一种视觉闭环焊接系统的制作方法

本实用新型涉及自动焊接控制领域，尤其涉及一种视觉闭环焊接系统。

背景技术：

随现今大型建筑、桥梁、拱形结构厂房多使用的材料为结构钢，其具有承重量大，节约钢材，外形美观，跨度大、用途广泛的特点。但是现今大部分的钢板材焊接的生产线，面对大型钢材多为人工焊接，相对小型的结构钢采用自动焊接。

结构钢有较好的力学性能，目前大量用于大型公共建筑，其焊接生产是劳动密集型产业需要大量的焊接工人，且工作环境恶劣人力成本高，所以实现金属板材焊接自动化是亟需解决的问题。目前金属板焊接主要是以手工焊接、机械仿形半自动焊接为主。当焊接件尺寸较大，多为几十米时，就需要人为焊接，便于移动作业，但是工人工作环境差，劳动强度高，焊接效率低且焊接质量难以控制，焊件的焊缝成型质量不高；当焊接件尺寸为几米的小型件时可以采用自动焊接，但其各个功能部件的控制系统独立，通信方式冗杂，可靠性低。目前自动焊接功能多采用六自由度的关节机器人焊接，控制成本高，维护不便，操作门槛高。这些问题在焊接行业中长期存在又一直未得到解决，制约了我国金属焊接行业的制造技术的进步和行业增长模式的转变，研制新的符合行业要求的自动焊接技术变的尤为重要。

焊接轨迹控制技术是自动焊接工业研究的重点，主要集中在轨迹信息传感技术和轨迹跟踪控制算法。在自动焊接过程中，准确检测获得焊缝的变化是保证焊接质量的关键，其中用于焊缝跟踪的传感器技术越来越重要。在焊接轨迹检测技术的研究发展中，出现了各种各样的传感器，包括接触式传感器、电弧传感器和光学传感器等。接触式将焊缝变化转变为导杆位置变化，进而转化为电信号，性能稳定、成本低，但是精度不高；电弧传感器以电弧本身的参数为跟踪目标，实时反应焊缝变化，但是检测精度易受焊接过程中熔滴过渡形式、飞溅的影响，尤其对薄板焊件；相比之下光学传感器以获得信息丰富、精度高、检测范围广等，并得到广泛应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种视觉闭环焊接系统，采用视觉传感器检测焊接轨迹，保证轨迹检测的高精度，采用视觉闭环控制系统，解决轨迹在线修正问题，电气结构克服了大尺寸焊件的连续焊接作业难题。

上述目的是通过以下技术方案来实现：

一种视觉闭环焊接系统，包括视觉传感器、人机交互界面、运动控制器、驱动模块和焊机；所述视觉传感器、所述人机交互界面和所述焊机，分别与所述运动控制器连接，所述运动控制器与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述焊机和所述视觉传感器连接。

进一步地，所述驱动模块分别包括相互连接的X轴伺服驱动器和X轴伺服电机、相互连接的Y轴伺服驱动器和Y轴伺服电机、相互连接的Z轴伺服驱动器和Z轴伺服电机、相互连接的RZ轴伺服驱动器和RZ轴伺服电机；所述X轴伺服驱动器、所述Y轴伺服驱动器、所述Z轴伺服驱动器和所述RZ轴伺服驱动器分别与所述运动控制器连接；所述X轴伺服电机和所述Y轴伺服电机分别与所述视觉传感器连接；所述焊机包括焊枪，所述X轴伺服电机、所述Y轴伺服电机、所述Z轴伺服电机和所述RZ轴伺服电机，分别与所述焊枪连接。

进一步地，所述视觉传感器包括智能相机和线激光。

进一步地，所述人机交互界面为触摸屏，以串口方式与所述运动控制器连接。

工作原理：操作前将金属板材放置的作业平面平行于X轴和Y轴构成的平面，所述平面位于所述焊枪和所述视觉传感器正下方，所述视觉传感器垂直于所述作业平面，包括如下步骤：

（1）在所述人机交互界面设置运动模式、初始参数和相关位置，并将数据通过串口发送给所述运动控制器；

（2）所述视觉传感器拍摄所述线激光照射在金属板的光线条，并对图像信息进行滤波增强处理，将预处理后的光条细化并提取焊缝轨迹特征发送到所述运动控制器，进而控制所述驱动模块按照轨迹运动；

（3）所述驱动模块带动所述焊枪运动并进行焊接，同时带动视觉传感器移动，从而改变拍摄画面，通过图像微小变化实时在线修正轨迹，形成视觉闭环反馈系统；

（4）重复所述步骤（2）和所述步骤（3），直到焊枪焊接完整条焊缝，焊接作业结束。

有益效果

本实用新型提供了一种视觉闭环焊接系统，采用视觉传感器实时检测焊缝轨迹，保证轨迹检测的高精度；采用视觉闭环控制系统，解决焊缝轨迹在线修正问题；本系统设计合理，克服了大尺寸焊件的连续焊接作业难题，延长了焊接行程，使整个过程更智能化、自动化；易于大规模推广，能有效提升焊接效率和品质，降低生产成本及设备后期维护成本；该设备焊缝成型质量比人为焊接好，同时解决了焊接行业工人匮乏的问题，并提高了工人的工作环境和安全作业问题。

附图说明

图1为本实用新型所述一种视觉闭环焊接系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述一种视觉闭环焊接系统的立体图；

图3为本实用新型所述一种视觉闭环焊接系统的局部立体图。

具体实施方式

应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本实用新型的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合附图对本实用新型实施例作详细说明。

如图1所示，一种视觉闭环焊接系统，包括视觉传感器1、人机交互界面2、运动控制器3、驱动模块4和焊机5；所述视觉传感器1、所述人机交互界面2和所述焊机5，分别与所述运动控制器3连接，所述运动控制器3与所述驱动模块4连接，所述驱动模块4分别与所述焊机5和所述视觉传感器1连接。

具体的，所述驱动模块4分别包括相互连接的X轴伺服驱动器411和X轴伺服电机421、相互连接的Y轴伺服驱动器412和Y轴伺服电机422、相互连接的Z轴伺服驱动器413和Z轴伺服电机423、相互连接的RZ轴伺服驱动器414和RZ轴伺服电机424；所述X轴伺服驱动器411、所述Y轴伺服驱动器412、所述Z轴伺服驱动器413和所述RZ轴伺服驱动器414分别与所述运动控制器3连接；所述X轴伺服电机421和所述Y轴伺服电机422分别与所述视觉传感器1连接；所述焊机5包括焊枪51，所述X轴伺服电机421、所述Y轴伺服电机422、所述Z轴伺服电机423和所述RZ轴伺服电机424，分别与所述焊枪51连接。

所述视觉传感器1包括智能相机11和线激光12，用于捕获金属板材焊缝信息，并将图片处理获得焊缝轨迹发送给所述运动控制器3，进而控制驱动模块4，使视觉传感器1和焊机5移动。本系统中所述人机交互界面2为触摸屏，以串口方式与所述运动控制器3连接。

如图2和图3所示，所述运动控制器3、所述X轴伺服驱动器411、所述Y轴伺服驱动器412、所述Z轴伺服驱动器413和所述RZ轴伺服驱动器414集成于控制柜6中，所述X轴伺服驱电机421通过控制丝杆的传动来控制所述焊机5、所述控制柜6和所述视觉传感器1沿X方向移动，X方向为待焊金属板材7焊缝轨迹方向，使整体作业机构跟随焊缝轨迹移动，适应于各种长度的轨迹跟踪焊接；所述Y轴伺服电机422用于控制所述焊枪51和所述视觉传感器1沿Y方向移动，所述Z轴伺服电机423用于控制所述焊枪51沿Z方向移动，所述RZ轴伺服电机424用于控制所述焊枪51摆动。

具体的，将金属板材7放置的作业平面平行于X轴和Y轴构成的平面，所述平面位于所述焊枪51和所述视觉传感器1下方，所述视觉传感器1垂直于所述作业平面。所述Y轴伺服电机422通过皮带传动使所述焊枪51、所述视觉传感器1、所述Z轴伺服电机423、所述RZ轴伺服电机424和视觉微调装置8沿Y方向移动，Y方向为待焊金属板材7焊缝轨迹垂直波动方向，使焊缝轨迹在线修正；所述Z轴伺服电机423用于所述焊枪51沿Z方向移动，Z方向为所述焊枪51与所述作业平面的距离，用来调整所述焊枪51的高度；所述RZ轴伺服电机424用于控制所述焊枪51的角度旋转，使所述焊枪51随焊缝轨迹摆动，及时调整焊接姿态；所述视觉传感器1由视觉微调装置8来调节Z轴方向距离，确保焊缝处在视觉最佳成像范围。

工作原理：操作前将金属板材放置的作业平面平行于X轴和Y轴构成的平面，所述平面位于所述焊枪51和所述视觉传感器1的正下方，所述视觉传感器1垂直于所述作业平面，包括如下步骤：

（1）在所述人机交互界面2设置运动模式、初始参数和相关位置，并将数据通过串口发送给所述运动控制器3；

（2）所述视觉传感器1拍摄所述线激光照射在金属板的光线条，并对图像信息进行滤波增强处理，将预处理后的光条细化并提取焊缝轨迹特征发送到所述运动控制器3，进而控制所述驱动模块4按照轨迹运动；

（3）所述驱动模块4带动所述焊枪51运动并进行焊接，同时带动视觉传感器1移动，从而改变拍摄画面，通过图像微小变化实时在线修正轨迹，形成视觉闭环反馈系统；

（4）重复所述步骤（2）和所述步骤（3），直到焊枪51焊接完整条焊缝，焊接作业结束。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，均可想到的变化或替换都涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求保护的范围为准。