CN117773339A - 一种视觉检测防错系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种视觉检测防错系统，包括焊接头、图像采集单元和示位单元，焊接头设置在待焊接的钢板的上方，并沿钢板的拼合线方向移动，进而形成焊缝，图像采集单元设置在待焊接的钢板的上方，示位单元可转动地设置在焊接头上，且示位单元的转动轴沿上下方向设置。本申请的一个目的在于提供一种在线检测、成本低、稳定性好的视觉检测防错系统。

Description

一种视觉检测防错系统

技术领域

本申请涉及焊接领域，特别涉及一种视觉检测防错系统。

背景技术

目前自动焊接系统越来越多的应用在钣金焊接领域，特别是激光拼焊领域，由于拼焊速度快、成品率高、生产效率高、重复性好，因此成为钣金制造的重要工序，但是自动化平板拼焊过程中，容易出现漏焊、错焊等问题，造成焊接件大规模报废等问题，现有技术中通常采用视觉检测的方式来检测错焊漏焊等问题。

但是，现有的视觉检测系统，存在难以进行在线检测、购买成本高、稳定性差的问题是本领域的技术人员需要解决的问题。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种在线检测、成本低、稳定性好的视觉检测防错系统。

为达到以上目的，本申请采用的技术方案为：

一种视觉检测防错系统，包括焊接头、图像采集单元和示位单元，所述焊接头设置在待焊接的钢板的上方，并沿所述钢板的拼合线方向移动，进而形成焊缝，所述图像采集单元设置在待焊接的钢板的上方，所述示位单元可转动地设置在所述焊接头上，且所述示位单元的转动轴沿上下方向设置；当需要进行焊接时，先进行初定位工序，所述焊接头移动到零位并带动所述示位单元同步运动，随后所述示位单元发生转动，并在所述钢板上投射形成一指示线，通过所述图像采集单元采集所述拼合线和所述指示线的图像，并控制所述示位单元转动，从而使得所述指示线与所述拼合线平行，进而得到所述示位单元的模拟运动轨迹，所述指示线与所述拼合线之间具有间距d，满足d＞0；随后进行焊接及纠错工序，所述示位单元适于与所述焊接头同步运动并保持相对静止，所述焊接头沿所述拼合线运动并形成焊缝，所述图像采集单元采集所述指示线的位置，并根据所述指示线的位置得到所述示位单元的真实运动轨迹，进而判断所述焊接头的运动轨迹是否正确，并进行在线纠错。

在线纠错指的是，所述视觉检测防错系统能在焊接头进行焊接工序时，一边进行焊接，一边检测焊缝的位置，从而确保焊缝能沿拼合线设置，并确保钢板之间的焊接强度和焊接精度，当焊缝轨迹出错时，能及时通过视觉检测防错系统发现错误，并及时通过控制单元控制焊接头改变位置，进而进行防错纠错的目的。在这个具体的实施例中，图像采集单元可以为常用的工业相机，并配合使用CCD或者CMOS感光芯片，实现对指示线以及拼合线的采集。零位即为焊接开始位置，也即焊缝的起点，获取零位的坐标有多种方式，比如在每次拼合所述钢板后，使拼合线始终处于固定位置，从而使得拼合线的起点坐标固定，进而得到准确的零位坐标；也可以利用视觉识别方式获得拼合线的起点，识别焊缝起点为现有技术，并且现有技术中有多种技术手段能达成该目的，因此此处不在赘述。

发明人进一步研究现有的视觉检测系统存在难以进行在线检测、购买成本高、稳定性差的原因，发现：

（1）现有的视觉检测系统通常需要采用辅助光源对被照射位置进行打光，从而方便图像采集单元获取焊缝的图像以及位置，但是在激光拼焊领域，由于在焊接过程中会产生弧光和飞溅，从而使得图像采集单元获取的图像被干扰，无法获得清晰的高亮区域，因此无法获得完整的焊缝图像，因此造成难以进行在线检测的问题；

（2）并且获取图像后，对后续的数据处理成本较高，对算法的要求也较高，从而增加了硬件（MCU成本）和软件（算法研发成本）费用，另外如果配设有多条流水线，需要增设硬件以满足对大量数据处理及分析的需要，并且由于数据处理量大，而焊接工序较短，为满足在线检测的需要，对MCU的处理性能提出了更高的要求，造成制造成本的飙升；

（3）另外视觉检测系统特别是对焊缝追踪的视觉检测系统，其对环境光的要求较高，焊接过程的弧光、车间内的环境光以及辅助光源的灯光变化，均有可能导致拍摄的图像出现变化或色差，导致无法得到精准的原数据，进而影响最终视觉检测防错系统运动的稳定性和耐用性，并且使该系统的适用性变差，无法满足大规模，成批量的使用。

值得一提的是，本申请的发明人发现在平板拼焊领域，拼合线为直线，并且位于水平面上，该拼合线平行与前后方向或者与前后方向形成一定的夹角。另外在平板拼焊领域出现漏焊错焊等问题的原因主要在于：多次安装待拼合的钢板后，容易出现累计误差，造成拼合线的位置出现偏移；在焊接过程中，焊接头的运动轨迹可能由于机械磨损或者传动误差等问题，造成轨迹不稳定，从而造成焊缝偏离拼合线的问题。因此在初定位工序中，使指示线与拼合线平行，进而确保在焊接及纠错工序中，焊接头在运行的过程中，拼合线和指示线的相对距离保持不变，或者在一个合理的公差范围内波动，使得在焊接头运行稳定的前提下，焊缝的质量和位置都可以得到保证；进而确保焊缝的位置能在公差范围内，从而避免错焊或者漏焊的问题。另外还可以设置本申请的视觉检测防错系统在一定公差范围内工作，即如果指示线的位置在公差范围内，不进行纠错，超过一定范围即进行报警和纠错，从而使得本申请的视觉检测防错系统的运行的稳定性增加，并且可以根据需要实现精度的调节，从而避免在非高精度要求的焊接过程中，造成焊接效率降低等问题。

据此，本申请的发明人开发的视觉检测防错系统，具有以下优点：

（1）由于激光拼焊过程中，激光焊接产生的弧光、烟尘等容易造成图像采集单元的干扰，使得采集的原始数据偏差，本申请的示位单元可以产生指示线，其抗干扰能力更强，即使一部分被遮挡或者干扰，造成图像采集单元采集到的数据出现缺损等问题，由于指示线为直线，因此可以将未被干扰能清晰识别的指示线连接，从而得到完整的指示线，从而避免在焊接过程中的其他因素干扰，使得本申请的视觉检测防错系统的抗干扰能力更强，更有利于在线检测，并且由于指示线的抗干扰能力更强，因此对环境光等要求更低，更有利在工厂布置和使用，并且可以加设在现有产线上，降低布置和使用成本；

（2）由于设置了初定位工序，而在初定位工序中，焊接头并不工作，不会产生弧光和烟尘影响，因此可以利用图像采集单元获取精准的拼合线位置，进而获得准确的零点位置，避免由于在实际生产过程中，由于不同钢板的多次拼合，造成累计误差，并可根据拼合线的位置和方向，改变焊接头的零点位置和后续焊接及纠错工序中，所述焊接头的运动轨迹，从而使焊接头能沿拼合线方向移动，从而避免漏焊和错焊的问题；

（3）由于图像采集单元采集的对象为示位单元投射形成的指示线，采集难度较低，并且通过判断指示线与拼合线之间的距离d，以判断焊接头在焊接及纠错工序中，其运动轨迹是否满足公差要求，因此对于数据后处理的难度较低，进而同时降低硬件和软件成本，从而满足大规模的生产需要。

值得一提的是，判断焊接头的运动轨迹是否满足公差要求包括以下两种方式：在初定位工序中，获得的拼合线位置可以储存在微处理器（MCU）的寄存器中，从而方便后续比较指示线与拼合线的距离d是否发生改变；或者通过在初定位工序中，获得的指示线位置和方向作为所述示位单元的模拟运动轨迹储存在微处理器（MCU）的寄存器中，并在焊接及纠错工序，获得的指示线位置和方向作为所述示位单元的真实运动轨迹，通过判断在两个工序中获得的指示线的相对位置关系（比如距离），来判断示位单元的运动轨迹是否满足公差要求，由于在焊接及纠错工序中，示位单元与焊接头同步运动并保持相对静止，因此可以通过判断示位单元的运动轨迹来判断焊接头的运动轨迹是否满足公差要求。

另外设置d>0，可以增加本申请的视觉检测防错系统运动的稳定性和可靠性，由于焊接过程中，焊接头会发出激光并产生弧光和高热烟尘，从而在焊缝（也即拼合线位置）处形成较大的干扰，从而影响图像采集单元采集到的原始数据，通过控制指示线与拼合线平行并保持其与拼合线一定的间距，从而减少弧光和高热烟尘的干扰，并且根据焊接钢板100的种类和焊接头提供的能量不同，控制不同的间距d，从而使得本申请的视觉检测防错系统的耐用性和可靠性大幅度提升。

进一步优选，所述示位单元包括光源组件，所述光源组件包括激光发射器和反射组件，所述反射组件可转动地设置在所述光源组件内，所述激光发射器适于产生激光并通过所述反射组件投射到所述钢板表面并形成光点，所述图像采集单元适于采集在所述钢板上形成的多个离散的光点，并拟合形成所述指示线。值得一提的是，图像采集单元采集在钢板上形成的多个离散的光点，并拟合形成指示线，因此需要控制图像采集单元的快门间隔和反射组件的旋转周期不同，从而保证图像采集单元采集的多个光点不会停留在某一特定位置，造成拟合指示线失败的问题。

进一步优选，所述光源组件包括光源壳体，所述激光发射器和所述反射组件均设置在所述光源壳体内，所述光源壳体的中部设置有透光部，所述激光适于穿过所述透光部并投射到所述钢板表面，所述示位单元包括动力组件，所述动力组件的外部包裹设置有动力壳体，所述光源壳体可拆卸地连接在所述动力壳体上，所述动力壳体内设置有输出端，所述输出端适于驱动所述反射组件转动。

进一步优选，所述反射组件包括一体成型的透射体和反射体，所述反射体为片状，且所述反射体的正反面均为用于反射光线的反射面，所述透射体为透明材质，且所述透射体具有两组并分别抵触所述反射体的正反面，所述反射组件为圆柱形，且所述反射组件的轴线位于水平面上，所述反射组件的两端沿轴向设置有反射驱动轴，所述反射驱动轴可拆卸地连接在所述输出端，所述输出端适于驱动所述反射驱动轴转动进而驱动所述反射组件转动。

进一步优选，所述光源组件包括第一光源组件和第二光源组件，所述第一光源组件和所述第二光源组件内均分别设置所述激光发射器和所述反射组件，所述指示线包括第一指示线和第二指示线，所述第一指示线平行于所述拼合线设置，所述第二指示线垂直于所述拼合线设置，所述图像采集单元适于采集所述第一光源组件和所述第二光源组件在所述钢板上产生的多个离散光点，并分别拟合形成所述第一指示线和所述第二指示线。

进一步优选，所述输出端包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端设置在所述动力壳体的左侧或右侧，所述第二输出端设置在所述动力壳体的顶部，所述第一光源组件内的所述反射组件与所述第一输出端连接，所述第二光源组件内的所述反射组件与所述第二输出端连接，且所述第一光源组件内的所述反射组件的轴线位于水平面上并与所述拼合线垂直，所述第二光源组件内的所述反射组件的轴线位于水平面上并与所述拼合线平行。

进一步优选，所述动力壳体内包括第一锥齿轮、第二锥齿轮和动力源，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮相互啮合，且所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮的轴线均位于水平面内，所述动力源适于驱动所述第一锥齿轮转动，并带动所述第二锥齿轮转动，所述第一锥齿轮上同轴安装有第一输出轴，所述第一输出端设置在所述第一输出轴上，所述第一输出轴的端部设置有花键，所述反射驱动轴的一端设置与所述花键匹配的花键套，所述反射驱动轴通过所述花键套和所述花键与所述第一输出轴可拆卸地连接；所述第二锥齿轮上同轴设置有第一传动齿轮，所述第二锥齿轮适于带动所述第一传动齿轮转动，所述第二输出端设置在所述第一传动齿轮上，所述第二光源组件内设置有可与所述第一传动齿轮啮合的第二传动齿轮，所述第二传动齿轮适于带动所述反射驱动轴转动，从而带动所述反射组件转动。

进一步优选，所述示位单元的底部设置有转动底座，所述转动底座适于驱动所述示位单元绕竖直轴转动，并使所述指示线绕所述竖直轴转动。

进一步优选，所述图像采集单元的曝光时间为t，所述反射组件旋转的周期为T，满足t＞nT，且n≥3。

进一步优选，所述视觉检测防错系统还包括感应组件，所述感应组件上具有一感应光信号的感应器，所述感应器上设置有感应面，所述感应面的法线与所述拼合线平行，且所述感应器的高度高于所述示位单元设置，所述示位单元适于向所述感应面发出光线，通过记录所述示位单元发出的光线与水平面之间的夹角α以及所述示位单元与所述感应面之间的距离，从而得出所述示位单元的真实位置坐标，并与虚拟位置坐标进行比对，从而进行在线纠错；所述感应组件具有两组，并设置在所述钢板的前后两侧，两组所述感应组件上的所述感应器的连线平行于所述拼合线设置。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

（1）由于激光拼焊过程中，激光焊接产生的弧光、烟尘等容易造成图像采集单元的干扰，使得采集的原始数据偏差，本申请的示位单元可以产生指示线，其抗干扰能力更强，即使一部分被遮挡或者干扰，造成图像采集单元采集到的数据出现缺损等问题，由于指示线为直线，因此可以将未被干扰能清晰识别的指示线连接，从而得到完整的指示线，从而避免在焊接过程中的其他因素干扰，使得本申请的视觉检测防错系统的抗干扰能力更强，更有利于在线检测，并且由于指示线的抗干扰能力更强，因此对环境光等要求更低，更有利在工厂布置和使用，并且可以加设在现有产线上，降低布置和使用成本；

（2）由于设置了初定位工序，而在初定位工序中，焊接头并不工作，不会产生弧光和烟尘影响，因此可以利用图像采集单元获取精准的拼合线位置，进而获得准确的零点位置，避免由于在实际生产过程中，由于不同钢板的多次拼合，造成累计误差，并可根据拼合线的位置和方向，改变焊接头的零点位置和后续焊接及纠错工序中，所述焊接头的运动轨迹，从而使焊接头能沿拼合线方向移动，从而避免漏焊和错焊的问题；

（3）由于图像采集单元采集的对象为示位单元投射形成的指示线，采集难度较低，并且通过判断指示线与拼合线之间的距离d，以判断焊接头在焊接及纠错工序中，其运动轨迹是否满足公差要求，因此对于数据后处理的难度较低，进而同时降低硬件和软件成本，从而满足大规模的生产需要。

附图说明

图1为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图。

图2为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的俯视图，展示了指示线。

图3为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的俯视图，展示了焊接头移动到零位。

图4为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了示位单元旋转。

图5为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了焊接头进行焊接工序。

图6为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的图2中A位置的局部放大图，展示了指示线。

图7为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的图5中B位置的局部放大图，展示了拼合线和指示线。

图8为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了拼合的离散光点。

图9为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了离散光点拟合成直线。

图10为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了指示线。

图11为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了光源组件。

图12为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的爆炸图，展示了第一光源组件和第二光源组件。

图13为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了透光部。

图14为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的第一光源组件的爆炸图。

图15为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的反射组件的爆炸图。

图16为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了第一指示线和第二指示线。

图17为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了一部分信息缺损的光点。

图18为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了拟合形成的第一指示线和第二指示线。

图19为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了第二光源组件。

图20为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的第二光源组件的爆炸图。

图21为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的动力组件的示意图。

图22为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了感应组件。

图23为本申请的视觉检测防错系统的一种实施例的示意图，展示了感应组件的工作原理。

图中：1、图像采集单元；2、示位单元；21、动力组件；211、输出端；2111、第一输出端；2112、第二输出端；212、动力壳体；213、第一锥齿轮；2131、第一输出轴；2131a、花键；214、第二锥齿轮；215、第一传动齿轮；216、动力源；22、光源组件；221、激光发射器；222、反射组件；2221、透射体；2222、反射体；2223、反射驱动轴；2223a、花键套；223、第一光源组件；224、第二光源组件；2241、第二传动齿轮；2241a、手柄轴；225、光源壳体；2251、透光部；23、转动底座；3、指示线；31、第一指示线；32、第二指示线；4、感应组件；41、感应器；411、感应面；5、光点；100、钢板；101、拼合线；200、焊接头。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、 “横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

发明人进一步研究现有的视觉检测系统存在难以进行在线检测、购买成本高、稳定性差的原因，发现：

（1）现有的视觉检测系统通常需要采用辅助光源对被照射位置进行打光，从而方便图像采集单元1获取焊缝的图像以及位置，但是在激光拼焊领域，由于在焊接过程中会产生弧光和飞溅，从而使得图像采集单元1获取的图像被干扰，无法获得清晰的高亮区域，因此无法获得完整的焊缝图像，因此造成难以进行在线检测的问题；

（2）并且获取图像后，对后续的数据处理成本较高，对算法的要求也较高，从而增加了硬件（MCU成本）和软件（算法研发成本）费用，另外如果配设有多条流水线，需要增设硬件以满足对大量数据处理及分析的需要，并且由于数据处理量大，而焊接工序较短，为满足在线检测的需要，对MCU的处理性能提出了更高的要求，造成制造成本的飙升；

（3）另外视觉检测系统特别是对焊缝追踪的视觉检测系统，其对环境光的要求较高，焊接过程的弧光、车间内的环境光以及辅助光源的灯光变化，均有可能导致拍摄的图像出现变化或色差，导致无法得到精准的原数据，进而影响最终视觉检测防错系统运动的稳定性和耐用性，并且使该系统的适用性变差，无法满足大规模，成批量的使用。

据此，本申请的发明人开发了一种视觉检测防错系统，其一种实施例如图1至图23所示，包括焊接头200、图像采集单元1和示位单元2，焊接头200设置在待焊接的钢板100的上方，并沿钢板100的拼合线101方向移动，进而形成焊缝，图像采集单元1设置在待焊接的钢板100的上方，示位单元2可转动地设置在焊接头200上，且示位单元2的转动轴沿上下方向设置；当需要进行焊接时，先进行初定位工序，焊接头200移动到零位并带动示位单元2同步运动，随后示位单元2发生转动，并在钢板100上投射形成一指示线3，通过图像采集单元1采集拼合线101和指示线3的图像，并控制示位单元2转动，从而使得指示线3与拼合线101平行，进而得到示位单元2的模拟运动轨迹，指示线3与拼合线101之间具有间距d，满足d＞0；随后进行焊接及纠错工序，示位单元2适于与焊接头200同步运动并保持相对静止，焊接头200沿拼合线101运动并形成焊缝，图像采集单元1采集指示线3的位置，并根据指示线3的位置得到示位单元2的真实运动轨迹，进而判断焊接头200的运动轨迹是否正确，并进行在线纠错。

在线纠错指的是，视觉检测防错系统能在焊接头200进行焊接工序时，一边进行焊接，一边检测焊缝的位置，从而确保焊缝能沿拼合线101设置，并确保钢板100之间的焊接强度和焊接精度，当焊缝轨迹出错时，能及时通过视觉检测防错系统发现错误，并及时通过控制单元控制焊接头200改变位置，进而进行防错纠错的目的。在这个具体的实施例中，图像采集单元1可以为常用的工业相机，并配合使用CCD或者CMOS感光芯片，实现对指示线3以及拼合线101的采集。零位即为焊接开始位置，也即焊缝的起点，获取零位的坐标有多种方式，比如在每次拼合钢板100后，使拼合线101始终处于固定位置，从而使得拼合线101的起点坐标固定，进而得到准确的零位坐标；也可以利用视觉识别方式获得拼合线101的起点，识别焊缝起点为现有技术，并且现有技术中有多种技术手段能达成该目的，因此此处不在赘述。

值得一提的是，本申请的发明人发现在平板拼焊领域，拼合线101为直线，并且位于水平面上，该拼合线101平行与前后方向或者与前后方向形成一定的夹角。另外在平板拼焊领域出现漏焊错焊等问题的原因主要在于：多次安装待拼合的钢板100后，容易出现累计误差，造成拼合线101的位置出现偏移；在焊接过程中，焊接头200的运动轨迹可能由于机械磨损或者传动误差等问题，造成轨迹不稳定，从而造成焊缝偏离拼合线101的问题。因此在初定位工序中，使指示线3与拼合线101平行，进而确保在焊接及纠错工序中，焊接头200在运行的过程中，拼合线101和指示线3的相对距离保持不变，或者在一个合理的公差范围内波动，使得在焊接头200运行稳定的前提下，焊缝的质量和位置都可以得到保证；进而确保焊缝的位置能在公差范围内，从而避免错焊或者漏焊的问题。另外还可以设置本申请的视觉检测防错系统在一定公差范围内工作，即如果指示线3的位置在公差范围内，不进行纠错，超过一定范围即进行报警和纠错，从而使得本申请的视觉检测防错系统的运行的稳定性增加，并且可以根据需要实现精度的调节，从而避免在非高精度要求的焊接过程中，造成焊接效率降低等问题。

初定位工序如图3至图4所示，此时焊接头200运动，从而带动示位单元2同步运动并保持与焊接头200的相对静止，直到焊接头200处于零位；此时使示位单元2工作并产生指示线3，根据图像采集单元1采集到的拼合线101和指示线3之间的角度差，进而控制示位单元2转动，使得指示线3平行于拼合线101设置，如图4所示，并控制指示线3和拼合线101之间具有间距d，并满足d＞0，也即指示线3和拼合线101不能共线，此时指示线3的方向为示位单元2的模拟运动轨迹；随后进行焊接及纠错工序，此时驱动焊接头200沿图5中箭头方向所示运动，并使焊接头200沿拼合线101开始焊接，此时通过图像采集单元1采集指示线3的位置，并得到指示线3的真实运动轨迹，由于指示线3由示位单元2的产生，因此指示线3也可以作为示位单元2的真实运动轨迹的判断依据，根据公差要求并判断是否需要控制单元介入，并控制指示线3的位置，使之满足公差要求。

本申请的发明人开发的视觉检测防错系统，具有以下优点：

（1）由于激光拼焊过程中，激光焊接产生的弧光、烟尘等容易造成图像采集单元1的干扰，使得采集的原始数据偏差，本申请的示位单元2可以产生指示线3，其抗干扰能力更强，即使一部分被遮挡或者干扰，造成图像采集单元1采集到的数据出现缺损等问题，由于指示线3为直线，因此可以将未被干扰能清晰识别的指示线3连接，从而得到完整的指示线3，从而避免在焊接过程中的其他因素干扰，使得本申请的视觉检测防错系统的抗干扰能力更强，更有利于在线检测，并且由于指示线3的抗干扰能力更强，因此对环境光等要求更低，更有利在工厂布置和使用，并且可以加设在现有产线上，降低布置和使用成本；

（2）由于设置了初定位工序，而在初定位工序中，焊接头200并不工作，不会产生弧光和烟尘影响，因此可以利用图像采集单元1获取精准的拼合线101位置，进而获得准确的零点位置，避免由于在实际生产过程中，由于不同钢板100的多次拼合，造成累计误差，并可根据拼合线101的位置和方向，改变焊接头200的零点位置和后续焊接及纠错工序中，所述焊接头200的运动轨迹，从而使焊接头200能沿拼合线101方向移动，从而避免漏焊和错焊的问题；

（3）由于图像采集单元1采集的对象为示位单元2投射形成的指示线3，采集难度较低，并且通过判断指示线3与拼合线101之间的距离d，以判断焊接头200在焊接及纠错工序中，其运动轨迹是否满足公差要求，因此对于数据后处理的难度较低，进而同时降低硬件和软件成本，从而满足大规模的生产需要。

值得一提的是，判断焊接头200的运动轨迹是否满足公差要求包括以下两种方式：在初定位工序中，获得的拼合线101位置可以储存在微处理器（MCU）的寄存器中，从而方便后续比较指示线3与拼合线101的距离d是否发生改变；或者通过在初定位工序中，获得的指示线3位置和方向作为示位单元2的模拟运动轨迹储存在微处理器（MCU）的寄存器中，并在焊接及纠错工序，获得的指示线3位置和方向作为示位单元2的真实运动轨迹，通过判断在两个工序中获得的指示线3的相对位置关系（比如距离），来判断示位单元2的运动轨迹是否满足公差要求，由于在焊接及纠错工序中，示位单元2与焊接头200同步运动并保持相对静止，因此可以通过判断示位单元2的运动轨迹来判断焊接头200的运动轨迹是否满足公差要求。

另外设置d>0，可以增加本申请的视觉检测防错系统运动的稳定性和可靠性，由于焊接过程中，焊接头200会发出激光并产生弧光和高热烟尘，从而在焊缝（也即拼合线101位置）处形成较大的干扰，从而影响图像采集单元1采集到的原始数据，通过控制指示线3与拼合线101平行并保持其与拼合线101一定的间距，从而减少弧光和高热烟尘的干扰，并且根据焊接钢板100的种类和焊接头200提供的能量不同，控制不同的间距d，从而使得本申请的视觉检测防错系统的耐用性和可靠性大幅度提升。

具体来说，如图10所示（为便于理解，拼合线101的位置未示出），两条虚线代表了此次焊接工序中，能接受的公差范围，当示位单元2产生的指示线3位于两条虚线的范围内时，代表焊接形成的焊缝满足公差范围，此时不需要控制单元介入；当示位单元2产生的指示线3不在两条虚线的范围内时，此时焊缝不满足公差范围，属于错焊或者漏焊，此时需要控制单元介入，并对焊接头200的运动轨迹进行在线纠正，从而使得示位单元2的轨迹发生变化，并使示位单元2产生的指示线3再次位于两条虚线所形成的范围内。

进一步优选，如图5至图10和图14所示，示位单元2包括光源组件22，光源组件22包括激光发射器221和反射组件222，反射组件222可转动地设置在光源组件22内，激光发射器221适于产生激光并通过反射组件222投射到钢板100表面并形成光点5，图像采集单元1适于采集在钢板100上形成的多个离散的光点5，并拟合形成指示线3。值得一提的是，图像采集单元1采集在钢板100上形成的多个离散的光点5，并拟合形成指示线3，因此需要控制图像采集单元1的快门间隔和反射组件222的旋转周期不同，从而保证图像采集单元1采集的多个光点5不会停留在某一特定位置，造成拟合指示线3失败的问题。

本申请的示位单元2通过激光发射器221和可转动地反射组件222，从而在钢板100上投射形成光点5，虽然反射组件222的转动是一个连续过程，但是图像采集单元1采集的单幅静止图像上，仅包括一个光点5，此时通过MCU来将多幅图像中的光点5拟合形成完整的指示线3，相对于之间使用示位单元2投射形成指示线3的方法，本申请采用拟合离散光点5形成拟合指示线3的方式，具有以下优点：如果直接产生指示线3，长度有限，如果投射的距离过远容易出现亮度下降的问题，并且造成图像采集单元1采集到的图像质量较差，难以准确识别指示线3的位置；并且直接产生指示线3，机构较为复杂，并且容易出现漏光等问题，后期由于弧光或者环境光的影响造成图像采集单元1难以采集到有效数据；而本申请的光源组件22适于产生光点5，并通过图像采集单元1采集到的离散光点5拟合成直线，其抗干扰能力更强，并且可以通过增加激光发射器221功率的方法，来增加光点5的亮度，使图像采集单元1的识别率更高，并且通过计算机拟合形成的直线其精度更高，对数据的处理也更加简单，如果为完整指示线其在焊接头200动作的过程中，可能出现扭曲变形的问题，造成后期图像处理的过程中，去噪算法复杂，不利于现场大规模的开发和使用。

另外，值得一提的是，本申请的视觉检测防错系统，可以采用以下方式快速获得拟合的指示线3，在一个取样周期内，取得多个离散的光点5位置，并将多个光点5位置显示在一张图中（如图8所示），通过在初步定位工序中，获得的与拼合线101平行的指示线3，并且将该指示线3作为标记指示线3，随后沿左右方向移动标记指示线3的位置，使之与尽可能多的离散点拟合，如图9所示（具体拟合率多少为佳可以根据需要的焊接精度进行调整），随后确定拟合的指示线3位置，并判断其是否处于焊接公差允许的范围内（如图10所示）。

进一步优选，如图11和图12所示，光源组件22包括光源壳体225，激光发射器221和反射组件222均设置在光源壳体225内，光源壳体225的中部设置有透光部2251，激光适于穿过透光部2251并投射到钢板100表面，示位单元2包括动力组件21，动力组件21的外部包裹设置有动力壳体212，光源壳体225可拆卸地连接在动力壳体212上，动力壳体212内设置有输出端211，输出端211适于驱动反射组件222转动。设置光源壳体225以及动力壳体212是使本申请的视觉检测防错系统的集成性更好，并可以根据需要拆装所述光源组件22或者动力组件21从而实现对故障元件的替换和维修。并且采用光源壳体225，并使激光发射器221和反射组件222均设置在光源壳体225内，可以使得当光源组件22出现光衰后及时进行更换，其更换成本和更换时间都大大减少。

进一步优选，如图13至图15所示，反射组件222包括一体成型的透射体2221和反射体2222，反射体2222为片状，且反射体2222的正反面均为用于反射光线的反射面，透射体2221为透明材质，且透射体2221具有两组并分别抵触反射体2222的正反面，反射组件222为圆柱形，且反射组件222的轴线位于水平面上，反射组件222的两端沿轴向设置有反射驱动轴2223，反射驱动轴2223可拆卸地连接在输出端211，输出端211适于驱动反射驱动轴2223转动进而驱动反射组件222转动。值得一提的是，透射体2221为透明材质可以方便激光发射器221产生的激光光束穿过透射体2221并投射到反射体2222上，并通过反射体2222的反射从而穿过透光部2251投射到钢板100上，并形成光点5。

进一步优选，如图12所示，光源组件22包括第一光源组件223和第二光源组件224，第一光源组件223和第二光源组件224内均分别设置激光发射器221和反射组件222，指示线3包括第一指示线31和第二指示线32，第一指示线31平行于拼合线101设置，第二指示线32垂直于拼合线101设置，图像采集单元1适于采集第一光源组件223和第二光源组件224在钢板100上产生的多个离散光点5，并分别拟合形成第一指示线31和第二指示线32。

通过第一光源组件223和第二光源组件224用于产生多个光点5，可以使拟合出来的指示线3的精度更高，并更大的提升图像的抗干扰程度，减少噪点的影响，并使反应速度更快，更有利于在线检测的目的。如图17所示，在焊接过程中，由于弧光、烟尘以及周围环境光的影响，可能造成部分离散光点5的数据缺失，但是由于图像采集单元1分别采集第一光源组件223和第二光源组件224产生的光点5，其采集的源数据量增加，进而使得拟合的第一指示线31和第二指示线32的精度更好，更不容易受到环境干扰。

值得一提的是，拟合获得第一指示线31和第二指示线32的方法和上述直接获得单一指示线3的方法类似，通过在初步定位工序中获得的指示线3的位置和走向，并标定形成标记第一指示线31和标记第二指示线32，随后平行移动标记第一指示线31和标记第二指示线32使其与尽可能多的第一光源组件223和第二光源组件224产生的离散光点5拟合，并形成最终第一指示线31和第二指示线32。并且还可以根据第一指示线31和第二指示线32的交点位置确定示位单元2的具体坐标，从而实现对示位单元2所处位置的精准标记，进而实现更加精准的控制，使本申请的视觉检测防错系统可以应用在更高精度的焊接需求中。设置第一指示线31和第二指示线32相互垂直，可以降低MCU的计算量，使在线检测的反应精度和检测精度进一步提高。

进一步优选，如图12、图19和图20所示，输出端211包括第一输出端2111和第二输出端2112，第一输出端2111设置在动力壳体212的左侧或右侧，第二输出端2112设置在动力壳体212的顶部，第一光源组件223内的反射组件222与第一输出端2111连接，第二光源组件224内的反射组件222与第二输出端2112连接，且第一光源组件223内的反射组件222的轴线位于水平面上并与拼合线101垂直，第二光源组件224内的反射组件222的轴线位于水平面上并与拼合线101平行。

在这个具体的实施例中，第一光源组件223内的反射组件222的轴线沿左右方向设置，在初步定位工序后，其会与拼合线101垂直，第二光源组件224内的反射组件222的轴线沿前后方向设置，在初步定位工序后，其会与拼合线101平行，当反射组件222与拼合线101垂直时，其反射产生的光点5拟合形成的第一指示线31其与拼合线101平行；当反射组件222与拼合线101平行时，其发射产生的光点5拟合形成的第二指示线32，其会与拼合线101垂直。采用如此结构，可以使本申请的示位单元2的结构更加简单紧凑，并且使本申请的示位单元2的制造和加工成本更低，维修成本也可更低。

进一步优选，如图12和图21所示，动力壳体212内包括第一锥齿轮213、第二锥齿轮214和动力源216，第一锥齿轮213和第二锥齿轮214相互啮合，且第一锥齿轮213和第二锥齿轮214的轴线均位于水平面内，动力源216适于驱动第一锥齿轮213转动，并带动第二锥齿轮214转动，第一锥齿轮213上同轴安装有第一输出轴2131，第一输出端2111设置在第一输出轴2131上，第一输出轴2131的端部设置有花键2131a，反射驱动轴2223的一端设置与花键2131a匹配的花键套2223a，反射驱动轴2223通过花键套2223a和花键2131a与第一输出轴2131可拆卸地连接；第二锥齿轮214上同轴设置有第一传动齿轮215，第二锥齿轮214适于带动第一传动齿轮215转动，第二输出端2112设置在第一传动齿轮215上，第二光源组件224内设置有可与第一传动齿轮215啮合的第二传动齿轮2241，第二传动齿轮2241适于带动反射驱动轴2223转动，从而带动反射组件222转动。如图12所示，可以在动力壳体212的中部设置透光部2251，从而方便第二光源组件224发射的光线穿过透光部2251投射在钢板100表面。

值得一提的是，使动力组件21分别具有第一输出端2111和第二输出端2112，并使第一输出端2111的位置第二输出端2112的位置不同，在现有技术中有多种实施方式，上述展示了只是一种优选的实施方式，这种实施方式可以减少本申请的动力组件21的体积，使之集成性能更好，并且使该动力组件21的结构更加紧凑。

值得一提的是，第二光源组件224还包括与第二传动齿轮2241同轴设置的手柄轴2241a，手柄轴2241a适于带动第二传动齿轮2241转动，并使第一传动齿轮215和第二传动齿轮2241处于啮合状态。设置手柄轴2241a可以更方便的控制第二传动齿轮2241转动，并方便实现第一传动齿轮215和第二传动齿轮2241的啮合，方便使第二光源组件224和动力组件21处于连接状态。

另外，如图14所示，对于第一光源组件223而言，可以使激光发射器221和反射组件222的轴线相互垂直，进而减少第一光源组件223的体积；如图20所示，对于第二光源组件224而言，可以使激光发射器221和反射组件222的轴线相互平行，进而减少第二光源组件224的体积，利用具有一定角度的反射镜，从而改变激光发射器221产生的光线，使其能照射在反射组件222上，光线路径如图20中虚线箭头方向所示。

进一步优选，如图12所示，示位单元2的底部设置有转动底座23，转动底座23适于驱动示位单元2绕竖直轴转动，并使指示线3绕竖直轴转动。在这个具体的实施例中，可以采用盘式伺服电机来控制转动底座23转动，从而使得转动底座23的转动角度控制更加精准，并有效减少纵向体积。

进一步优选，图像采集单元1的曝光时间为t，反射组件222旋转的周期为T，满足t＞nT，且n≥3。利用长曝光技术可以直接使离散的光点5形成拟合的指示线3，从而减少MCU处理数据的量，并且利用长曝光技术会使图像采集单元1的进光量增加，从而使得采集的图像照片变量，从而抵抗实际生产过程中光线不足需要补光等问题。

进一步优选，如图22和图23所示，视觉检测防错系统还包括感应组件4，感应组件4上具有一感应光信号的感应器41，感应器41上设置有感应面411，感应面411的法线与拼合线101平行，且感应器41的高度高于示位单元2设置，示位单元2适于向感应面411发出光线，通过记录示位单元2发出的光线与水平面之间的夹角α以及示位单元2与感应面411之间的距离，从而得出示位单元2的真实位置坐标，并与虚拟位置坐标进行比对，从而进行在线纠错；感应组件4具有两组，并设置在钢板100的前后两侧，两组感应组件4上的感应器41的连线平行于拼合线101设置。

使感应器41的高度高于示位单元2，可以减少焊烟的干扰以及焊接热的影响，从而更方便的接受到示位单元发出的光线。另外可以在感应面411上设置多个光线反射或者接受位置，以保证示位单元2产生的光线能够被感应面411接受或者反射。

值得一提的是，示位单元2与感应面411之间的距离L具有两种不同的传感器可以实现该功能，其一是，光从发射端（示位单元）传输并发送到传感器另一端的接收端（感应器41），通过波长、强度、相位、偏振的变化来检测发射端和接收端之间的距离；其二，是在感应器41上设置反射部件，而在示位单元2上设置发射端和接收端，通过发射光和接受光的时间差，来判断示位单元2与感应面411之间的距离L。另外通过记录示位单元2发出的光线与水平面之间的夹角α，通过公式X=Lcosα，来获得准确的X值，也即示位单元2沿拼合线101运动距离。在焊接过程中，普通的红外线位移传感器容易失效，受到焊烟、光线和热量影响，干扰较大，无法准确获得位置坐标，因此设置感应组件4和示位单元2配合，实现对示位单元2沿拼合线101运动的具体坐标的精准测量。通过获取的示位单元2的精准坐标与图像采集单元1计算得出的第一指示线31和第二指示线32的交点获得的模拟坐标进行比较，从而取得一定的补偿量，使本申请的检测精度进一步提升。另外，还可以通过加设两组感应组件4，获得两组X值，进而进一步提升示位单元2沿拼合线101运动的具体坐标的精准测量。

在本申请中，当光源组件22为激光发射器221和反射组件222时，并产生离散的光点5中，由于反射组件222在不断转动，因此除了会投射形成指示线3外，还可以使光点5投射到感应组件4上，进而实现示位单元2沿拼合线101运动距离的测量，进而确定示位单元2的具体坐标位置。

本申请的视觉检测防错系统，具有多种不同的精度变化，当精度要求较低时，可以通过单一的示位单元2和图像采集单元1形成在线检测；当精度要求提升时，可以使用两组光源组件22配合图像采集单元1形成在线检测；当精度要求进一步提升时，通过加入感应组件4，在不改变现有示位单元2的结构下，实现检测精度的进一步提升。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种视觉检测防错系统，其特征在于：包括焊接头、图像采集单元和示位单元，所述焊接头设置在待焊接的钢板的上方，并沿所述钢板的拼合线方向移动，进而形成焊缝，所述图像采集单元设置在待焊接的钢板的上方，所述示位单元可转动地设置在所述焊接头上，且所述示位单元的转动轴沿上下方向设置；当需要进行焊接时，先进行初定位工序，所述焊接头移动到零位并带动所述示位单元同步运动，随后所述示位单元发生转动，并在所述钢板上投射形成一指示线，通过所述图像采集单元采集所述拼合线和所述指示线的图像，并控制所述示位单元转动，从而使得所述指示线与所述拼合线平行，进而得到所述示位单元的模拟运动轨迹，所述指示线与所述拼合线之间具有间距d，满足d＞0；随后进行焊接及纠错工序，所述示位单元适于与所述焊接头同步运动并保持相对静止，所述焊接头沿所述拼合线运动并形成焊缝，所述图像采集单元采集所述指示线的位置，并根据所述指示线的位置得到所述示位单元的真实运动轨迹，进而判断所述焊接头的运动轨迹是否正确，并进行在线纠错。

2.如权利要求1所述的一种视觉检测防错系统，其特征在于：所述示位单元包括光源组件，所述光源组件包括激光发射器和反射组件，所述反射组件可转动地设置在所述光源组件内，所述激光发射器适于产生激光并通过所述反射组件投射到所述钢板表面并形成光点，所述图像采集单元适于采集在所述钢板上形成的多个离散的光点，并拟合形成所述指示线。

3.如权利要求2所述的一种视觉检测防错系统，其特征在于：所述光源组件包括光源壳体，所述激光发射器和所述反射组件均设置在所述光源壳体内，所述光源壳体的中部设置有透光部，所述激光适于穿过所述透光部并投射到所述钢板表面，所述示位单元包括动力组件，所述动力组件的外部包裹设置有动力壳体，所述光源壳体可拆卸地连接在所述动力壳体上，所述动力壳体内设置有输出端，所述输出端适于驱动所述反射组件转动。

4.如权利要求3所述的一种视觉检测防错系统，其特征在于：所述反射组件包括一体成型的透射体和反射体，所述反射体为片状，且所述反射体的正反面均为用于反射光线的反射面，所述透射体为透明材质，且所述透射体具有两组并分别抵触所述反射体的正反面，所述反射组件为圆柱形，且所述反射组件的轴线位于水平面上并与所述拼合线垂直，所述反射组件的两端沿轴向设置有反射驱动轴，所述反射驱动轴可拆卸地连接在所述输出端，所述输出端适于驱动所述反射驱动轴转动进而驱动所述反射组件转动。

5.如权利要求4所述的一种视觉检测防错系统，其特征在于：所述光源组件包括第一光源组件和第二光源组件，所述第一光源组件和所述第二光源组件内均分别设置所述激光发射器和所述反射组件，所述指示线包括第一指示线和第二指示线，所述第一指示线平行于所述拼合线设置，所述第二指示线垂直于所述拼合线设置，所述图像采集单元适于采集所述第一光源组件和所述第二光源组件在所述钢板上产生的多个离散光点，并分别拟合形成所述第一指示线和所述第二指示线。

6.如权利要求5所述的一种视觉检测防错系统，其特征在于：所述输出端包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端设置在所述动力壳体的左侧或右侧，所述第二输出端设置在所述动力壳体的顶部，所述第一光源组件内的所述反射组件与所述第一输出端连接，所述第二光源组件内的所述反射组件与所述第二输出端连接，且所述第一光源组件内的所述反射组件的轴线位于水平面上，所述第二光源组件内的所述反射组件的轴线位于水平面上并与所述拼合线平行。

7.如权利要求6所述的一种视觉检测防错系统，其特征在于：所述动力壳体内包括第一锥齿轮、第二锥齿轮和动力源，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮相互啮合，且所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮的轴线均位于水平面内，所述动力源适于驱动所述第一锥齿轮转动，并带动所述第二锥齿轮转动，所述第一锥齿轮上同轴安装有第一输出轴，所述第一输出端设置在所述第一输出轴上，所述第一输出轴的端部设置有花键，所述反射驱动轴的一端设置与所述花键匹配的花键套，所述反射驱动轴通过所述花键套和所述花键与所述第一输出轴可拆卸地连接；所述第二锥齿轮上同轴设置有第一传动齿轮，所述第二锥齿轮适于带动所述第一传动齿轮转动，所述第二输出端设置在所述第一传动齿轮上，所述第二光源组件内设置有可与所述第一传动齿轮啮合的第二传动齿轮，所述第二传动齿轮适于带动所述反射驱动轴转动，从而带动所述反射组件转动。

8.如权利要求2所述的一种视觉检测防错系统，其特征在于：所述示位单元的底部设置有转动底座，所述转动底座适于驱动所述示位单元绕竖直轴转动，并使所述指示线绕所述竖直轴转动。

9.如权利要求2所述的一种视觉检测防错系统，其特征在于：所述图像采集单元的曝光时间为t，所述反射组件旋转的周期为T，满足t＞nT，且n≥3。

10.如权利要求1所述的一种视觉检测防错系统，其特征在于：所述视觉检测防错系统还包括感应组件，所述感应组件上具有一感应光信号的感应器，所述感应器上设置有感应面，所述感应面的法线与所述拼合线平行，且所述感应器的高度高于所述示位单元设置，所述示位单元适于向所述感应面发出光线，通过记录所述示位单元发出的光线与水平面之间的夹角α以及所述示位单元与所述感应面之间的距离，从而得出所述示位单元的真实位置坐标，并与虚拟位置坐标进行比对，从而进行在线纠错；所述感应组件具有两组，并设置在所述钢板的前后两侧，两组所述感应组件上的所述感应器的连线平行于所述拼合线设置。