CN110773841B - 用于焊接的轨迹跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于焊接轨迹跟踪方法，利用单束激光沿焊缝长度方向对焊缝处进行照射，激光束经焊缝及焊缝两侧区域反射至光敏元件上生成相应的电信号，通过运用单点激光三角测量的测定原理，计算出激光发生装置至焊接板材间的距离，并测出整束激光距离的平均值，通过距离的平均值来判断焊接轨迹是否偏移；当焊接轨迹存在偏移时，将信号反馈给焊机上的位置调整机构对焊接轨迹进行调整。本发明是利用测距激光束从焊缝一边向另一边移动时存在高度差导致平均值不同且呈线性变化区间，根据高度差平均值来判断焊接轨迹发生的偏移量，其在测量的过程中不会受到外界光线特别是焊接电弧光强弱的影响，测得的数据稳定可靠，具备焊接跟踪实际应用条件。
Description
技术领域
本发明涉及用于焊接的轨迹跟踪方法，特别涉及了用于焊接轨迹激光跟踪方法。
背景技术
针对MarkⅢ薄膜型LNG船建造，需要对巨量的厚度仅有1.2mm波纹板搭接焊缝实施高精度的自动化焊接，需要一种能够控制精度达到0.1mm以上的高精焊缝跟踪系统。
目前，焊缝跟踪测量是在焊缝进行施焊时对偏移量进行实时检测，然后将焊缝的测量信息传输给焊接执行器，通过纠偏机构调整焊枪或焊缝位置，使两者始终保持合适的相对位置关系。现有的用于焊接的高精度轨迹跟踪方法一般分为两种：接触式和非接触式。其中非接触式常用光学成像法，获得焊缝图像，通过图像分析软件计算焊缝几何特征，得到焊缝位置、宽度、高度等信息。
申请号为CN2012102119266的专利公开了一种用于焊接的轨迹跟踪方法及其装置，其通过单束激光管照射在旋转的多棱镜上，在焊件上形成一道激光束，然后将激光扫描光束的漫反射光通过透镜聚焦到光敏元件上，由光敏元件生成电信号，由于焊缝及焊缝两侧所反射光的强度不同，焊缝处为弱反射光，而焊缝两侧区域则为强反射光，因此光敏元件上生成与反射光的强弱相对应的强弱反射信号；通过对光敏元件所述生成的电信号进行信号处理、比较判断、计算，得到焊缝的宽度、中心位置及高度变化信息。现有的跟踪装置在焊接时由于焊接板材表面或外界的光线特别是焊接的电弧光的影响会大大影响其测量数据的准确度，从而会影响控制精度及稳定性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供用于高精度焊接的轨迹激光跟踪方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：用于焊接的轨迹激光跟踪方法，利用单束激光沿焊缝长度方向对焊接板材的焊缝处进行照射；激光束经焊缝及焊缝两侧区域反射至光敏元件上生成相应的电信号，运用单点激光三角测量的测定原理，计算出激光发生装置至焊接板材间的距离，并计算出单束激光测出距离的平均值为D，若距离平均值D大于激光发生装置到底部板材表面的距离d1与激光发生装置到顶部板材表面的距离d2的算术平均值，即D>(d1+d2)/2则激光束向焊缝轨迹向底部的板材方向即左边偏移；若距离平均值D小于激光发生装置到底部板材表面的距离d1与激光发生装置到顶部板材表面的距离d2的算术平均值，即D>(d1+d2)/2则激光束向焊接轨迹向顶部板材方向偏移即右边偏移；若距离平均值D等于激光发生装置到底部板材表面的距离d1与激光发生装置到顶部板材表面的距离d2的算术平均值，即D＝(d1+d2)/2则激光束中心与焊接缝中心位置无偏移重合；当焊接轨迹存在偏移时，将偏移量及偏移方向信号反馈给焊机上的位置调整机构对焊接轨迹进行调整；由于该方法可以测出很小的偏移量，所以可以实现高精度的控制与跟踪。
作为优选，激光发生装置到底部的焊接板材的距离为d1，激光发生装置到顶部的焊接板材的距离为d2，激光束照射于焊缝及其两侧区域时测出的距离平均值为D；焊缝位置与激光束中心位置的水平偏移量为b,向左偏移时为负值,向右偏移时为正值；激光束的宽度为B；底板与顶板垂直高度差为t；
a.激光束完全照射于底部的焊接板材上时测出的距离平均值为D＝d1；
b.激光束完全照射于顶部的焊接板材上时测出的距离平均值为D＝d2；
c.激光束同时照射于底部与顶部的焊缝边缘高低两侧的焊接板材上时，激光束测出的距离平均值为：D＝(d1+d2)/2-t*b/B，即:b＝[(d1+d2)/2-D]*B/t因此，通过激光束照射于底部与顶部的焊缝边缘高低两侧的焊接板材上测定的距离平均值D就可以确定焊缝的偏移量及偏移方向；
当b＝0时，激光束中心相对焊缝中心在水平方向无偏移D＝(d1+d2)/2；
当b是负值时，激光束中心相对焊缝中心在水平向左偏移；
当b是正值时，激光束中心相对焊缝中心在水平向右偏移
d.焊接轨迹存在偏移时，将信号反馈给焊机上的位置调整机构对焊接轨迹进行调整；
e.由于该方法可以测出很小的偏移量，所以可以实现高精度的控制与跟踪。
作为优选，激光束可以线条分布的激光束(例如线条分布激光束宽度B)，也可以是平面分布激光束(例如平面分布激光束长度A宽度B)。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明是利用单束测距激光在测量板材焊缝有高低落差的边缘时，若从一边向另一边移动时存在高度差平均值不同且呈线性变化区间，因此来判断焊缝位置即通过测量焊接板材与焊缝到激光发射装置的距离之间存在高度差平均值变化，从而得出焊接轨迹是否发生偏移，其在测量的过程中不会受到外界光线强弱特别是焊接电弧光强弱的影响，其测得的数据稳定可靠，具备焊接跟踪实际应用条件，而且简单实用；由于该方法可以测出很小的偏移量，所以可以实现高精度的控制与跟踪。
附图说明
图1为激光束照射到焊缝中心位置时，其反射示意图及对应的距离平均值的示意图(示出激光宽度B)。
图2为激光束照射到焊接板材左边位置时其反射示意图及对应的距离平均值的示意图。
图3为激光束照射到焊接板材偏左位置时其反射示意图及对应的距离平均值的示意图。
图4为激光束照射到焊接板材居中位置时其反射示意图及对应的距离平均值的示意图。
图5为激光束照射到焊接板材偏右位置时其反射示意图及对应的距离平均值的示意图。
图6为激光束照射到焊接板材右边位置时其反射示意图及对应的距离平均值的示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例
用于焊接的轨迹跟踪方法，利用单束激光沿焊缝长度方向对焊接板材的焊缝处进行照射；激光束经焊缝及焊缝两侧区域反射至光敏元件上生成相应的电信号，运用单点激光三角测量的测定原理，计算出激光发生装置至焊接板材间的距离，并计算出单束激光测出距离的平均值为D，若距离平均值D大于激光发生装置到底部板材表面的距离d1与激光发生装置到顶部板材表面的距离d2的算术平均值，即D>(d1+d2)/2则激光束向焊缝轨迹向底部的板材方向即左边偏移；若距离平均值D小于激光发生装置到底部板材表面的距离d1与激光发生装置到顶部板材表面的距离d2的算术平均值，即D>(d1+d2)/2则激光束向焊接轨迹向顶部板材方向偏移即右边偏移；若距离平均值D等于激光发生装置到底部板材表面的距离d1与激光发生装置到顶部板材表面的距离d2的算术平均值，即D＝(d1+d2)/2则激光束中心与焊接缝中心位置无偏移重合；当焊接轨迹存在偏移时，将偏移量及偏移方向信号反馈给焊机上的位置调整机构对焊接轨迹进行调整；由于该方法可以测出很小的偏移量，所以可以实现高精度的控制与跟踪。
作为优选，激光发生装置到底部的焊接板材的距离为d1，激光发生装置到顶部的焊接板材的距离为d2，激光束照射于焊缝及其两侧区域时测出的距离平均值为D；焊缝位置与激光束中心位置的水平偏移量为b,向左偏移时为负值,向右偏移时为正值；激光束的宽度为B；底板与顶板垂直高度差为t；
a.激光束完全照射于底部的焊接板材上时测出的距离平均值为D＝d1；
b.激光束完全照射于顶部的焊接板材上时测出的距离平均值为D＝d2；
c.激光束同时照射于底部与顶部的焊缝边缘高低两侧的焊接板材上时，激光束测出的距离平均值为：D＝(d1+d2)/2-t*b/B，即:b＝[(d1+d2)/2-D]*B/t因此，通过激光束照射于底部与顶部的焊缝边缘高低两侧的焊接板材上测定的距离平均值D就可以确定焊缝的偏移量及偏移方向；
当b＝0时，激光束与焊缝水平无偏移D＝(d1+d2)/2；
当b是负值时，激光束相对焊缝水平向左偏移；
当b是正值时，激光束相对焊缝水平向右偏移；
d.焊接轨迹存在偏移时，将信号反馈给焊机上的位置调整机构对焊接轨迹进行调整；
e.由于该方法可以测出很小的偏移量，所以可以实现高精度的控制与跟踪。
作为优选，激光束可以线条分布的激光束(例如线条分布激光束宽度B)，也可以是平面分布激光束(例如平面分布激光束长度A宽度B)。
具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (2)
1.用于焊接的轨迹跟踪方法，其特征在于：利用单束激光沿焊缝长度方向对焊接板材的焊缝处进行照射；激光束经焊缝及焊缝两侧区域反射至光敏元件上生成相应的电信号，运用单点激光三角测量的测定原理，计算出激光发生装置至焊接板材间的距离，并计算出单束激光测出距离的平均值为D，若距离平均值D大于激光发生装置到底部板材表面的距离d1与激光发生装置到顶部板材表面的距离d2的算术平均值，即D>(d1+d2)/2则激光束中心相对焊缝中心位置，朝底部的板材方向即向左偏移；若距离平均值D小于激光发生装置到底部板材表面的距离d1与激光发生装置到顶部板材表面的距离d2的算术平均值，即D>(d1+d2)/2则激光束中心相对焊缝中心位置，朝顶部板材方向即向右偏移；若距离平均值D等于激光发生装置到底部板材表面的距离d1与激光发生装置到顶部板材表面的距离d2的算术平均值，即D＝(d1+d2)/2则激光束中心与焊接缝中心位置无偏移重合；当焊接轨迹存在偏移时，将偏移量及偏移方向信号反馈给焊机上的位置调整机构对焊接轨迹进行调整。
2.根据权利要求1所述的用于焊接的轨迹跟踪方法，其特征在于，激光发生装置到底部的焊接板材的距离为d1，激光发生装置到顶部的焊接板材的距离为d2，激光束照射于焊缝及其两侧区域时测出的距离平均值为D；焊缝位置与激光束中心位置的水平方向偏移量为b,向左偏移时b为负值,向右偏移时b为正值；激光束的分布宽度为B；底板与顶板垂直高度差为t；
a.激光束完全照射于底部的焊接板材上时测出的距离平均值为D＝d1；
b.激光束完全照射于顶部的焊接板材上时测出的距离平均值为D＝d2；
c.激光束同时照射于底部与顶部的焊缝边缘高低两侧的焊接板材上时，激光束测出的距离平均值为：D＝(d1+d2)/2-t*b/B，即:b＝[(d1+d2)/2-D]*B/t
当b＝0时，激光束中心相对焊缝中心在水平方向无偏移D＝(d1+d2)/2；
当b是负值时，激光束中心相对焊缝中心在水平向左偏移；
当b是正值时，激光束中心相对焊缝中心在水平向右偏移；
因此，通过激光束照射于焊缝中心高低两侧的焊接板材上，测定出距离平均值D就可以确定焊缝的偏移量及偏移方向；
d.焊接轨迹存在偏移时，将偏移量及偏移方向信号反馈给焊机上的位置调整机构对焊接轨迹进行调整。
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