CN113996918A - 一种双光束激光焊接t型接头拼缝检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置和方法，其中装置包括：第一工业相机，第二工业相机，激光线结构光源和工控机，所述工控机与所述第一工业相机和第二工业相机信号连接。本发明开发了一种基于双目视觉的拼缝检测装置和方法，用于激光焊接拼缝检测，采用两台工业相机从不同角度拍摄激光线结构光的扫描区域，后期对两台工业相机采集的图像进行合成处理，获得拼缝的三维图像，有效解决了送丝机构对图像采集的干扰问题，并具有对较细拼缝的检测能力，使得激光焊接壁板类结构件生产效率显著提高。
Description
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T型接头拼缝检测装置和方法。
背景技术
航空、航天结构件中常见的壁板类结构主要由蒙皮与内部加强筋组成。此类带筋壁板一般采用铆接或者电阻点焊实现蒙皮与立筋之间的连接。传统的连接方法不仅劳动强度大，结构强度不高而且对蒙皮的整体完整性造成损伤。
采用激光焊接此类结构时，可以采用两束激光从立筋两侧施焊。采用激光双光束从T型接头的两侧同时进行焊接形成角焊缝，有利于立筋与蒙皮的熔合，而且对蒙皮背面没有损伤。一般认为，采用双光束焊接工艺可以使得T型接头的两侧受热均匀，有利于控制变形。
但是激光双光束焊接过程中，由于两束激光入射角度的影响以及两侧熔池的互相扰动，使得焊缝内部极易产生气孔、未熔合等缺陷，严重影响焊接质量。
采用激光焊接T型接头类型的结构时，激光双光束从T型接头的两侧同时进行焊接形成角焊缝，有利于立筋与底板间的熔合，而且对底板背面没有损伤。一般认为，采用激光双光束焊接工艺可以使得T型接头的两侧受热均匀，有利于控制变形。两束激光同时焊接在熔池的交互作用下可以减小热输入，产生1+1＞2的效果，同时熔池的交互作用有利于立筋与底板处结合面的熔合，利于气孔的逸出。
采用双光束焊接技术后，与传统的铆接壁板相比由于取消了底边处的翻边结构，双光束焊接结构整体减重16％。筋条与蒙皮之间的连接原来为局部点焊连接，改为双光束焊接后筋条与蒙皮之间为满焊连接，其强度提高4倍以上。传统的铆接或者电阻点焊连接完成后，会在蒙皮气动面留下深度为0.3mm的凹坑严重影响整体结构完整性与隐身性。采用双光束焊接这种T型结构，可以有效防止蒙皮气动面的损伤，蒙皮外表面凸起或凹陷不超过0.1mm为光滑型面，电磁辐射与铆接结构相比降低50％以上，实现了钛合金壁板制造的轻量化、高强化、隐身化。
现有的双光束激光焊接壁板类结构件，不论采用双机器人平台的加工方式还是龙门式的焊接平台，焊接工人在进行焊接作业时，都采用逐点示教的方式将激光准直光对准焊缝中心记录坐标点，采用连点成线的方式生成焊接路径。这种方法精度较差，效率极低，一般靠目视作业，工作量也极大、工人劳动强度很高。而且提高对中精度的方式，只能对示教点进行加密，从而进一步增加工作量。众所周知，激光焊接以其高效的焊接速率著称。目前的焊接示教过程，占整个焊接过程的90％以上，焊接时间往往只有几秒钟至几十秒钟。采用焊接示教方法对焊缝进行对中，严重影响了工作效率，迫切需要一种自动对中方式及装置来实现对焊缝的自动化对中。
激光焊接具有焊接速度快，焊接头与拼缝对中精度要求高的特点，给拼缝检测带来很大困难，目前采用激光线结构光加一个工业相机的方式，通过三角测量法实现拼缝检测，存在的突出问题是对比较细的拼缝无法有效检测，同时在送丝的情况下，由于送丝装置和拼缝检测装置都安装在激光焊接头的前面，为防止送丝机构的干扰必须将检测装置的安装位置大大提前，导致检测精度下降，系统响应难度增大。
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T型接头拼缝检测装置和方法，解决了现有技术的检测精度低，导致焊接质量和精度低的技术问题。
(2)技术方案
第一方面，本发明的实施例提出了一种双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置，该装置包括：第一工业相机，第二工业相机和激光线结构光源，所述第一工业相机和第二工业相机并排连接在激光焊接头的一侧，且所述第一工业相机和第二工业相机的相机镜头均朝向T型接头的拼缝位置，所述激光线结构光源设置在所述第一工业相机和第二工业相机的侧边，且其出光口朝向所述第一工业相机和第二工业相机的镜头拍摄位置；工控机，所述工控机与所述第一工业相机和第二工业相机信号连接。
进一步地，所述由第一工业相机，第二工业相机和激光线结构光源组成的机构包括两组，分别连接在T型接头两侧的激光焊接头上。
进一步地，所述第一工业相机，第二工业相机和激光线结构光源的外侧设置有外部防护罩。
进一步地，所述外部防护罩的保护等级为IP65。
进一步地，所述第一工业相机，第二工业相机和激光线结构光源的前方设置有防激光玻璃。
进一步地，还包括UMAC控制器，所述UMAC控制器与所述工控机信号连接。
本发明开发了一种基于双目视觉的拼缝检测装置，用于激光焊接拼缝检测，采用两台工业相机从不同角度拍摄激光线结构光的扫描区域，后期对两台工业相机采集的图像进行合成处理，获得拼缝的三维图像，有效解决了送丝机构对图像采集的干扰问题，并具有对较细拼缝的检测能力，使得激光焊接壁板类结构件生产效率显著提高。
第二方面，本发明还提供了一种双光束激光焊接T型接头拼缝检测方法包括：
步骤S1，将第一工业相机和第二工业相机和激光线结构光源按与被测拼缝相匹配的角度固定在T型接头一侧的激光焊接头上；
步骤S2，采用黑白格玻璃板进行标定，以确定第一工业相机和第二工业相机的图像的像素坐标系与拍摄的实际物体间的变换矩阵；
步骤S3，第一工业相机和第二工业相机同步拍摄激光线结构光源的扫描区域，同时获得对同一区域不同角度拍摄的相片；
步骤S4，对同时获得的同一区域不同角度的相片进行合成生成三维图片，对三维图片进行特征提取，获得T型接头的拼缝信息。
进一步地，所述的双光束激光焊接T型接头拼缝检测方法还包括：
步骤S5，根据获得的T型接头的拼缝信息对T型接头的位置进行相应调整。
进一步地，图像采集以每秒30帧的速度进行。
综上，本发明开发了一种基于双目视觉的拼缝检测方法，用于激光焊接拼缝检测，采用两台工业相机从不同角度拍摄激光线结构光的扫描区域，后期对两台工业相机采集的图像进行合成处理，获得拼缝的三维图像，有效解决了送丝机构对图像采集的干扰问题，并具有对较细拼缝的检测能力，使得激光焊接壁板类结构件生产效率显著提高。
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T型接头拼缝检测装置的结构示意图。
图2是本发明实施例的一种双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置的系统框图。
图3是本发明实施例的一种双光束激光焊接T型接头拼缝检测方法的流程图。
图中：
1-激光焊接头；2-第一工业相机；3-第二工业相机；4-激光线结构光源；5-长桁；6-蒙皮
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。
如图1所述，采用双光束焊接技术将立筋(长桁5)焊接在蒙皮6上制造T型接头时，本发明实施例提供了一种双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置，该装置包括：第一工业相机2，第二工业相机3和激光线结构光源4，所述第一工业相机2和第二工业相机3并排连接在激光焊接头1的一侧，且所述第一工业相机2和第二工业相机3的相机镜头均朝向T型接头的拼缝位置，所述激光线结构光源4设置在所述第一工业相机2和第二工业相机3的侧边，且其出光口朝向所述第一工业相机2和第二工业相机3的镜头拍摄位置；工控机7，所述工控机7与所述第一工业相机2和第二工业相机3信号连接。具体使用时，第一工业相机和第二工业相机可以通过千兆以太网与工控机相连，图像采集、处理、拼缝信息提取全部在工控机完成。
在本发明实施例的一个方面，所述由第一工业相机2，第二工业相机3和激光线结构光源4组成的机构包括两组，分别连接在T型接头两侧的激光焊接头1上。T型接头以长桁5为界分为左右两侧，两侧的激光接头1分别负责焊接该侧的焊缝，设置两套由第一工业相机2，第二工业相机3和激光线结构光源4组成的机构可以对T型接头的两侧的拼缝同时进行检测，统一进行调整，有利于减小误差，提高焊接质量。
在本发明实施例的一个方面，所述第一工业相机2，第二工业相机3和激光线结构光源4的外侧设置有外部防护罩，优选地，所述外部防护罩的保护等级为IP65，以保证装置可以适应工业现场的恶劣环境。
在本发明实施例的一个方面，所述第一工业相机2，第二工业相机3和激光线结构光源4的前方设置有防激光玻璃，以防止激光散射光损坏元件。
在本发明实施例的一个方面，如图2所示，还包括UMAC控制器8，所述UMAC控制器8与所述工控机7信号连接。工控机通过ProNet总线和UMAC控制器相连，将处理结果送到UMAC控制器，由UMAC控制器进行相应的位置调整。同时，为保证数据的吞吐量，工控机与UMAC控制器之间使用双端口RAM进行数据传递。
本发明开发了一种基于双目视觉的拼缝检测装置，用于激光焊接拼缝检测，采用两台工业相机从不同角度拍摄激光线结构光的扫描区域，后期对两台工业相机采集的图像进行合成处理，获得拼缝的三维图像，有效解决了送丝机构对图像采集的干扰问题，并具有对较细拼缝的检测能力，使得激光焊接壁板类结构件生产效率显著提高。
本发明实施例还提供了一种双光束激光焊接T型接头拼缝检测方法，如图3所示，包括：
步骤S1，将第一工业相机和第二工业相机和激光线结构光源按与被测拼缝相匹配的角度固定在T型接头一侧的激光焊接头上；
步骤S2，采用黑白格玻璃板进行标定，以确定第一工业相机和第二工业相机的图像的像素坐标系与拍摄的实际物体间的变换矩阵；
步骤S3，第一工业相机和第二工业相机同步拍摄激光线结构光源的扫描区域，同时获得对同一区域不同角度拍摄的相片；
步骤S4，对同时获得的同一区域不同角度的相片进行合成生成三维图片，对三维图片进行特征提取，获得T型接头的拼缝信息。
在本发明实施例的一个方面，所述的双光束激光焊接T型接头拼缝检测方法还包括：
步骤S5，根据获得的T型接头的拼缝信息对T型接头的位置进行相应调整。
本发明开发了一种基于双目视觉的拼缝检测方法，用于激光焊接拼缝检测，采用两台工业相机从不同角度拍摄激光线结构光的扫描区域，后期对两台工业相机采集的图像进行合成处理，获得拼缝的三维图像，有效解决了送丝机构对图像采集的干扰问题，并具有对较细拼缝的检测能力，使得激光焊接壁板类结构件生产效率显著提高。
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 (8)
1.一种双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置，其特征在于，包括：
第一工业相机，第二工业相机和激光线结构光源，所述第一工业相机和第二工业相机并排连接在激光焊接头的一侧，且所述第一工业相机和第二工业相机的相机镜头均朝向T型接头的拼缝位置，所述激光线结构光源设置在所述第一工业相机和第二工业相机的侧边，且其出光口朝向所述第一工业相机和第二工业相机的镜头拍摄位置；
工控机，所述工控机与所述第一工业相机和第二工业相机信号连接。
2.根据权利要求1所述的双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置，其特征在于，所述由第一工业相机，第二工业相机和激光线结构光源组成的机构包括两组，分别连接在T型接头两侧的激光焊接头上。
3.根据权利要求1所述的双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置，其特征在于，所述第一工业相机，第二工业相机和激光线结构光源的外侧设置有外部防护罩。
4.根据权利要求3所述的双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置，其特征在于，所述外部防护罩的保护等级为IP65。
5.根据权利要求1所述的双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置，其特征在于，所述第一工业相机，第二工业相机和激光线结构光源的前方设置有防激光玻璃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置，其特征在于，还包括UMAC控制器，所述UMAC控制器与所述工控机信号连接。
7.一种双光束激光焊接T型接头拼缝检测方法，采用如权利要求1所述的双光束激光焊接T型接头拼缝检测装置，其特征在于，包括：
步骤S1，将第一工业相机和第二工业相机和激光线结构光源按与被测拼缝相匹配的角度固定在T型接头一侧的激光焊接头上；
步骤S2，采用黑白格玻璃板进行标定，以确定第一工业相机和第二工业相机的图像的像素坐标系与拍摄的实际物体间的变换矩阵；
步骤S3，第一工业相机和第二工业相机同步拍摄激光线结构光源的扫描区域，同时获得对同一区域不同角度拍摄的相片；
步骤S4，对同时获得的同一区域不同角度的相片进行合成生成三维图片，对三维图片进行特征提取，获得T型接头的拼缝信息。
8.根据权利要求7所述的双光束激光焊接T型接头拼缝检测方法，其特征在于，还包括：
步骤S5，根据获得的T型接头的拼缝信息对T型接头的位置进行相应调整。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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