122'分别与焊缝21的交叉点，即焊缝特征点 ai，a2, a3, a4;其中a挪a 3分别为第一激光条 纹121'与形成焊缝21的两个边缘的交叉点；&2和a 4分别为第二激光条纹122'与形成焊 缝21的两个边缘的交叉点叫和a 2位于形成焊缝21的一个边缘上，a 3和a 4位于形成焊缝 21的另一个边缘上。
[0029] 以熔池400中心点为原点0,焊接方向为X轴，焊缝21宽度方向为Y轴建立 焊接坐标系，通过坐标变换获得焊缝特征点在焊接坐标系下的焊缝特征点坐标；采用 二次多项式对曲线（〇, ap a2)和曲线（0, a3, a4)进行最小二乘拟合，获得曲线方程为
;将焊缝特征点坐标带入曲线方程可以 计算出I k2、k3、k4、M5P k 6为具体的常数。伴随着焊接进程，焊缝21会发生变化，随之焊 缝特征点坐标也会发生相应的变化，上述krkpkykpkjP k 6也会实时变化，因此通过上述 方法可以实时测量焊缝21的间隙大小和焊缝21的间隙变化趋势。
[0030] 根据获取的焊缝特征点位置计算焊缝21的间隙大小、焊缝21间隙变化趋势；进一 步结合焊接速度计算间隙变化导致的焊料填充量的变化；具体计算方法为： 为了简化焊缝21间隙的计算，定义焊缝21与激光条纹形成的两个交叉点之间的距离 为焊缝21间隙大小，因此第一激光条纹121'、第二激光条纹122'处的焊缝21间隙大小分
[0031] 焊缝21间隙变化趋势判断方法为：如果g2大于（gl+A)，则间隙越来越大；如果g 2 小于（gl-A)，则间隙越来越小；如果&-&在之间，则间隙未变化，其中Λ为设 定的阈值。
[0032] 熔池400前半部分边缘处焊缝21间隙大小的测量方法为：根据焊缝21平均宽度 的一半的值来估计确定熔池400前半部分边缘位置a5点的位置，熔池400前半部分边缘位 置％点距熔池400中心点的距离为焊缝21的平均宽度的一半。熔池400前半部分边缘a 5 点间隙大小定义为a5点位置的间隙g 3，即
[0033] 熔池400前端焊缝21的焊料填充量变化的判断方法为：假设焊接速度为V，焊接 一段时间T后，焊枪300在当前测量位置X轴方向位移为χ τ，χτ按拟合曲线y JP y 2的中心 线通过公式
进行反向计算获得。
[0034] 假设板厚为t，因此焊料填充量变化_|:公式计算为：
。
[0035] 如图3~图4所示，所述的基于双线激光测量系统100的焊缝测量方法用于测量直 线焊缝21时，与测量曲线焊缝21时的区别点在于： 用户根据工件厚度、形状、工艺等选择的熔池400前半部分的半径，确定熔池400前半 部分边缘位置； 利用两条激光条纹121'、122'处的焊缝21间隙位置和大小，采用直线拟合的方式，绘 制熔池400前端间隙变化趋势图，计算出熔池400前半部分边缘的间隙大小、间隙变化角 度。
[0036] 设定熔池400前半部分边缘、第一激光条纹121'、第二激光条纹122'距离熔池 400中心的距离分别为C^dpd 3;所述焊缝21在所述熔池400前半部分边缘、第一激光条纹 121'、第二激光条纹122'处的焊缝21间隙分别为g 3、g4、g5;根据相似三角形原理，g 3的计 算公式如下：
[0037] 如图4所示，根据计算获得的间隙g3、g4、gj d PC^d3，即可绘制出熔池400前端 的间隙变化趋势图，即由&到g5，焊缝21边缘中间形成梯形，通过计算可以获得焊缝21的 间隙变化角度I，间隙变化角度I计算公式为：
j 如计算出I为正值，说明焊缝21的间隙逐渐变大；如果I为负值，说明焊缝21的间 隙逐渐变小；I的绝对值可以表示焊缝21间隙变化的剧烈程度。
[0038] 进一步地，利用间隙变化趋势图可以很方便的计算出由于间隙导致的焊料填充量 的变化。
[0039] 综上所述，本发明的基于双线激光测量系统100的焊缝测量方法，通过双线激光 传感器10在焊缝21处形成两条激光条纹121'、122'，从而获取焊枪300前端两个位置的 焊缝特征点，从而可以计算熔池400前端焊缝21的间隙大小和焊缝21间隙变化趋势；便于 根据焊接速度计算由于焊缝21间隙导致的焊料填充量的变化。该基于双线激光测量系统 100的焊缝测量方法可应用于测量直线焊缝21、曲线焊缝21。
[0040] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发 明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改 或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
【主权项】
1. 一种基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，包括如下步骤： 51 :对设于焊枪前侧的双线激光传感器进行参数标定，获得焊枪与双线激光传感器的 对应关系； 52 :通过双线激光传感器的第一激光器和第二激光器同时向工件表面投射激光，在焊 缝处形成相互平行的第一激光条纹、第二激光条纹；第一激光条纹位于熔池中心与第二激 光条纹之间； 53 :两条激光条纹在工件表面反射、折射后进入摄像机成像； 54 :通过图像处理获得两条激光条纹分别在焊缝处的两组焊缝特征点； 55 :以熔池中心点为原点0,焊接方向为X轴，焊缝宽度方向为Y轴建立焊接坐标系，通 过坐标变换获得焊缝特征点在焊接坐标系下的焊缝特征点坐标； 56 :以原点0和两组焊缝特征点坐标拟合形成焊缝的两个边缘的变化曲线； 57 :根据两条变化曲线计算焊缝间隙大小和/或焊缝间隙变化趋势。2. 根据权利要求1所述的基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，其特征在于：S1中 焊枪与双线激光传感器的对应关系包括位置关系和角度关系。3. 根据权利要求1所述的基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，其特征在于：所述 焊缝测量方法还包括S8 :根据焊缝的间隙变化趋势计算焊料填充量的变化。4. 根据权利要求1所述的基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，其特征在于：所 述变化曲线是采用二次多项式对原点0和两组焊缝特征点坐标进行最小二乘拟合形成：5. 根据权利要求4所述的基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，其特征在于：所述 焊缝的间隙变化趋势的判断方法为： 两条拟合曲线7:与y2之间的差值即为焊缝的间隙，所述焊缝在第一激光条纹、第二激 光条纹处的焊缝间隙分别为gl、g2; 如果g2大于（g彳A)，则焊缝的间隙越来越大； 如果g2小于（gA)，则焊缝的间隙越来越小； 如果g2_gi在卜也+4之间，则焊缝的间隙未变化；其中A为设定的阈值。6. 根据权利要求4所述的基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，其特征在于：所述 焊缝测量方法还包括熔池前半部分边缘位置的判断：熔池前半部分边缘距熔池中心点的距 离为焊缝的平均宽度的一半。7. 根据权利要求4所述的基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，其特征在于：所述 焊缝测量方法还包括焊缝填充量变化AF的计算方法： 设定恪池前半部分边缘在X轴上坐标为％，焊接速度为V，焊接时间T后，焊枪沿X轴方向位移为 xT，xT按拟合曲线y郝y2的中心线通过公式进行反向计算获得； 设定焊接工件的板厚为t，则焊缝填充量变化4F公式计算为：8. 根据权利要求1所述的基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，其特征在于：所述 变化曲线是对原点0和两组焊缝特征点坐标采用直线拟合的方式形成的。9. 根据权利要求8所述的基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，其特征在于：熔池 前半部分边缘、第一激光条纹、第二激光条纹距离熔池中心的距离分别为山、d2、d3;所述焊 缝在所述熔池前半部分边缘、第一激光条纹、第二激光条纹处的焊缝间隙分别为g3、g4、g5; g；3的计算公式如下：10. 根据权利要求9所述的基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，其特征在于：所述 焊缝的间隙变化趋势的判断方法为： 根据&到85之间的变化曲线确定焊缝的间隙变化角度_，所述间隙变化角度:憲计算公 式为：如果_为正值，说明焊缝的间隙越来越大； 如果簾为负值，说明焊缝的间隙越来越小。
【专利摘要】本发明提供了一种基于双线激光测量系统的焊缝测量方法，包括如下步骤：对设于焊枪前侧的双线激光传感器进行参数标定，获得焊枪与双线激光传感器的对应关系；通过双线激光传感器在焊缝处形成相互平行的第一激光条纹、第二激光条纹；两条激光条纹在工件表面反射、折射后进入摄像机成像；通过图像处理获得两条激光条纹分别在焊缝处的两组焊缝特征点；以熔池中心点为原点O，焊接方向为X轴，焊缝宽度方向为Y轴建立焊接坐标系，通过坐标变换获得焊缝特征点在焊接坐标系下的焊缝特征点坐标；以原点O和两组焊缝特征点坐标拟合形成焊缝的两个边缘的变化曲线；根据两条变化曲线计算焊缝间隙大小和/或焊缝间隙变化趋势。
【IPC分类】B23K33/00, B23K37/00, G01B11/14
【公开号】CN105081627
【申请号】CN201510496490
【发明人】马宏波, 黄杰, 郭敬, 林涛, 朱振友
【申请人】北人机器人系统（苏州）有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月13日