薄钢板焊缝小特征点视觉跟踪与实时质量检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种薄钢板焊缝小特征点视觉跟踪与实时质量检测装置，该装置包括主控计算机、PLC、电机和传感部分；所述的特征点视觉检测传感器和视觉质量检测传感器均通过USB连接到主控计算机上，主控计算机通过接线与PLC连接，PLC通过接线与控制焊枪移动的电机连接，电机与焊枪刚性连接。本实用新型的装置可代替人力进行焊接与焊后质量检测工作，生产线上传统的焊接依靠工人人眼进行焊缝检测定位实施焊接，而人眼检测由于疲劳等因素的影响容易出现偏差，本实用新型的智能焊缝检测装置具有长时间持续运行无疲劳性，提高了焊接精度与效率。
【专利说明】薄钢板焊缝小特征点视觉跟踪与实时质量检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型的技术方案涉及视觉焊接领域，具体地说是用于相机代替人眼在焊接过程中提供焊接位置参数并控制焊枪进行实时纠偏完成焊接，并在焊接完成后，对焊接进行实时在线质量检测的装置。
【背景技术】
[0002]随着焊接生产效率与生产质量日益要求严苛，把智能视觉焊接引入焊接领域是一个极为重要的应用，视觉传感器可以代替人眼在焊接中进行识别，并确定出焊接特征点位置信息从而引导焊枪进行焊接，同时，焊后质量检测也可以通过视觉传感器完成，传统都是依靠工人依靠眼睛进行检测，而且人工检测具有易疲劳性与非一致性，使得检测任务完成起来费时费力，引入视觉检测装置把人力从简单重复的枯燥工作中解放出来，既提高了生产效率，也减少人力投入，能够实时在线连续性检测，具有较大的经济效益与社会效益。
[0003]CN102794566A公开了“基于旁轴CXD的激光焊接质量在线监测装置”，装置中的视觉传感器既可以实现焊接特征点位置检测，又可以实现焊接质量检测，但设备无法完成即时焊接即时检测一体化。
[0004]CN101750416A披露了 “一种基于线结构光的视觉焊缝表面质量检测传感器”，通过两个传感单元分别置于焊缝上下表面两侧，分别采集到上下表面的图像进而进行质量检测，此设备用于焊后检测，无法完成即时焊接即时检测。
[0005]CN102478390A报道了“基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统”，通过双目视觉，分别采集熔池两侧图像并进行检测，得到熔池形状信息，但是双目视觉系统安装精度要求高，不适合复杂焊缝形状的检测。
[0006]本实用新型针对以上不足，提出了视觉跟踪与实时质量检测装置，能够适应不同形状的焊缝实时焊接及焊后测量，能够完全代替人工进行焊接以及焊后检测，灵活度高，实时性好。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的为针对当前技术的不足，提供一种薄钢板焊缝小特征点视觉跟踪与实时质量检测装置，将智能焊缝检测装置与焊后质量检测装置一体化，具有较高的智能性，通过本装置集成有特征点视觉检测传感器和视觉质量检测传感器，特征点视觉检测传感器可以代替人眼完成特征点检测并引导焊枪实施焊接，视觉质量检测传感器则在完成焊接后对焊接效果实时进行评估检测，并对不合格产品进行报警，工人只需要在发生报警后对焊接不合格的产品进行处理即可，这个集成有两个传感器的装置相当于减少两个工人的劳动量。在焊接过程中通过视觉传感系统实时获取焊缝位置信息，并控制焊枪进行偏差调节完成实时跟踪焊接，同时，对刚焊接的焊缝进行视觉质量检测，实现完成一条焊缝生产即完成一条焊缝检测，节约了焊接及检测时间。
[0008]本实用新型的技术方案为:
[0009]一种薄钢板焊缝小特征点视觉跟踪与实时质量检测装置，该装置包括主控计算机、PLC、电机和传感部分；
[0010]所述的传感部分主要包括焊枪，以及焊枪左右两侧的特征点视觉检测传感器和视觉质量检测传感器，其中焊枪两侧各与一个第一连接块刚性连接；一个第一连接块与第二连接块连接，第二连接块与特征点视觉检测传感器连接；第二连接块下刚性连接有第一挡板；视觉质量检测传感器通过第三连接块与另一个第一连接块连接，第一连接块与焊枪刚性连接，第三连接块下刚性连接有第二挡板；
[0011]所述的特征点视觉检测传感器组成包括封装在内的第一工业相机和第一一字型线激光器，第一工业相机在传感器内垂直安装，第一一字型线激光器与第一工业相机呈角度安装，角度调节范围为30°?60;
[0012]视觉质量检测传感器的组成包括封装在内的第二工业相机和第二一字型线激光器，第二工业相机在传感器内垂直安装，第二一字型线激光器与第二工业相机呈角度安装，角度调节范围为30°?60。
[0013]所述的特征点视觉检测传感器和视觉质量检测传感器均通过USB连接到主控计算机上，主控计算机通过接线与PLC连接，PLC通过接线与控制焊枪移动的电机连接，电机与焊枪刚性连接。
[0014]本实用新型的有益效果是:开发薄钢板焊缝小特征点视觉跟踪与实时质量检测装置，该装置可代替人力进行焊接与焊后质量检测工作，生产线上传统的焊接依靠工人人眼进行焊缝检测定位实施焊接，而人眼检测由于疲劳等因素的影响容易出现偏差，本实用新型的智能焊缝检测装置具有长时间持续运行无疲劳性，提高了焊接精度与效率(由图6可以看出，特征点视觉检测传感器检测到的焊缝特征点三个偏差检测相邻帧间误差变化范围均小于5个像素点，在焊板上为偏差变化量小于0.5_)，智能焊缝检测装置与焊后质量检测装置一体化，具有较高的智能性，一个集成装置可以完成两个生产步骤。传统的是焊接需要工人手工操作完成，焊后操作也需要一名工人进行检测，本装置的特征点视觉检测传感器可以代替人眼完成特征点检测并引导焊枪实施焊接，本装置的视觉质量检测传感器则在完成焊接后对焊接效果实时进行评估检测，并对不合格产品进行报警，工人只需要在发生报警后对焊接不合格的产品进行处理即可，这个装置相当于减少两个工人的劳动量，节省人力资源，还可有效节省焊接时间和提高焊接质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0016]图1为设备框架示意图。
[0017]11为视觉质量检测传感器中的一字型线激光器12为视觉质量检测传感器13为视觉质量检测传感器中的工业相机14为视觉质量检测传感器与焊枪之间的连接块15为连接块16为特征点视觉检测传感器与焊枪之间的连接块17为特征点视觉检测传感器18为特征点视觉检测传感器中的一字型线激光器19为特征点视觉检测传感器中的工业相机110为特征点视觉检测传感器与焊枪之间的挡板111为焊枪112为视觉质量检测传感器与焊枪之间的挡板
[0018]图2为本实用新型特征点视觉检测传感器处理流程框图。
[0019]图3为本实用新型视觉质量检测传感器处理流程框图。
[0020]图4为特征点视觉检测传感器的工业电脑监控界面。
[0021]41为图像显示区域42为焊接状态监控43为焊接速度显示框44为横向坐标显示框45为纵向坐标显示框46为垂直偏差显示框47为程序退出按钮48为开始焊接按钮49为起始点搜索按钮410为压脚升降按钮
[0022]图5为视觉质量检测传感器的工业电脑监控界面。
[0023]51为图像显示区域52为开始检测按钮53为程序退出按钮54为报警信息状态显示
[0024]图6为特征点视觉检测传感器检测到的焊缝特征点三个偏差检测曲线图，其中，图6a为特征点视觉检测传感器检测到的焊缝特征点横向坐标，图6b为特征点视觉检测传感器检测到的焊缝特征点纵向坐标，图6c为特征点视觉检测传感器检测到的焊缝特征点垂直偏差量;
【具体实施方式】
[0025]下面对本实用新型的实施例作详细说明，但并不能以此来限定本实用新型的范围。任何对本实用新型的机制作本【技术领域】内熟知的部件的替换、组合、分立，以及对本实用新型实施步骤作本【技术领域】内熟知的等同改变或替换均不超出本实用新型的揭露以及保护范围。
[0026]薄钢板焊缝小特征点视觉跟踪与实时质量检测装置，该装置包括主控计算机、PLC、电机和传感部分；
[0027]所述的传感部分主要包括焊枪111，以及焊枪111左右两侧的特征点视觉检测传感器17和视觉质量检测传感器12，其中焊枪111两侧各与一个连接块15刚性连接；一个连接块15与连接块16连接，连接块16与特征点视觉检测传感器17连接；工业相机19 (大恒工业相机DH-HV1351UM)和一字型线激光器18 (为公知器件，可发出一字型结构光条纹)封装在特征点视觉检测传感器17内，工业相机19在传感器内垂直安装，一字型线激光器18与工业相机19呈角度安装，角度调节范围为30°?60，具体角度以激光条纹成像在相机中部显示为宜。连接快16下刚性连接有挡板110 ;工业相机13和一字型线激光器11封装在视觉质量检测传感器12内，工业相机13在传感器内垂直安装，一字型线激光器11与工业相机13呈角度安装，角度调节范围为30°?60，具体角度以激光条纹成像在相机中部显示为宜。视觉质量检测传感器12通过连接块14与另一个连接块15连接，连接块15与焊枪111刚性连接，连接快14下刚性连接有挡板112。挡板110、112目的是减少弧光、飞溅等对传感器采集图像的干扰。
[0028]相机镜头下方安装有滤光片，分别为衰减片与窄带滤光片，窄带滤光片能透过波长650nm红色光波，减少外部杂光的干扰。
[0029]相机与激光器封装在保护壳内，相机USB通信线与激光器的电源线分别通过保护壳上方的孔引出。
[0030]所述的特征点视觉检测传感器17和视觉质量检测传感器12均通过USB连接到主控计算机上，主控计算机通过接线与可编程逻辑控制器(Programmable LogicController, PLC)连接，PLC通过接线与控制焊枪移动的电机连接，电机与焊枪111刚性连接，带动焊枪一起移动进行偏差调节；主控计算机接收到特征点视觉检测传感器17采集到的图像数据，进行特征点位置提取后，将位置偏差信息传递到PLC中，PLC控制焊枪实现偏差调节；主控计算机接收到视觉质量检测传感器12传递来的图像数据信息，进行数据存储并进行图像信息处理，得到焊缝质量信息，如果出现不合格的情况则进行报警提示。
[0031]本实用新型中涉及的相关数据接收、传送和处理等方法为公知技术，本领域普通人员技术人员完全可以根据上述步骤的描述通过常用软件VC编写相关程序来实现。
[0032]图2为特征点视觉检测传感器运行框图。特征点视觉检测传感器将采集到的图像信息传递到主控计算机，通过图像处理得到焊接特征点偏差信息，并将偏差信息传递给PLC以控制焊枪111进行偏差调节完成焊接过程。图4为工业电脑监控界面，41能够实时显示特征点视觉检测传感器图像处理信息，42为焊接状态监控，工业电脑与PLC控制器之间能够正常通讯时，状态框为绿色显示，否则为灰色显示，这时候就需要进行故障检查。43为焊接速度显示框。点击“压紧压脚”410按钮，就可以完成将压脚紧密压紧在焊板上方，防止焊接过程中出现的扰动引起焊板位置偏移。进而继续点击“起始点搜索”49，此时，焊枪会自动寻找焊接起点。按下“开始焊接”48按钮，此时，焊接启动，44、45、46分别显示特征点视觉检测传感器识别出的特征点的横向坐标、纵向坐标、垂直偏差，并将这三个值连续不断传送给PLC，控制焊枪111在横向、纵向、垂直方向依据偏差数值进行移动对中焊缝，完成连续焊接。按钮47即可以保证程序安全退出。
[0033]图3为视觉质量检测传感器运行框图。视觉质量检测传感器将采集到的图像信息传递到主控计算机，通过图像处理得到焊缝焊接信息并进行信息判断存储，如果焊接质量不合格则产生报警信息。图5为工业电脑监控界面，51能够实时显示视觉质量检测传感器图像处理信息，52为开始检测按钮，53为退出程序按钮，54为报警信息按钮，当检测到焊缝发生漏焊等缺陷时，状态栏为红色显示报警信息，当焊缝焊接质量合格时，为绿色显示。
[0034]本实用新型实施方便，能够实现焊接的监控与自动跟踪，代替人眼进行在线检测特征点位置进行智能焊接，把工人从充满噪声、烟尘等恶劣的环境焊接环境中解放出来，并且具有无疲劳的特性，可以连续长时间进行焊接工作，降低了劳动生产成本；焊接完成后，需要工人逐条焊缝进行焊缝质量检测，本装置可以一体化完成焊接及焊后质量检测，工人只需要对检测到的不合格产品做进一步处理即可，节约人力，并且避免了由于人眼疲劳造成的检测误差，焊接及检测速度达到I?5m/s，可以满足生产线的需要。针对厚度2毫米的搭接焊板进行焊接测试，焊接速度为lm/s，由图6可以看到相邻帧间特征点检测最大误差低于5个像素，即相对应焊接过程中焊枪调节偏差范围误差在0.5_之内。
[0035]本实用新型未尽事宜为公知技术。
【权利要求】
1.一种薄钢板焊缝小特征点视觉跟踪与实时质量检测装置，其特征为该装置包括主控计算机、PLC、电机和传感部分； 所述的传感部分主要包括焊枪，以及焊枪左右两侧的特征点视觉检测传感器和视觉质量检测传感器，其中焊枪两侧各与一个第一连接块刚性连接；一个第一连接块与第二连接块连接，第二连接块与特征点视觉检测传感器连接；第二连接块下刚性连接有第一挡板；视觉质量检测传感器通过第三连接块与另一个第一连接块连接，第一连接块与焊枪刚性连接，第三连接块下刚性连接有第二挡板； 所述的特征点视觉检测传感器和视觉质量检测传感器均通过USB连接到主控计算机上，主控计算机通过接线与PLC连接，PLC通过接线与控制焊枪移动的电机连接，电机与焊枪刚性连接。
2.如权利要求1所述的薄钢板焊缝小特征点视觉跟踪与实时质量检测装置，其特征为所述的特征点视觉检测传感器组成包括封装在内的第一工业相机和第一一字型线激光器，第一工业相机在传感器内垂直安装，第一一字型线激光器与第一工业相机呈角度安装，角度调节范围为30°?60; 视觉质量检测传感器的组成包括封装在内的第二工业相机和第二一字型线激光器，第二工业相机在传感器内垂直安装，第二一字型线激光器与第二工业相机呈角度安装，角度调节范围为30°?60。
【文档编号】G01N21/88GK203992877SQ201420452191
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】陈海永, 杜晓琳, 孙鹤旭 申请人:河北工业大学