的单元包括：用于对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中点坐标的单元；用于以当前中点坐标与上一循环解析得到的中点坐标进行比较来解析焊缝的左右偏移量的单元；以及用于将左右偏移量实时赋值给控制器中的相应的变量以得到控制执行机构的驱动信号的单元。
优选地，上述技术方案中，如果变量没有发生改变，则按照当前变量对应的参数执行控制装置；如果变量发生改变，则执行机构将对变量发生改变进行响应。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供了一种无导轨全位置爬行焊接机器人实时跟踪焊缝的摆动控制方法，该摆动控制方法主要运用于石油管道、船舶、储罐、油罐、大型结构件等工程，通过激光测距原理、滤光系统和图像识别技术相结合来实现对焊缝信息的实时抓捕，焊缝左右极点坐标实时回传到焊接摆动系统中，以达到对焊缝的实时焊接跟踪的效果。解决了工人在恶劣环境下焊接的问题，大幅度提高了焊接的效率和焊接的质量，极大降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的方法的流程图。
图2是本发明的一个实施例的基于图像处理的坡口宽度识别示意图。
图3是本发明的一个实施例的系统整体控制绕图。
图4是本发明的一个实施例的摆动控制器控制的原理图。
图5是本发明的一个实施例的实时跟踪焊缝的摆动控制装置的系统方块图。
具体实施方式
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1是本发明的一个实施例的方法的流程图，本发明的方法包括如下步骤：步骤101：利用红外激光射线来获取坡口的特征信息；步骤102：通过摄像头捕捉特征信息来确定焊缝左右极限坐标值；步骤103：实时地将左右极限坐标值传输给控制器；步骤104：对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号；步骤105：基于控制执行机构的驱动信号来控制执行机构。对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号包括：对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中点坐标；以当前中点坐标与上一循环解析得到的中点坐标进行比较来解析焊缝的左右偏移量；将左右偏移量实时赋值给控制器中的相应的变量以得到控制执行机构的驱动信号。
根据本发明的另一实施例，本发明还提供了一种实时跟踪焊缝的摆动控制装置，控制装置包括：用于利用红外激光射线来获取坡口的特征信息的单元；用于通过摄像头捕捉特征信息来确定焊缝左右极限坐标值的单元；用于实时地将左右极限坐标值进行传输的单元；用于对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号的单元；用于基于控制执行机构的驱动信号来控制执行机构的单元。
图2是本发明的一个实施例的基于图像处理的坡口宽度识别示意图。其中，焊件5上有一坡口4，附图标记9代表一字激光射线照射在焊件表面的特征线，第一左右坐标点6来确定根焊时的焊缝宽度1。第二左右坐标点7来确定填充时的焊缝宽度2。第三左右坐标点8确定盖面时的焊缝宽度3。本发明通过一字激光摄像对焊件进行实时扫描，整个过程是连续的，不管焊件焊缝的宽度如何变化，图像依然能抓取到缝宽的两边坐标值。实际焊接过程中，由于焊件厚度不一样，填充过程可能发生多次，利用本发明的方法，多次的填充不会影响对缝宽坐标的抓取，本发明的方法能够实现多层次坐标抓取，实时反馈位置坐标信息。
图3是本发明的一个实施例的系统整体控制绕图。本发明的一个实施例的控制过程为：激光测距传感器传送图像信息给工控机，工控机处理传送过来的图像，并把处理得到的位置坐标值传给控制器，控制器把传来的坐标值解析后生成驱动信号给到驱动器，让执行机构循环执行摆动动作。
控制解析传来的坐标值来确定焊缝宽度和焊缝中心的方法如下：S = X2 – X1，其中S代表焊缝宽度，X1代表焊缝左极限坐标点，X2代表焊缝右极限坐标点，X2值大于X1的值。P = X1 +（X2 – X1）/ 2，其中P代表焊缝中心点坐标，X1代表焊缝左极限坐标点，X2代表焊缝右极限坐标点。其中利用解析出来的焊缝宽度来确定焊接摆动时的摆幅，焊缝中点来确定焊接摆动时的摆幅中点。焊缝宽度S和焊缝中心点P是实时变化的，以相对位置跟踪法实现焊缝宽度和焊缝中心点的实时跟踪。
具体的跟踪实现方法：控制器上电初始化时，通过读取位置传感器当前位置信息来实现位置的归零。焊枪在归零位置与激光测距传感器机械位置中心点在同一条垂直线上。当前焊缝中心点坐标值与上一次焊缝中心点坐标值做差值，差值大于零时，中心点向右移动差值个距离，差值小于零时，中心点向左移动差值个距离，由此实现对焊缝中心的实时跟踪。
图4是本发明的一个实施例的摆动控制器控制的原理图。在图4所示的实施例中，摆幅/4代表将摆幅均分成4份，中间停顿代表摆臂摆动在中间时停顿的时间，右移距离代表焊缝中心点右偏的距离，右停顿代表摆臂摆动在右边停顿的时间，左移距离代表焊缝中心点左边的距离，左停顿代表摆臂摆动在左边停顿的时间。控制逻辑从中间停顿开始，最后再回到中间停顿，每一个控制环节都是一个变量，每个变量都可以实时更改。
图5是本发明的一个实施例的实时跟踪焊缝的摆动控制装置的系统方块图。如图5所示，实时跟踪焊缝的摆动控制装置501包括：用于利用红外激光射线来获取坡口的特征信息的单元503；用于通过摄像头捕捉特征信息来确定焊缝左右极限坐标值的单元504；用于实时地将左右极限坐标值进行传输的单元505；用于对左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号的单元506；用于基于控制执行机构的驱动信号来控制执行机构的单元507。如果上述单元硬件方式实现，则上述单元可以由总线502相互连接起来。上述单元也可由软件方式实现。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (4)
1.一种实时跟踪焊缝的摆动控制方法，其特征在于，所述摆动控制方法包括如下步骤：
利用红外激光射线来获取坡口的特征信息；
通过摄像头捕捉所述特征信息来确定焊缝左右极限坐标值；
实时地将所述左右极限坐标值传输给控制器；
对所述左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对所述焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号；以及
基于所述控制执行机构的驱动信号来控制所述执行机构。
2.根据权利要求1所述的摆动控制方法，其特征在于，所述坡口的特征信息包括以下各项中的一项或多项：根焊时的特征信息、一次填充时的特征信息、二次填充时的特征信息以及盖面时的特征信息。
3.根据权利要求1所述的摆动控制方法，其特征在于，所述对所述左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中心点信息，并对所述焊缝的宽度和焊缝的中心点信息进行转换，以形成控制执行机构的驱动信号包括：
对所述左右极限坐标值进行解析，以得到焊缝的宽度和焊缝的中点坐标；
以当前中点坐标与上一循环解析得到的中点坐标进行比较来解析焊缝的左右偏移量；以及
将所述左右偏移量实时赋值给所述控制器中的相应的变量以得到所述控制执行机构的驱动信号。
4.根据权利要求3所述的摆动控制方法，其特征在于，
如果所述变量没有发生改变，则按照当前变量对应的参数执行所述控制方法；
如果所述变量发生改变，则所述执行机构将对所述变量发生改变进行响应。
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