一种基于视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备的制作方法

本发明涉及一种基于视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备，特别是涉及一种应用于真空叠轧复合板坯制作上的视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备，属于金属机械制造技术领域。

背景技术：

目前，金属复合板坯埋弧焊工位是由操作人员手动控制焊接小车进行埋弧焊作业，不仅需要操作人员站在升降机平台上控制焊接小车的运动启停，并在完成一条焊道和一个焊层后对焊接小车的末端进行手动调节，高度无法控制，而且还需要操作人员手动调整下道焊层的的位置和焊枪的位置。

一方面，这种方式自动化程度较低，对人员的技术经验和熟练程度依赖过大，造成焊接精度无法保证；另一方面，需要人员操作的环节较多，工作量较大，生产效率也难以保证。

鉴于上述缺陷，设计了一种用于金属复合板埋弧焊生产的视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备，综合了视觉、激光跟踪、伺服控制集成为一体的关键技术，提高了焊接质量，焊接效率以及减少劳动强度，实现焊接的可视化。

技术实现要素：

本发明的主要目的是为了提供一种基于视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备，从视觉及激光跟踪定位来实现自动化控制的埋弧焊设备，提高生产效率以及焊接质量的稳定性。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种基于视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备，包括控制器、升降伺服电机、进给交流电机、送丝轮、激光跟踪器、视觉ccd、导电嘴和左右位置控制伺服电机，所述控制器分别与所述升降伺服电机和所述进给交流电机连接，所述进给交流电机设置在所述送丝轮上；所述激光跟踪器位于所述导电嘴的正前方，与所述送丝轮前方的安装块相连；所述视觉ccd位于所述激光跟踪器的正前方；所述升降伺服电机根据所述激光跟踪器所反馈的焊缝位置信息通过控制器控制焊枪z轴进给；所述左右位置控制伺服电机根据所述激光跟踪器所反馈的焊缝位置信息通过控制器控制焊枪x轴进给；所述激光跟踪器进行焊缝的检测、跟踪和识别，通过激光测量来弥补高度差，控制电流大小；所述激光跟踪器、所述升降伺服电机和所述左右位置控制伺服电机共同配合控制焊接；所述激光跟踪器位于所述视觉ccd的正后方，实现检测位置及影像数据分析一体化。

优选的方案是，所述升降伺服电机和所述左右位置控制伺服电机分别设置在横梁上，横梁上设有焊丝盘。

在上述任一方案中优选的是，所述左右位置控制伺服电机通过吊环及支架设置在所述横梁上，所述吊环及支架设置在所述焊丝盘的后方。

在上述任一方案中优选的是，所述左右位置控制伺服电机设置在移动小车上，所述左右位置控制伺服电机上设有左右控制模组。

在上述任一方案中优选的是，所述控制器上设有触摸屏，所述控制器通过控制盒锁定手柄设置在所述横梁上。

在上述任一方案中优选的是，所述横梁上还设有导丝架，所述导丝架设置在所述吊环及支架与所述升降伺服电机之间。

在上述任一方案中优选的是，所述升降伺服电机上设有焊剂料斗，所述焊剂料斗与焊剂软管连接，并设置在所述横梁上。

在上述任一方案中优选的是，所述焊剂料斗的下方设有上下控制模组，所述上下控制模组设置在所述横梁上。

在上述任一方案中优选的是，所述送丝轮设置在所述横梁上，所述送丝轮的下方设置有导电杆夹紧件，所述导电嘴设置在所述导电杆夹紧件的下方，所述导电嘴对准金属复合板的焊接处。

在上述任一方案中优选的是，所述激光跟踪器与所述控制器电连接，所述激光跟踪器检测金属复合板的焊缝高度z轴和位置y轴，数据分析反馈给所述控制器，所述控制器输出指令给所述左右位置控制伺服电机和所述升降伺服电机，进行参数补给，所述视觉ccd把焊接前的焊缝质量与系统储存的照片信息进行比对。

本发明的有益技术效果：按照本发明的基于视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备，本发明提供的基于视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备，集成了自动检测、自动识别、自动跟踪、自动控制、自动信息传输为一体的自动化设备，通过ccd、激光跟踪器和伺服电机控制，三者紧密配合，ccd通过图像和储存参数标准进行比对，激光跟踪器进行检测和跟踪，弥补大型工件摆放水平度缺陷，焊缝精确位置无法固定，焊接的高度识别问题，通过信号通讯给控制器，伺服电机通过控制器指令，自动控制小车到达精确的x、y、z轴的相应位置，完成焊接，完美配合，提高了焊接质量，焊接效率以及减少劳动强度，实现焊接的可视化。

附图说明

图1为按照本发明的基于视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备的一优选实施例的整体结构示意图。

图中：1-焊丝盘，2-控制器，3-触摸屏，4-控制盒锁定手柄，5-吊环及支架，6-横梁，7-导丝架，8-焊剂料斗，9-升降伺服电机，10-上下控制模组，11-进给交流电机，12-送丝轮，13-激光跟踪器，14-视觉ccd，15-导电杆夹紧件，16-焊剂软管，17-导电嘴，18-移动小车，19-左右位置控制伺服电机，20-左右控制模组，21-金属复合板。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本实施例提供的一种基于视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备，包括控制器2、升降伺服电机9、进给交流电机11、送丝轮12、激光跟踪器13、视觉ccd14、导电嘴17和左右位置控制伺服电机19，所述控制器2分别与所述升降伺服电机9和所述进给交流电机11连接，所述进给交流电机11设置在所述送丝轮12上；所述激光跟踪器13位于所述导电嘴17的正前方，与所述送丝轮12前方的安装块相连；所述视觉ccd14位于所述激光跟踪器13的正前方；所述升降伺服电机9根据所述激光跟踪器13所反馈的焊缝位置信息通过控制器2控制焊枪z轴进给；所述左右位置控制伺服电机19根据所述激光跟踪器13所反馈的焊缝位置信息通过控制器2控制焊枪x轴进给；所述激光跟踪器13进行焊缝的检测、跟踪和识别，通过激光测量来弥补高度差，控制电流大小；所述激光跟踪器13、所述升降伺服电机9和所述左右位置控制伺服电机19共同配合控制焊接；所述激光跟踪器13位于所述视觉ccd14的正后方，实现检测位置及影像数据分析一体化。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述升降伺服电机9和所述左右位置控制伺服电机19分别设置在横梁6上，横梁6上设有焊丝盘1；所述左右位置控制伺服电机19通过吊环及支架5设置在所述横梁6上，所述吊环及支架5设置在所述焊丝盘1的后方；所述左右位置控制伺服电机19设置在移动小车18上，所述左右位置控制伺服电机19上设有左右控制模组20。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述控制器2上设有触摸屏3，所述控制器2通过控制盒锁定手柄4设置在所述横梁6上；所述横梁6上还设有导丝架7，所述导丝架7设置在所述吊环及支架5与所述升降伺服电机9之间。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述升降伺服电机9上设有焊剂料斗8，所述焊剂料斗8与焊剂软管16连接，并设置在所述横梁6上；所述焊剂料斗8的下方设有上下控制模组10，所述上下控制模组10设置在所述横梁6上。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述送丝轮12设置在所述横梁6上，所述送丝轮12的下方设置有导电杆夹紧件15，所述导电嘴17设置在所述导电杆夹紧件15的下方，所述导电嘴17对准金属复合板21的焊接处；所述激光跟踪器13与所述控制器2电连接，所述激光跟踪器13检测金属复合板21的焊缝高度z轴和位置y轴，数据分析反馈给所述控制器2，所述控制器2输出指令给所述左右位置控制伺服电机19和所述升降伺服电机9，进行参数补给，所述视觉ccd14把焊接前的焊缝质量与系统储存的照片信息进行比对。

进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述的焊丝盘1位于自动化埋弧焊设备上侧左方在控制器2的后方，所述的控制器2位于埋弧焊设备的右侧正前方，所述的触摸屏3位于控制器的嵌入的正前方，所述的控制盒锁定手柄4位于控制器2的右侧面，所述的吊环及支架5位于埋弧焊设备的正上方，所述的横梁6位于吊环及支架的十字交叉面，所述的导丝架7位于横梁6的右侧上方，所述的焊剂料斗8位于埋弧焊设备的右后方，位于横梁6的前端后面，所述的升降伺服电机9位于埋弧焊设备横梁6的正前端，所述的上下控制模组10位于伺服电机9的下侧，所述的进给交流电机11位于送丝轮12的后方，所述的送丝轮12位于上下进给模组11的正前方，所述的激光跟踪器13位于送丝轮12的正前方，所述的视觉ccd14位于激光跟踪器13的正前方，所述的导电杆夹紧件15位于送丝轮12的正下方，所述的焊剂软管16位于导电杆夹紧件15的左侧，所述的导电嘴17位于导电夹紧杆15的下方，所述的移动小车18位于埋弧焊设备的底部，所述的左右位置控制伺服电机19位于移动小车18的左侧，所述的左右控制模组20位于左右位置控制伺服电机19的右侧。

进一步的，在本实施例中，工作时，人工将金属板吊装至焊接定位工装上，针对焊缝进行初定位调整适合高度，通过触摸屏3选择产品型号，直流电机控制移动小车18前进，激光跟踪器13检测焊缝高度z轴和位置y轴，数据分析反馈给控制器，控制器输出指令给左右位置控制伺服电机20和升降伺服电机9，进行参数补给，电机驱动，视觉ccd14把焊接前的焊缝质量与系统储存的照片信息进行比对，通过软件分析，进行焊缝质量识别和处理，通过通讯传输给上位机和显示屏，做到可视化跟踪，传感器对电流电压进行监控和调整，确保焊缝质量。小车x轴方向焊接动作完成之后，进行第二道焊接，此时小车根据控制器设计的指令，自动实现轨道和高度的调整，激光跟踪器13持续数据监测和分析，直到最终封焊完成。该设备焊接由3轴机械手和激光及视觉配合完成，大大提高了生产效率和产品质量的稳定性，也提高了焊机人员的人身安全。

视觉ccd：电荷耦合器件，又称图像传感器，是一种大规模集成电路光学器件，是在moc集成电路技术基础上发展起来的新型半导体传感器，电荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号，ccd的基本功能是电荷的存储和电荷的转移，它存储由光或电激励产生的信号电荷，当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在ccd内作定向传输，ccd工作过程的主要问题是信号电荷的产生、存储、传输和检测，与现有储存标准照片信息进行对比，自动识别产品质量，确保焊接之前之后质量。

激光跟踪器：工作基本原理是在目标点上安置一个反射器，跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标，同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置，简单的说，激光跟踪测量系统的所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标。

激光跟踪测量系统是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器，它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标，它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量，激光跟踪测量系统基本都是由激光跟踪头(跟踪仪)、控制器、用户计算机、反射器(靶镜)及测量附件等组成，激光跟踪器进行检测与跟踪，有效解决焊缝偏差带来的问题，可以大大提高焊接设备自动化程度，更大程度的提高焊接质量及焊缝精度，降低自动焊接设备的综合制造成本。

伺服控制系统：是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统，伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便，伺服电机工作原理：伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端(输出端)带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机精确定位的目的，伺服电机根据激光跟踪器检测的位置，通过控制器指令进行精确地定位，确保焊缝质量。

进一步的，在本实施例中，用于金属复合板坯的自动化焊接，工作时，人工将金属复合板坯吊装至工作区域，设备针对焊缝进行初定位调整适合高度，通过触摸屏选择产品型号，直流电机控制移动小车18前进，激光跟踪器13检测焊缝高度z轴和位置y轴，数据分析反馈给控制器，控制器输出指令给左右位置控制伺服电机19和升降伺服电机9，进行参数补给，视觉把焊接前的焊缝质量通过软件分析，进行焊缝质量识别和处理，通过通讯传输给上位机和显示屏，做到可视化跟踪，传感器对电流电压进行监控和调整，确保焊缝质量。小车x轴方向焊接动作完成之后，进行第二道焊接，此时移动小车18根据控制器设计的指令，自动实现轨道和高度的调整，激光跟踪器13持续数据监测和分析，直到最终封焊完成，该设备焊接由3轴机械手和激光及视觉配合完成，大大提高了生产效率和产品质量的稳定性，也提高了焊机人员的人身安全。

综上所述，在本实施例中，按照本实施例的基于视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备，本实施例提供的基于视觉及激光跟踪的自动化埋弧焊设备，集成了自动检测、自动识别、自动跟踪、自动控制、自动信息传输为一体的自动化设备，通过ccd、激光跟踪器和伺服电机控制，三者紧密配合，ccd通过图像和储存参数标准进行比对，激光跟踪器进行检测和跟踪，弥补大型工件摆放水平度缺陷，焊缝精确位置无法固定，焊接的高度识别问题，通过信号通讯给控制器，伺服电机通过控制器指令，自动控制小车到达精确的x、y、z轴的相应位置，完成焊接，完美配合，提高了焊接质量，焊接效率以及减少劳动强度，实现焊接的可视化。

以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。