CN208132231U - 一种焊缝识别跟踪装置及自动化焊接加工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种焊缝识别跟踪装置及自动化焊接加工设备，包括焊接平台及空间三维伺服组件，空间三维伺服组件上连接有结构光视觉传感检测组件及磁光传感检测组件，还包括图像处理模块，用于将结构光视觉传感检测组件和磁光传感检测组件各自获得的图像信息综合处理，并计算得到焊缝的形状与位置信息。结构光视觉传感组件发射激光条纹横跨于焊缝表面，通过图像处理算法提取焊缝的形状与位置信息，磁光传感检测组件获得包含焊缝处的磁场信息的光线，经处理后提取焊缝位置信息，通过两类不同传感技术的协同作用准确地实时地确定焊接工作过程中焊缝位置信息，通过三维伺服组件控制进行相应的运动，即可实现焊缝的精确跟踪。

Description

一种焊缝识别跟踪装置及自动化焊接加工设备

技术领域

本实用新型涉及焊接加工技术领域，更具体地说，涉及一种焊缝识别跟踪装置，还涉及一种自动化焊接加工设备。

背景技术

由于在焊接过程中，精确检测焊缝位置是实现焊接自动化的前提与关键。焊接是一种复杂的热加工工艺过程，工件在焊接过程中会发生热变形，同时会出现强烈的辐射、弧光、烟尘等干扰，使得在焊接过程中实现焊缝位置的精确检测相当困难。通常在进行激光焊接过程中，一般焊接不开坡口的微间隙焊缝，肉眼难以分辨，采用一般传感方法难以实现该类焊缝的识别和检测。

目前市场上常见的焊缝识别技术主要有以下几类：结构光视觉传感方法、红外传感方法、直接图像传感法，以及一些非视觉传感检测方法，包括：利用差动变压器作为检测垂直和水平方向偏差的传感器；根据焊缝间隙对声发射波传播有影响的现象，利用声发射-微处理器控制的焊缝检测系统；应用电弧传感器实现带有坡口的V形焊缝检测等

而以上种种传统的检测方法都有一定的局限性。如：结构光视觉传感法对于等厚平板对接焊缝，一般只能有效检测间隙大于0.1mm的焊缝，焊接前通常需要在对接焊缝表面处开微坡口，以使结构光在此处变形。但这无疑增加了加工成本、降低了焊接生产效率。而对于紧密对接、无坡口的焊缝，结构光几乎不产生变形，传统的结构光检测方法难以准确地识别该种类焊缝。红外传感方法难以获得层次分明的红外热像，且容易受环境干扰。直接图像传感法由于熔池变换剧烈且熔池处的焊缝已经融化，焊缝信息基本淹没，所以很难获取焊缝特征和位置信息。而非视觉传感检测方法在针对检测微小间隙焊缝时都有一定的局限性，并且检测精度相对较低。

综上所述，如何有效地解决目前焊缝的跟踪识别技术难以适应多变的工作状况，且识别精度不足等的技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的第一个目的在于提供一种焊缝识别跟踪装置，该焊缝识别跟踪装置的结构设计可以有效地解决目前焊缝的跟踪识别技术难以适应多变的工作状况，且识别精度不足等技术问题，本实用新型的第二个目的是提供一种包括上述焊缝识别跟踪装置的自动化焊接加工设备。

为了达到上述第一个目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种焊缝识别跟踪装置，包括焊接平台及设置于所述焊接平台上的空间三维伺服组件，所述空间三维伺服组件上连接有结构光视觉传感检测组件及磁光传感检测组件，所述结构光视觉传感检测组件用于发射横跨焊缝表面的激光条纹，并获取在所述激光条纹下的焊缝图像信息，所述磁光传感检测组件用于在磁场作用下对焊缝位置实时成像，所述焊缝识别跟踪装置还包括图像处理模块，用于将所述结构光视觉传感检测组件和磁光传感检测组件各自获得的图像信息综合处理，并计算得到焊缝的形状与位置信息。

优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述磁光传感检测组件包括用于发生磁场的磁场发生器，以及在磁场作用下成像的磁光成像传感器，所述磁光成像传感器包括偏振分光镜及相配合的电荷耦合器，所述电荷耦合器用于接收由所述偏振分光镜反射后的、包含焊缝处磁场信息的光线，并以此成像。

优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述空间三维伺服组件包括与所述焊接平台连接、用于推动所述焊接平台及工件进给的X轴伺服器，所述空间三维伺服组件还连接有用于执行焊接的焊接执行组件。

优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述结构光视觉传感检测组件和磁光传感检测组件均安装固定于集成壳体，所述集成壳体一侧通过壳体安装板与所述空间三维伺服组件连接。

优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述空间三维伺服组件还包括Z轴伺服器和Y轴伺服器，所述Z轴伺服器包括垂直于所述焊接平台设置的Z轴滑杆和安装固定于滑杆顶端的伺服电机，所述Y轴伺服器包括垂直于所述Z 轴滑杆、并与所述Z轴滑杆滑动连接的Y轴滑杆，所述Y轴滑杆的一侧与所述集成壳体安装固定，所述Y轴滑杆的一端设置有伺服电机，所述Y轴滑杆的另一端与所述焊接执行组件安装固定。

优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述结构光视觉传感检测组件包括设置于所述集成壳体顶部的结构光视觉传感器，所述集成壳体的底部与所述结构光视觉传感器对应的位置设置有用于透过结构光的结构光窗口。

优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述磁光成像传感器安装固定于所述集成壳体内，所述集成壳体的底部与所述磁光成像传感器对应的位置设置有磁光窗口，所述磁光窗口两侧对称的设置有磁极结构。

优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述结构光视觉传感器和所述磁光成像传感器均设置有伸出所述集成壳体顶面外的连接接头结构。

优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述空间三维伺服组件连接有控制各所述伺服电机工作从而控制焊接执行组件动作的主控器，所述主控器与所述图像处理模块连接，用于根据获得的焊缝的形状与位置信息控制焊接执行组件动作。

本实用新型提供的焊缝识别跟踪装置，包括焊接平台及设置于所述焊接平台上的空间三维伺服组件，所述空间三维伺服组件上连接有结构光视觉传感检测组件及磁光传感检测组件，所述结构光视觉传感检测组件用于发射横跨焊缝表面的激光条纹，并获取在所述激光条纹下的焊缝图像信息，所述磁光传感检测组件用于在磁场作用下对焊缝位置实时成像，所述焊缝识别跟踪装置还包括图像处理模块，用于将所述结构光视觉传感检测组件和磁光传感检测组件各自获得的图像信息综合处理，并计算得到焊缝的形状与位置信息。采用这种焊缝识别跟踪装置，首先结构光视觉传感组件发射激光条纹横跨于焊缝表面，通过图像处理算法提取焊缝的形状与位置信息，同时启动磁光传感检测组件，令其发生磁场，检测在该磁场的作用下产生磁光效应，以此获得包含焊缝处的磁场信息的光线，经处理后提取焊缝位置信息，通过两类不同传感技术的协同作用准确地实时地确定焊接工作过程中焊缝位置信息，结合两类传感技术各自的特点、以及不同的焊缝结构，选用适当的纠偏方式，以达到精确识别跟踪的效果；进一步如将得到的焊缝位置偏差信息，通过三维伺服组件控制焊接平台产生相应的运动，即可实现焊缝的精确跟踪。综上所述，本实用新型提供的焊缝识别跟踪装置有效地解决了目前焊缝的跟踪识别技术难以适应多变的工作状况，且识别精度不足等技术问题。

为了达到上述第二个目的，本实用新型还提供了一种自动化焊接加工设备，该自动化焊接加工设备包括上述任一种焊缝识别跟踪装置。由于上述的焊缝识别跟踪装置具有上述技术效果，具有该焊缝识别跟踪装置的自动化焊接加工设备且应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的焊缝识别跟踪装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的焊缝识别跟踪装置中的集成壳体位置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的焊缝识别跟踪装置中的集成壳体位置的底部结构示意图。

附图中标记如下：

结构光视觉传感器1、焊接平台2、X轴伺服器3、Z轴伺服器4、Y轴伺服器5、焊接执行组件6、壳体安装板7、集成壳体8、伺服电机9、滑杆10、安装连接板11、磁光成像传感器12、结构光视觉传感器固定板13、连接接头结构 14、结构光窗口15、磁光窗口16、磁极结构17、工件18。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种焊缝识别跟踪装置，以解决目前焊缝的跟踪识别技术难以适应多变的工作状况，且识别精度不足等技术问题。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图3，图1为本实用新型实施例提供的焊缝识别跟踪装置的整体结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的焊缝识别跟踪装置中的集成壳体位置的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的焊缝识别跟踪装置中的集成壳体位置的底部结构示意图。

本实用新型的实施例提供的焊缝识别跟踪装置，包括焊接平台及设置于所述焊接平台2上的空间三维伺服组件，所述空间三维伺服组件上连接有结构光视觉传感检测组件及磁光传感检测组件，所述结构光视觉传感检测组件用于发射横跨焊缝表面的激光条纹，并获取在所述激光条纹下的焊缝图像信息，所述磁光传感检测组件用于在磁场作用下对焊缝位置实时成像，所述焊缝识别跟踪装置还包括图像处理模块，用于将所述结构光视觉传感检测组件和磁光传感检测组件各自获得的图像信息综合处理，并计算得到焊缝的形状与位置信息。

本实施例采用这种焊缝识别跟踪装置，首先结构光视觉传感组件发射激光条纹横跨于焊缝表面，通过图像处理算法提取焊缝的形状与位置信息，同时启动磁光传感检测组件，令其发生磁场，检测在该磁场的作用下产生磁光效应，以此获得包含焊缝处的磁场信息光线，经处理后提取焊缝位置信息，通过两类不同传感技术的协同作用准确地实时地确定焊接工作过程中焊缝位置信息，结合两类传感技术各自的特点、以及不同的焊缝结构，选用适当的纠偏方式，以达到精确识别跟踪的效果。

具体的，针对不同形状的焊缝，来确定其中一个传感器检测到的焊缝偏差信息作为整个装置的主要焊接执行组件6(焊炬或激光头)纠偏量，而另一个传感器检测到的焊缝偏差信息作为装置的次要纠偏量。

如：对于形状特征明显的焊缝，主要以结构光视觉传感检测组件检测到的焊缝偏差信息作为焊缝跟踪系统的纠偏量，而磁光传感检测组件检测到的焊缝偏差信息则可以作为结构光传感组件检测到的焊缝偏差是否准确的依据，进而提高焊缝跟踪精度；而当焊缝为紧密对接无坡口时，结构光视觉传感检测组件则无法检测焊缝位置信息，此时则以磁光传感检测组件来检测焊缝位置。通过融合不同传感器采集到的焊缝图像，较为准确地实现不同类型焊缝的位置测量与跟踪。

进一步如将得到的焊缝位置偏差信息，通过三维伺服组件控制焊接平台产生相应的运动，即可实现焊缝的精确跟踪。综上所述，本实用新型提供的焊缝识别跟踪装置有效地解决了目前焊缝的跟踪识别技术难以适应多变的工作状况，且识别精度不足等技术问题。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述磁光传感检测组件包括用于发生磁场的磁场发生器，以及在磁场作用下成像的磁光成像传感器12，所述磁光成像传感器12包括偏振分光镜及相配合的电荷耦合器，所述电荷耦合器用于接收由所述偏振分光镜反射后的、包含焊缝处磁场信息的光线，并以此成像。

本实施例提供的技术方案中，进一步具体优化了磁光传感检测组件的设计，其包括了磁场发生器、偏振分光镜、电荷耦合器，通过三者协同作业可以实现磁光成像检测的目的。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述空间三维伺服组件包括与所述焊接平台2连接、用于推动所述焊接平台2及工件18进给的X轴伺服器3，所述空间三维伺服组件还连接有用于执行焊接的焊接执行组件6。

本实施例提供的技术方案中，优化了空间三维伺服组件的设计，将焊接平台与X轴伺服器连接，其中需要说明的是X轴伺服组件的设计可以包括沿工件18或焊接执行组件进给方向设置的滑杆10，以及相应的驱动该方向上运动的伺服电机9，以此可以将实时检测到的焊缝偏差及时作为焊接运动的指导，保证对焊缝跟踪的准确。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述结构光视觉传感检测组件和磁光传感检测组件均安装固定于集成壳体8，所述集成壳体8一侧通过壳体安装板7与所述空间三维伺服组件连接。本实施例提供的技术方案中，进一步优化了两组传感组件的布设通过集成安装在集成壳体的设计简化了装置的结构及装配，并且也有助于在跟踪检测焊缝的过程中两个传感组件检测位置保持同步。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述空间三维伺服组件还包括Z轴伺服器4和Y轴伺服器 5，所述Z轴伺服器4包括垂直于所述焊接平台2设置的Z轴滑杆和安装固定于滑杆顶端的伺服电机9，所述Y轴伺服器5包括垂直于所述Z轴滑杆、并与所述Z轴滑杆滑动连接的Y轴滑杆，所述Y轴滑杆的一侧与所述集成壳体 8安装固定，所述Y轴滑杆的一端设置有伺服电机9，所述Y轴滑杆的另一端与所述焊接执行组件6安装固定。其中优选的设计是通过安装连接板11等的结构将焊炬或激光头等种类的焊接执行组件与Y轴滑杆端部可拆卸安装固定。

本实施例提供的技术方案中进一步优化了空间三维伺服组件的设计，通过垂直焊接平台设置的Z轴伺服器调节两个传感器组件与焊缝的距离从而达到更好的检测跟踪效果，并且同理地用于调节焊接执行组件与工件的距离，Y 轴伺服器用来实现焊接执行组件的纠偏动作，根据传感组件获得的焊缝位置信息，对应的调节焊接执行组件的位置，令其准确跟踪，而上述实施例提出的X轴伺服器主要用于焊接的进给动作。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述结构光视觉传感检测组件包括设置于所述集成壳体8 顶部的结构光视觉传感器1，所述集成壳体8的底部与所述结构光视觉传感器 1对应的位置设置有用于透过结构光的结构光窗口15。优选的，结构光视觉传感器通过直角状的结构光视觉传感器固定板13与集成壳体安装固定。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述磁光成像传感器12安装固定于所述集成壳体8内，所述集成壳体8的底部与所述磁光成像传感器12对应的位置设置有磁光窗口 16，所述磁光窗口16两侧对称的设置有磁极结构17。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述结构光视觉传感器1和所述磁光成像传感器12均设置有伸出所述集成壳体8顶面外的连接接头结构14。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述焊缝识别跟踪装置中，所述空间三维伺服组件连接有控制各所述伺服电机9工作从而控制焊接执行组件6动作的主控器，所述主控器与所述图像处理模块连接，用于根据获得的焊缝形状与位置信息控制焊接执行组件6动作。

基于上述实施例中提供的焊缝识别跟踪装置，本实用新型还提供了一种自动化焊接加工设备，该自动化焊接加工设备包括上述实施例中任意一种焊缝识别跟踪装置。由于该自动化焊接加工设备采用了上述实施例中的焊缝识别跟踪装置，所以该自动化焊接加工设备的有益效果请参考上述实施例。

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与相似部分互相参考即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种焊缝识别跟踪装置，其特征在于，包括焊接平台及设置于所述焊接平台上的空间三维伺服组件，所述空间三维伺服组件上连接有结构光视觉传感检测组件及磁光传感检测组件，所述结构光视觉传感检测组件用于发射横跨焊缝表面的激光条纹，并获取在所述激光条纹下的焊缝图像信息，所述磁光传感检测组件用于在磁场作用下对焊缝位置实时成像，所述焊缝识别跟踪装置还包括图像处理模块，用于将所述结构光视觉传感检测组件和磁光传感检测组件各自获得的图像信息综合处理，并计算得到焊缝的形状与位置信息。

2.根据权利要求1所述的焊缝识别跟踪装置，其特征在于，所述磁光传感检测组件包括用于发生磁场的磁场发生器，以及在磁场作用下成像的磁光成像传感器，所述磁光成像传感器包括偏振分光镜及相配合的电荷耦合器，所述电荷耦合器用于接收由所述偏振分光镜反射后的、包含焊缝处磁场信息的光线，并以此成像。

3.根据权利要求2所述的焊缝识别跟踪装置，其特征在于，所述空间三维伺服组件包括与所述焊接平台连接、用于推动所述焊接平台及工件进给的X轴伺服器，所述空间三维伺服组件还连接有用于执行焊接的焊接执行组件。

4.根据权利要求3所述的焊缝识别跟踪装置，其特征在于，所述结构光视觉传感检测组件和磁光传感检测组件均安装固定于集成壳体，所述集成壳体一侧通过壳体安装板与所述空间三维伺服组件连接。

5.根据权利要求4所述的焊缝识别跟踪装置，其特征在于，所述空间三维伺服组件还包括Z轴伺服器和Y轴伺服器，所述Z轴伺服器包括垂直于所述焊接平台设置的Z轴滑杆和安装固定于滑杆顶端的伺服电机，所述Y轴伺服器包括垂直于所述Z轴滑杆、并与所述Z轴滑杆滑动连接的Y轴滑杆，所述Y轴滑杆的一侧与所述集成壳体安装固定，所述Y轴滑杆的一端设置有伺服电机，所述Y轴滑杆的另一端与所述焊接执行组件安装固定。

6.根据权利要求5所述的焊缝识别跟踪装置，其特征在于，所述结构光视觉传感检测组件包括设置于所述集成壳体顶部的结构光视觉传感器，所述集成壳体的底部与所述结构光视觉传感器对应的位置设置有用于透过结构光的结构光窗口。

7.根据权利要求6所述的焊缝识别跟踪装置，其特征在于，所述磁光成像传感器安装固定于所述集成壳体内，所述集成壳体的底部与所述磁光成像传感器对应的位置设置有磁光窗口，所述磁光窗口两侧对称的设置有磁极结构。

8.根据权利要求6所述的焊缝识别跟踪装置，其特征在于，所述结构光视觉传感器和所述磁光成像传感器均设置有伸出所述集成壳体顶面外的连接接头结构。

9.根据权利要求8所述的焊缝识别跟踪装置，其特征在于，所述空间三维伺服组件连接有控制各所述伺服电机工作从而控制焊接执行组件动作的主控器，所述主控器与所述图像处理模块连接，用于根据获得的焊缝的形状与位置信息控制焊接执行组件动作。

10.一种自动化焊接加工设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的焊缝识别跟踪装置。