CN111482696B - 一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，包括机械臂，在机械臂的端部设有搅拌头，用于对作业面焊缝进行搅拌摩擦焊，所述搅拌头连接有一个双激光测量头模组；所述双激光测量头模组包括第一激光测量头、第二激光测量头和调平行装置，所述第一激光测量头及所述第二激光测量头发出的激光列的方向相互平行，所述第一激光测量头及所述第二激光测量头所在平面与搅拌头垂直。本发明可以实现对于搅拌摩擦焊窄焊缝的位置跟踪、搅拌头与焊件表面高度和垂直度的高速和高精度测量，抗干扰能力强、结构简单可靠。

Description

一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统
技术领域
本发明涉及一种用于机器人搅拌摩擦焊领域的搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统。
背景技术
随着焊缝跟踪相关技术的发展，已出现多种传感器类型和检测方法，其中接触式传感器、电弧传感器、超声传感器和光学传感器应用较为普遍。因搅拌摩擦焊焊缝间隙很小，需要有能检测微间隙(0.1毫米)的检测精度，故磁光成像技术和激光视觉技术应用较多，特别是采用点激光(或线激光)位移传感器、半导体激光器+面阵传感器取得焊缝横截面轮廓的方法应用最多。
现有的采用激光传感器的焊缝跟踪技术，多采用射光线投射于工件表面，并结合摄像系统从视觉上对焊缝进行追踪，精度较低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，可以实现对于搅拌摩擦焊窄焊缝的位置跟踪、搅拌头与焊件表面高度和垂直度的高速和高精度测量，抗干扰能力强、结构简单可靠。
实现上述目的的一种技术方案是：一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，包括机械臂，在机械臂的端部设有搅拌头，用于对作业面焊缝进行搅拌摩擦焊，所述搅拌头连接有一个双激光测量头模组；
所述双激光测量头模组包括支架、第一激光测量头、第二激光测量头和平行度调节装置，所述支架所在平面与所述搅拌头的方向垂直，所述第一激光头和所述第二激光头分别通过一个平行度调节装置设置于所述支架上；
所述平行度调节装置分别调节所述第一激光头和所述第二激光头之间的相对角度，使得所述第一激光头和所述第二激光头分别发出的激光列所在平面相互平行。
进一步的，所述平行度调节装置包括调节螺栓，齿轮和可旋转支撑板，所述调节螺栓设置于所述支架上并与所述齿轮连接，所述齿轮与所述可旋转支撑板通过齿轮结构连接，带动所述可旋转支撑板进行摆动，所述第一激光头或所述第二激光头均连接于所述可旋转支撑板上。
进一步的，所述第一激光头和所述第二激光头分别与控制后台连接。
再进一步的，所述控制后台通过第一激光头和所述第二激光头发出的激光列获取作业面反射点到激光发射点的高度距离。
更进一步的，所述控制后台根据第一激光头和所述第二激光头发出的激光列获取作业面反射点到激光发射点的高度距离差判断所述搅拌头是否与作业面垂直。
更进一步的，所述控制后台根据第一激光头或所述第二激光头的任意一组激光列的高度距离信息从而获知焊缝坑底部高度和焊缝坑开口边缘高度，从而得知焊缝中点的位置信息，以追踪焊缝轨迹。
本发明的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，采用无接触测量方式，无需外置相机，结构紧凑，其超快的采样速度(64000次/秒)可以完全满足搅拌摩擦焊接搅拌棒的高速焊缝跟踪需求；抗干扰能力强，无需环境照明、不受阴影干扰和周围磁场影响，可稳定高精度检测多种金属材质，不论是低反射量黑色工件还是高反射量的光洁表面。本发明可同时实现搅拌头焊缝跟踪、离焊接面的高度测量和垂直度高速和高精度测量。激光线扫描方向始终指向焊接前进方向，双激光检测，数据冗余，可靠性高。
附图说明
图1为本发明的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统的结构示意图；
图2为本发明的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统的双激光测量头模组的细节放大图；
图3为本发明的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统的双激光测量头模组的平行度调节装置的细节放大图；
图4为本发明的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统进行垂直读判定时的正视示意图；
图5为本发明的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统进行焊缝追踪判定时的侧视示意图。
具体实施方式
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：
请参阅图1至图3，本发明的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，包括机械臂1，在机械臂的端部设有搅拌头2，用于对作业面的焊缝进行搅拌摩擦焊。由于搅拌摩擦焊的焊缝较窄，其搅拌头2需要在焊接作业的全程与作业面保持大致垂直的角度，当作业面为非平整水平表面时，需要提供精确的焊缝追踪和搅拌头控制技术。
本发明的搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，其搅拌头2连接有一个双激光测量头模组3。
双激光测量头模组3包括支架31、第一激光测量头32、第二激光测量头33和平行度调节装置34。支架31所在平面与搅拌头2的方向垂直，第一激光头32和第二激光头33分别通过一个平行度调节装置34设置于支架31上。请参阅图3，平行度调节装置34包括调节螺栓341、齿轮342和可旋转支撑板343，调节螺栓341设置于支架31上并与齿轮342连接，齿轮342与可旋转支撑板343通过齿轮结构连接。第一激光头32或第二激光头33均连接于可旋转支撑板343上。当扭转调节螺栓341时，转动齿轮342带动可旋转支撑板343进行摆动，从而使得第一激光头32和第二激光头33之间的相对角度发生改变，最终调节目的为使得第一激光头32和第二激光头33分别发出的激光列所在平面相互平行。
第一激光头32和第二激光头33分别与控制后台连接，控制后台与机械臂控制后台连接。
请参阅图4。通过第一激光头32和第二激光头33向作业面发出的激光列可测得第一激光头32和第二激光头33与作业面激光反射点之间的距离d1和d2。若d1和d2相同或在一个设定的数值范围内时，就可以认为第一激光头32与第二激光测量头33所在平面与作业面平行，而由于搅拌头2垂直于支架31所在平面，即搅拌头2与焊件被测作业面垂直。若d1与d2的偏差值超出设定范围，控制后台计算角度偏移，并将该角度偏移量数据传输到机械臂控制后台，从而就可以控制搅拌头2始终与焊接作业面保持垂直。
请参阅图5。无论对于第一激光头32或第二激光头33，其发出的激光束均由若干条激光组成激光列，形成均匀间隔的若干个监测点。通过对焊缝坑底以及焊缝坑敞口边缘的距离d4和d3所对应激光束的判断，即可实现对于焊缝坑道中点位置的追踪。若第一激光头32或第二激光头33所追踪的焊缝中心点位置均位于测量区域的正中位置或固定位置，或者偏差值处于设定的数值范围内，则表明焊缝跟踪有效。若监测位置测得的焊缝中心点发生偏移，或两个激光头测得焊缝中心点位置发生方向互相相反的偏移，则说明搅拌头行进方向与平行放置的焊缝方向产生旋转角；若监测位置测得的焊缝中心点发生同向偏移，则说明搅拌头行进方向处于焊缝的单边偏移方向。2组激光头的数据输入控制后台，即可计算得到偏移旋转角和单边偏移量，将该数据传输至机械臂控制后台，就可以控制机械臂进行关节旋转和偏移，使处于机器人手臂末端的搅拌头实时跟踪焊缝。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，包括机械臂，在机械臂的端部设有搅拌头，用于对作业面焊缝进行搅拌摩擦焊，其特征在于：所述搅拌头连接有一个双激光测量头模组；
所述双激光测量头模组包括支架、第一激光测量头、第二激光测量头和平行度调节装置，所述支架所在平面与所述搅拌头的方向垂直，所述第一激光测量头和所述第二激光测量头分别通过一个平行度调节装置设置于所述支架的一侧；
所述平行度调节装置分别调节所述第一激光测量头和所述第二激光测量头之间的相对角度，使得所述第一激光测量头和所述第二激光测量头分别发出的激光列所在平面相互平行；
所述第一激光测量头和所述第二激光测量头发出的激光束均由若干条激光组成激光列，形成均匀间隔的若干个监测点；
其中，根据所述第一激光测量头和所述第二激光测量头发出的激光列获取作业面反射点到激光发射点的高度距离差，以控制所述搅拌头始终与焊接作业面保持垂直；
同时，根据所述第一激光测量头或所述第二激光测量头的任意一组激光列的高度距离信息从而获知焊缝坑底部高度和焊缝坑开口边缘高度，从而得知焊缝中点的位置信息，若两个激光测量头测得焊缝中心点位置发生方向互相相反的偏移，则说明搅拌头行进方向与平行放置的焊缝方向产生旋转角；若测得的焊缝中心点发生同向偏移，则说明搅拌头行进方向处于焊缝的单边偏移方向，即可计算得到偏移旋转角和单边偏移量，以控制机械臂进行关节旋转和偏移，使搅拌头实时跟踪焊缝。
2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，其特征在于，所述平行度调节装置包括调节螺栓，齿轮和可旋转支撑板，所述调节螺栓设置于所述支架上并与所述齿轮连接，所述齿轮与所述可旋转支撑板通过齿轮结构连接，带动所述可旋转支撑板进行摆动，所述第一激光测量头或所述第二激光测量头均连接于所述可旋转支撑板上。
3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，其特征在于，所述第一激光测量头和所述第二激光测量头分别与控制后台连接。
4.根据权利要求3所述的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，其特征在于，所述控制后台通过第一激光测量头和所述第二激光测量头发出的激光列获取作业面反射点到激光发射点的高度距离。
5.根据权利要求4所述的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，其特征在于，所述控制后台根据第一激光测量头和所述第二激光测量头发出的激光列获取作业面反射点到激光发射点的高度距离差判断所述搅拌头是否与作业面垂直。
6.根据权利要求4所述的一种搅拌摩擦焊接机器人焊缝跟踪及测高系统，其特征在于，所述控制后台根据第一激光测量头或所述第二激光测量头的任意一组激光列的高度距离信息从而获知焊缝坑底部高度和焊缝坑开口边缘高度，从而得知焊缝中点的位置信息，以追踪焊缝轨迹。
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