CN113996917B - 一种双光束激光焊接隔框倾角测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双光束激光焊接隔框倾角测量装置和测量方法，其中装置包括：激光线结构光源和工业相机，所述激光线结构光源和工业相机并排设置在T型接头的侧方，所述工业相机采集激光线结构光源照射的T型接头区域；其中，所述激光线结构光源和工业相机包括两组，对称设置在T型接头的隔框的两侧，且均连接在机器人的机械臂上；工控机，所述工控机与所述激光线结构光源和工业相机信号连接。本发明方法采用双侧激光线结构光扫描T型接头拼缝，通过工业相机采集扫描图像，精确测量隔框与蒙皮间的夹角，并通过获取机器人的位置坐标，将测量结果与零件数模进行自动对比，判断隔框倾角是否合格，并可以判断零件变形量是否合格。

Description

一种双光束激光焊接隔框倾角测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种双光束激光焊接隔框倾角测量装置和测量方法。

背景技术

带筋壁板结构由于其优良的结构稳定性与轻量化优势在飞机、火箭等飞行器的蒙皮类结构中得到广泛应用。目前，先进的钛合金薄壁类带筋壁板的制造方法是，采用热成形的方法成形出所需型面，采用双光束激光焊接的方法将加强筋条与蒙皮焊接在一起。采用激光焊接制造带筋壁板的过程中，焊接隔框的装配变形问题是影响其制造精度的主要问题，激光焊接后T型接头隔框产生倾斜对于结构强度以及后续总装时隔框之间的连接产生不利影响。

目前，双光束焊接带筋壁板在隔框装配时，采用人工将隔框安装在卡座上，然后在隔框上部施加顶压力将隔框与蒙皮贴合。在装配过程中隔框上部的顶压力如果不合适，经常使得隔框产生倾斜，而隔框高度一般小于50mm，在夹持机构以及工装卡座的干涉下，难以对隔框倾角进行精确测量，因此经常出现装配后的隔框倾角与设计要求的倾角偏差较大，带筋壁板的形位尺寸产生影响。因此，迫切需要一种在线隔框倾角检测装置，检测装配后是否满足设计要求。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种双光束激光焊接隔框倾角测量装置和测量方法，解决了双光束焊接带筋壁板在隔框装配时，难以对隔框倾角进行精确测量的技术问题。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了双光束激光焊接隔框倾角测量装置，该装置包括：激光线结构光源和工业相机，所述激光线结构光源和工业相机并排设置在T型接头的侧方，所述工业相机采集激光线结构光源照射的T型接头区域；其中，所述激光线结构光源和工业相机包括两组，对称设置在T型接头的隔框的两侧，且均连接在机器人的机械臂上；工控机，所述工控机与所述激光线结构光源和工业相机信号连接。

进一步地，所述两组激光线结构光源和工业相机通过连接件连接在同一个机器人的机械臂上，或者所述两组激光线结构光源和工业相机分别连接在对称设置的两个机器人的机械臂上。

进一步地，所述连接件包括与机械臂连接的中间平面以及两侧对称的斜面，两组激光线结构光源和工业相机分别可拆卸安装在两侧对称的斜面上。

本发明装置采用双侧激光线结构光扫描T型接头拼缝，通过工业相机采集扫描图像，精确测量隔框与蒙皮间的夹角，并通过获取机器人的位置坐标，将测量结果与零件数模进行自动对比，判断隔框倾角是否合格，并可以判断零件变形量是否合格。

第二方面，本发明还提供了一种双光束激光焊接隔框倾角测量方法，包括：

步骤S1，控制两组激光线结构光源和工业相机沿T型接头的两侧同时运动，采集工业相机拍摄的图像信息，同时获取机器人的机械臂的空间坐标，确定图像与T型接头的对应位置关系；

步骤S2，结合采集的两侧的工业相机拍摄的图像信息，分析得出检测结果。

进一步地，所述步骤S2进一步包括：对T型接头的特征量进行提取，结合T型接头空间坐标计算，得出隔框的倾角，同时结合T型接头的三维重构模型与零件的数模进行比对，确定隔框的倾角以及隔框蒙皮的变形是否符合设计要求。

进一步地，图像采集以每秒30帧的速度进行。

(3)有益效果

综上，本发明方法采用双侧激光线结构光扫描T型接头拼缝，通过工业相机采集扫描图像，精确测量隔框与蒙皮间的夹角，并通过获取机器人的位置坐标，将测量结果与零件数模进行自动对比，判断隔框倾角是否合格，并可以判断零件变形量是否合格。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种双光束激光焊接隔框倾角测量装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的一种双光束激光焊接隔框倾角测量方法的流程图。

图3是本发明实施例的一种双光束激光焊接隔框倾角测量方法的流程框图。

图4是T型接头垂直度测量装置示意图。

图中：

1-蒙皮；2-T型接头；3-激光线结构光源；4-工业相机；5-机械臂；6-连接件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明提供了一种双光束激光焊接隔框倾角测量装置，如图1所示，包括：激光线结构光源3和工业相机4，所述激光线结构光源3和工业相机4并排设置在T型接头2的侧方，所述工业相机4采集激光线结构光源3照射的T型接头2区域；其中，所述激光线结构光源3和工业相机4包括两组，对称设置在T型接头2的隔框的两侧，且均连接在机器人的机械臂5上；工控机(图中未示出)，所述工控机与所述激光线结构光源3和工业相机4信号连接，所述两组激光线结构光源3和工业相机4通过连接件7连接在同一个机器人的机械臂5上，其中，连接件7包括与机械臂连接的中间平面以及两侧对称的斜面，两组激光线结构光源和工业相机分别可拆卸安装在两侧对称的斜面上；或者，所述两组激光线结构光源3和工业相机4分别连接在对称设置的两个机器人的机械臂上。

本发明还提供了一种双光束激光焊接隔框倾角测量方法，如图2所示，包括：

步骤S1，控制两组激光线结构光源和工业相机沿T型接头的两侧同时运动，采集工业相机拍摄的图像信息，同时获取机器人的机械臂的空间坐标，确定图像与T型接头的对应位置关系；优选地，图像采集以每秒30帧的速度进行。

步骤S2，结合采集的两侧的工业相机拍摄的图像信息，分析得出检测结果。

在本发明实施例的一个方面，所述步骤S2进一步包括：对T型接头的特征量进行提取，结合T型接头空间坐标计算，得出隔框的倾角，同时结合T型接头的三维重构模型与零件的数模进行比对，确定隔框的倾角以及隔框蒙皮的变形是否符合设计要求。

在本发明的一个具体实施例中，如图3所示，在T型接头的隔框安装完毕后，将两组工业相机、激光线结构光源分别安装在两台机器人上，两台机器人同时沿T型接头方向运动，激光线结构光源发出一束激光线打在T型接头上，相机对激光照射区域进行图像采集，一方面同步获取机器人空间坐标，确定采集的图像与零件的位置关系，另一方面，图像采集后，经过图像处理，通过在T型接头空间坐标计算，根据三角测量原理可以计算出隔框的倾角，并自动记录；获取T型接头的三维位置信息，系统同时采集机器人的位置坐标，并进行T型接头三维重构，根据机器人的位置坐标，将获取的T型接头的三维位置信息与零件标准数模进行信息比对，判断隔框倾角是否满足设计要求，隔框与蒙皮的变形量是否符合设计要求。

需要说明的是，步骤S1中确定图像与T型接头的对应位置关系，采用如图4所示的T型接头垂直度测量装置。具体要求如下：

(1)Z梁与X梁严格垂直，快装接头可以方便快捷的将整套测量装置安装到焊接机器人上，测量与焊接使用同一台机器人；

(2)位移传感器1与Z梁成45°角，由伺服电机拖动，可以在与Z梁平行的导轨1上往复运动。

(3)位移传感器2与X梁垂直，由伺服电机拖动，可以在与X梁平行的导轨2上往复运动。位移传感器选用Panasonic公司的HG-C1200。

(4)测量运动轨迹与零件焊接轨迹一致，确保测量装置处于法线平面，可以提高测量精度，应确保激光指示器的指示光点，在测量过程中应始终照射在焊缝上，激光指示器安装光栅后，可以缩小指示光点提高指示精度，当光点变大时，意味着需要调整测量装置与零件间的距离，

(5)测量装置在机器人带动下沿焊缝方向移动，每隔100mm测量一次，测量时机器人运动停止，移传感器1和移传感器2在伺服电机1和伺服电机2的带动下作预设匀速运动，测量“T”型接头与测量装置之间的距离，X梁方向采集50个点，Z梁方向采集20个点。

(6)由于零件表面光滑，将偏离平均值±5％的值剔除，剩下的测量值通过最小二乘法进行直线拟合，可以计算出“T”型接头与Z梁和X梁之间的夹角，并将测量结果写入数据文件。

综上，本发明采用双侧激光线结构光扫描T型接头拼缝，通过工业相机采集扫描图像，精确测量隔框与蒙皮间的夹角，并通过获取机器人的位置坐标，将测量结果与零件数模进行自动对比，判断隔框倾角是否合格，并可以判断零件变形量是否合格。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (4)

1.一种双光束激光焊接隔框倾角测量方法，采用双光束激光焊接隔框倾角测量装置实现所述方法，其特征在于，

所述装置包括：激光线结构光源和工业相机，所述激光线结构光源和工业相机并排设置在T型接头的侧方，所述工业相机采集激光线结构光源照射的T型接头区域；其中，所述激光线结构光源和工业相机包括两组，对称设置在T型接头的隔框的两侧，且均连接在机器人的机械臂上；工控机，所述工控机与所述激光线结构光源和工业相机信号连接；

所述方法包括：

步骤S1，控制两组激光线结构光源和工业相机沿T型接头的两侧同时运动，采集工业相机拍摄的图像信息，同时获取机器人的机械臂的空间坐标，确定图像与T型接头的对应位置关系；

步骤S2，结合采集的两侧的工业相机拍摄的图像信息，分析得出检测结果；

步骤S1中确定图像与T型接头的对应位置关系，采用T型接头垂直度测量装置，具体如下：

（1）Z梁与X梁严格垂直，快装接头将整套T型接头垂直度测量装置安装到焊接机器人上，测量与焊接使用同一台机器人；

（2）位移传感器一与Z梁成45°角，由伺服电机一拖动，在与Z梁平行的导轨一上往复运动；

（3）位移传感器二与X梁垂直，由伺服电机二拖动，在与X梁平行的导轨二上往复运动；

（4）T型接头垂直度测量装置的运动轨迹与零件焊接轨迹一致，确保T型接头垂直度测量装置处于法线平面，提高测量精度，激光指示器的指示光点，在测量过程中始终照射在焊缝上，激光指示器安装光栅后，缩小指示光点提高指示精度，当光点变大时，调整T型接头垂直度测量装置与零件间的距离；

（5）T型接头垂直度测量装置在机器人带动下沿焊缝方向移动，每隔100mm测量一次，测量时机器人运动停止，位移传感器一和位移传感器二在伺服电机一和伺服电机二的带动下作预设匀速运动，测量“T”型接头与T型接头垂直度测量装置之间的距离，X梁方向采集50个点，Z梁方向采集20个点；

（6）由于零件表面光滑，将偏离平均值±5%的值剔除，剩下的测量值通过最小二乘法进行直线拟合，计算出“T”型接头与Z梁和X梁之间的夹角，并将测量结果写入数据文件；

在T型接头的隔框安装完毕后，将两组工业相机、激光线结构光源分别安装在两台机器人上，两台机器人同时沿T型接头方向运动，激光线结构光源发出一束激光线打在T型接头上，工业相机对激光照射区域进行图像采集，一方面同步获取机器人空间坐标，确定采集的图像与零件的位置关系，另一方面，图像采集后，经过图像处理，通过在T型接头空间坐标计算，根据三角测量原理计算出隔框的倾角，并自动记录；获取T型接头的三维位置信息，系统同时采集机器人的位置坐标，并进行T型接头三维重构，根据机器人的位置坐标，将获取的T型接头的三维位置信息与零件标准数模进行信息比对，判断隔框倾角是否满足设计要求，隔框与蒙皮的变形量是否符合设计要求。

2.根据权利要求1所述的双光束激光焊接隔框倾角测量方法，其特征在于，图像采集以每秒30帧的速度进行。

3.根据权利要求1所述的双光束激光焊接隔框倾角测量方法，其特征在于，所述两组激光线结构光源和工业相机通过连接件连接在同一个机器人的机械臂上，或者所述两组激光线结构光源和工业相机分别连接在对称设置的两个机器人的机械臂上。

4.根据权利要求3所述的双光束激光焊接隔框倾角测量方法，其特征在于，所述连接件包括与机械臂连接的中间平面以及两侧对称的斜面，两组激光线结构光源和工业相机分别可拆卸安装在两侧对称的斜面上。