一种自动焊接光电接触式焊缝跟踪检测系统及方法与流程

本发明属于自动化焊接技术领域，具体涉及一种自动焊接光电接触式焊缝跟踪检测系统及方法。

背景技术：

现全球的工业机器人中，有百分之五十的工业机器人应用于不同焊接领域，焊接机器人有电焊与电弧焊两种基本的方式。焊接机器人主要从事的工作即是在焊接领域代替工人手动进行焊接的工业机器人。这一类的机器人中的一部分是专属机器人，即是为了适用在某种特定环境下工作的特殊机器人，大部分的焊接机器人是由传统工业机器人上安装焊接器组成。在焊接加工这一方面要求工人能对焊接任务有足够的熟练度，具有大量的实践经验，在另一方面，焊接工作又是一种劳动环境恶劣，烟尘多，辐射以及危险性高的工作，焊接机器人的发明让人们想到将它去代替工人手动焊接并减轻操作工人的劳动量，并且保证焊接任务质量，提高焊接效率。

在机器人进行焊接时，往往需要进行焊缝的追踪和纠偏，避免发生偏焊，现有的技术大多采用ccd摄像机进行追踪，但是焊接时发生的强光、电场和磁场会对ccd摄像机的图像采集发生干扰，影响成像的准确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种自动焊接光电接触式焊缝跟踪检测系统及方法。

一种异型焊缝的自动跟踪系统，包括密封盒、光电池片、支撑架、发射板、光源、导杆，其特征在于：所述密封盒内腔的中上部固定有水平方向的光电池片，所述光电池片被十字形的隔板分割成第一电池片、第二电池片、第三电池片、第四电池片，所述导杆的中部固定有钢球，所述钢球设置在球座内，所述球座固定在密封盒的底板上，所述导杆的上端固定有反射板，所述反射板与光电池片之间设有光源，所述光源通过十字形的支撑架与密封盒的内壁相连接，所述导杆的上部与密封盒内壁之间通过四组呈十字形布置的弹簧相连接，所述导杆的下端固定有滚轮。

优选地，所述密封盒和焊枪通过机械手连接在一起，所述焊枪和滚轮均处于待焊焊缝剖口上，滚轮与待焊焊缝剖口相配合。

优选地，所述滚轮在不受力时，反射板和光电池片平行。

优选地，所述第一电池片、第二电池片、第三电池片、第四电池片通过导线与信号采集装置相连接，所述信号采集装置与控制系统电连接，所述控制系统与执行机构相连接，所述执行机构用于调节机械手的位置。

一种自动焊接光电接触式焊缝跟踪检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1、滚轮置于待焊焊缝剖口中，机械手沿设定的焊接轨迹进行焊接，光源发生圆形光，光照在反射板上，反射的光照在光电池片上，光电池片形成光斑；

s2、信号采集装置采集第一电池片、第二电池片、第三电池片、第四电池片上的电压u1、u2、u3、u4，控制系统对u2、u4进行比较；

s3、当|u2-u4|≤δu、|u2-k×u1|≤δu时，控制系统不输出控制信号，机械手继续按设定的焊接轨迹移动，焊枪高度保持不变；

s4、当|u2-u4|≤δu、|u2-k×u1|＞δu时，比较u2和k×u1的大小，若u2＞k×u1，控制系统向执行机构输出上移信号，机械手上移，直至|u2-k×u1|≤δu；若u2＜k×u1，控制系统向执行机构输出下移信号，机械手下移，直至|u2-k×u1|≤δu；

s5、当|u2-u4|＞δu时，比较u2和u4的大小，控制系统向执行机构输出左移或右移的信号，机械手左移或右移，直至|u2-u4|≤δu，若|u2-k×u1|≤δu，调整过程结束；若|u2-k×u1|＞δu，按步骤s4进行调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过光电原理实现焊缝的追踪和纠偏，焊接时的强光、磁场和电场对追踪过程无影响，具有准确性好、精度高、抗干扰能力强的优点。

附图说明

图1为本发明一种自动焊接光电接触式焊缝跟踪检测系统的结构示意图。

图2为图1的俯视示意图。

图3为本发明中支撑架和光源的连接示意图。

图4为焊枪位置满足要求时，滚轮和剖口的位置示意图。

图5为焊枪位置不能满足要求时，滚轮和剖口的位置示意图。

图6为焊枪位置满足要求时，光斑投影在光电池片上的示意图。

图7为自由状态下，光斑投影在光电池片上的示意图。

图8为焊枪距离剖口位置太近时，光斑投影在光电池片上的示意图。

图9为焊枪沿y轴偏向时，光斑投影在光电池片上的示意图。

图10为焊枪沿y轴偏向，且焊枪距离剖口位置太近时，光斑投影在光电池片上的示意图。

图11为本发明控制系统流程图。

图中，1、焊枪，2、机械手，3、密封盒，4、光电池片，5、支撑架，6、反射板，7、光源，8、弹簧，9、球座，10、钢球，11、导杆，12、滚轮，13、信号采集装置，14、控制系统，15、执行机构，401、第一电池片，402、隔板，403、第二电池片，404、第三电池片，405、第四电池片。

x为焊机机器人焊接方向，y为左右发生偏移的方向，a为视图方向。

具体实施方式

参见图1至图11，一种自动焊接光电接触式焊缝跟踪检测系统，包括密封盒3、光电池片4、支撑架5、发射板6、光源7、导杆11，其特征在于：所述密封盒3内腔的中上部固定有水平方向的光电池片4，所述光电池片4被十字形的隔板402分割成第一电池片401、第二电池片403、第三电池片404、第四电池片405，所述导杆11的中部固定有钢球10，所述钢球10设置在球座9内，所述球座9固定在密封盒3的底板上，所述导杆11的上端固定有反射板6，所述反射板6与光电池片4之间设有光源7，所述光源7通过十字形的支撑架5与密封盒3的内壁相连接，所述导杆11的上部与密封盒3内壁之间通过四组呈十字形布置的弹簧8相连接，所述导杆11的下端固定有滚轮12。

优选地，所述密封盒3和焊枪1通过机械手2连接在一起，所述焊枪1和滚轮12均处于待焊焊缝剖口上，滚轮12与待焊焊缝剖口相配合。

优选地，所述滚轮12在不受力时，反射板6和光电池片4平行。

优选地，所述第一电池片401、第二电池片403、第三电池片404、第四电池片405通过导线与信号采集装置13相连接，所述信号采集装置13与控制系统14电连接，所述控制系统14与执行机构15相连接，所述执行机构15用于调节机械手2的位置。

一种自动焊接光电接触式焊缝跟踪检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1、滚轮12置于待焊焊缝剖口中，机械手2沿设定的焊接轨迹进行焊接，光源7发生圆形光，光照在反射板6上，反射的光照在光电池片4上，光电池片4形成光斑；

s2、信号采集装置13采集第一电池片401、第二电池片403、第三电池片404、第四电池片405上的电压u1、u2、u3、u4，控制系统14对u2、u4进行比较；

s3、当|u2-u4|≤δu、|u2-k×u1|≤δu时，控制系统14不输出控制信号，机械手2继续按设定的焊接轨迹移动，焊枪1高度保持不变；

s4、当|u2-u4|≤δu、|u2-k×u1|＞δu时，比较u2和k×u1的大小，若u2＞k×u1，控制系统14向执行机构15输出上移信号，机械手2上移，直至|u2-k×u1|≤δu；若u2＜k×u1，控制系统14向执行机构15输出下移信号，机械手2下移，直至|u2-k×u1|≤δu；

s5、当|u2-u4|＞δu时，比较u2和u4的大小，控制系统14向执行机构15输出左移或右移的信号，机械手2左移或右移，直至|u2-u4|≤δu，若|u2-k×u1|≤δu，调整过程结束；若|u2-k×u1|＞δu，按步骤s4进行调整。

本发明的工作原理是：

本发明在使用时，焊接时，滚轮12在剖口中滚动，且需要保持滚轮12与剖口之间具有一定的压力，焊枪1对剖口进行焊接，若压力在设定的范围内，导杆11沿xy平面旋转一定的角度，因此在准确的位置时，照在光第二电池片402、第四电池片405上的光斑面积是相等的，而落在第二电池片402上的光斑面积为落在第一电池片401上光斑面积的k倍，k值和δu根据要求的精度进行选择。光斑的面积与电压成正比例关系，实际使用时，光第二电池片402、第四电池片405上的光斑面积不可能完全相等，只要在焊接精度能够满足的范围内即可。

本发明技术方案在上面结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。