CN112518126A - 基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统 - Google Patents

基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统 Download PDF

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刘广建
王重阳
尚继辉
何志成
陈小虎
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Abstract

本发明提供了一种基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统，包括镜头、成像CCD面、光源、光源发射装置和机器人的机械臂。本发明有效解决了传统手眼联合焊接装置因景深不足导致焊接准确率低等情况。同时，该相机装置可应用于其他工业领域。

Description

基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统
技术领域
本发明涉及一种基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统。
背景技术
传统焊接装置为人工操作，操作环境危险且效率低。引入机器视觉技术后，虽改变了传统焊接方式，但对于一些复杂待焊面，传统相机并不能很好的识别和聚焦，后续图像处理算法不能友好处理，这一类焊接操作仍仅依靠人工解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统。
为解决上述问题，本发明提供一种基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统，包括：镜头、成像CCD面、光源、光源发射装置、工控机和机器人的机械臂，其中，
所述光源为激光发射器，所述光源通过所述光源发射装置发射出激光束，激光束至物面经由镜头成像到成像CCD面上；
所述光源发射装置与所述镜头成15-30度夹角；
所述成像CCD面和镜头成10-30度夹角；
所述光源、镜头、成像CCD面和光源发射装置构成大景深激光轮廓仪，大景深激光轮廓仪固定在焊枪上，所述焊枪与所述机械臂焊接连接；
大景深激光轮廓仪与工控机连接，所述工控机包括激光重建模块和焊缝识别模块。
进一步的，上述系统中，所述镜头的中心面、成像CCD面和物面满足沙姆定律相交于同一直线。
进一步的，上述系统中，所述工控机用于确定焊枪的焊接面，所述焊枪的焊接面由铰链定律确定，以唯一确定对焦面位置，使对焦面与激光平面重合，使视野内所有激光束均可对焦。
进一步的，上述系统中，所述大景深激光轮廓仪和工控机通过TCP/IP协议与机器人通信。
进一步的，上述系统中，所述大景深激光轮廓仪对焊接的弧光和飞溅具有抗干扰性。
进一步的，上述系统中，所述大景深激光轮廓仪、工控机与机器人协同合作，控制机械臂带动焊枪进行焊接操作。
进一步的，上述系统中，所述工控机，用于待大景深激光轮廓仪安装在机械臂所连接的焊枪后，对所述大景深激光轮廓仪进行手眼标定；
所述大景深激光轮廓仪，用于进行拍摄并通过工控机标定待焊工件的焊缝位置；
所述工控机，还用于基于所述焊缝位置移动机械臂以带动焊枪至待焊工件的对应位置进行焊接。
与现有技术相比，本发明的大景深激光轮廓仪景深大，聚焦范围广，可应用于大景深焊接场景。本发明有效解决了传统手眼联合焊接装置因景深不足导致焊接准确率低等情况。同时，该装置可应用于其他工业领域。
附图说明
图1是传统相机模型示意图；
图2是传统相机拍摄图片；
图3是本发明一实施例的移轴相机结构原理图；
图4是本发明一实施例的移轴相机拍摄图片；
图5为本发明一实施例的总体结构示意图；
其中，1-激光发射器，2-镜头，3-成像面，A-B为景深范围，C-D为景深范围，21-机械臂，22-控制柜，23-操作台，24-大景深激光轮廓仪，25-待焊工件。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统，包括：镜头、成像CCD面、光源、光源发射装置、工控机和机器人的机械臂，其中，
所述光源为激光发射器，所述光源通过所述光源发射装置发射出激光束，激光束至物面经由镜头成像到成像CCD面上；
所述光源发射装置与所述镜头成15-30度夹角；
所述成像CCD面和镜头成10-30度夹角；
所述光源、镜头、成像CCD面和光源发射装置构成大景深激光轮廓仪，大景深激光轮廓仪固定在焊枪上，所述焊枪与所述机械臂焊接连接；
大景深激光轮廓仪与工控机连接，所述工控机包括激光重建模块和焊缝识别模块。
在此，所述大景深激光轮廓仪景深大，聚焦范围广，可应用于大景深焊接场景。本发明有效解决了传统手眼联合焊接装置因景深不足导致焊接准确率低等情况。同时，该装置可应用于其他工业领域。
本发明的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统一实施例中，所述镜头的中心面、成像CCD面和物面满足沙姆定律相交于同一直线。
在此，当成像面、透镜面以及聚焦平面相交于同一直线(Scheimpflug线)时，满足沙姆成像原理，倾斜的待测物体平面可清晰成像。
本发明的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统一实施例中，所述工控机用于确定焊枪的焊接面，所述焊枪的焊接面由铰链定律确定，以唯一确定对焦面位置，使对焦面与激光平面重合，使视野内所有激光束均可对焦。
在此，实际应用中，单独的沙姆定律并不能唯一确定物面位置，应结合铰链定理共同确定唯一的清晰聚焦面。铰链定理指出，PTF面、前焦平面、物面交于同一条Hinge面。铰链定理可看作是薄透镜高斯公式在沙姆定律配置下的一种应用。
镜面、物面、相面满足沙姆定律交于同一直线，根据铰链定律确定激光焊接面所在位置。
本发明的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统一实施例中，所述大景深激光轮廓仪和工控机通过TCP/IP协议与机器人通信。
本发明的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统一实施例中，所述大景深激光轮廓仪对焊接的弧光和飞溅具有抗干扰性。
本发明的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统一实施例中，所述大景深激光轮廓仪、工控机与机器人协同合作，控制机械臂带动焊枪进行焊接操作。
本发明的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统一实施例中，所述工控机，用于待大景深激光轮廓仪安装在机械臂所连接的焊枪后，对所述大景深激光轮廓仪进行手眼标定；
所述大景深激光轮廓仪，用于进行拍摄并通过工控机标定待焊工件的焊缝位置；
所述工控机，还用于基于所述焊缝位置移动机械臂以带动焊枪至待焊工件的对应位置进行焊接。
如图1所示的为传统相机模型，包括：激光发射器1，镜头2，成像面3，传统相机模型拍摄图片为图2，景深范围为A-B，当需要拍摄的物体范围较大时会失焦，导致标定测量不准确，从而导致后续工作无法展开。
如图3所示为本发明所采用的相机模型，包括：激光发射器1，镜头2，成像面3，，使用与图1相同的阶梯状待焊工件，可以得到良好的原始图像，如图4所示，本发明所采用的相机模型景深范围为C-D，可以明显看出后者景深更大，图像特征点更显著。
如图5所示，包括：机械臂21，控制柜22，操作台23，大景深激光轮廓仪24，待焊工件25，其中，大景深激光轮廓仪24与工控机连接，所述工控机包括激光重建模块和焊缝识别模块。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统，其特征在于，包括：
包括：镜头、成像CCD面、光源、光源发射装置、工控机和机器人的机械臂，其中，
所述光源为激光发射器，所述光源通过所述光源发射装置发射出激光束，激光束至物面经由镜头成像到成像CCD面上；
所述光源发射装置与所述镜头成15-30度夹角；
所述成像CCD面和镜头成10-30度夹角；
所述光源、镜头、成像CCD面和光源发射装置构成大景深激光轮廓仪，大景深激光轮廓仪固定在焊枪上，所述焊枪与所述机械臂焊接连接；
大景深激光轮廓仪与工控机连接，所述工控机包括激光重建模块和焊缝识别模块。
2.如权利要求1所述的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统，其特征在于，所述镜头的中心面、成像CCD面和物面满足沙姆定律相交于同一直线。
3.如权利要求1所述的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统，其特征在于，所述工控机用于确定焊枪的焊接面，所述焊枪的焊接面由铰链定律确定，以唯一确定对焦面位置，使对焦面与激光平面重合，使视野内所有激光束均可对焦。
4.如权利要求1所述的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统，其特征在于，所述大景深激光轮廓仪和工控机通过TCP/IP协议与机器人通信。
5.如权利要求1所述的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统，其特征在于，所述大景深激光轮廓仪对焊接的弧光和飞溅具有抗干扰性。
6.如权利要求1所述的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统，其特征在于，所述大景深激光轮廓仪、工控机与机器人协同合作，控制机械臂带动焊枪进行焊接操作。
7.如权利要求1所述的基于大景深激光轮廓仪的智能焊接系统，其特征在于，所述工控机，用于待大景深激光轮廓仪安装在机械臂所连接的焊枪后，对所述大景深激光轮廓仪进行手眼标定；
所述大景深激光轮廓仪，用于进行拍摄并通过工控机标定待焊工件的焊缝位置；
所述工控机，还用于基于所述焊缝位置移动机械臂以带动焊枪至待焊工件的对应位置进行焊接。
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