对接窄焊缝的视觉跟踪解耦控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接自动化领域，涉及一种对接窄焊缝的视觉跟踪装置，以及对接窄 焊缝的视觉跟踪控制方法。
【背景技术】
[0002] 在焊接领域，对接窄焊缝是一种常见的焊缝，在汽车白车身、集装箱制造等领域都 广泛采用。目前，大量的对接窄焊缝还是采用人工的方式，劳动强度大，焊接效率低下，并且 焊接质量得不到保证，并且焊接质量得不到保证。实现对接窄焊缝的自动化焊接是工业生 产发展的必由之路。
[0003] 国际上通常采用的焊缝跟踪方式是基于激光结构光的方式，这种方式不能完全满 足于对接窄焊缝，原因是对接窄焊缝由于焊缝特别窄，通常宽度在0. 5mm以下，激光结构光 条件下焊缝特征不明显，很难提取。基于自然光的焊缝跟踪方式也不能完全满足于对接窄 焊缝，原因是在自然光条件下，单目摄像机检测不出目标物的深度信息，因此焊缝跟踪的竖 直偏差检测不出。本发明正是为了解决这一难题而提出了融合两种视觉检测方式的解耦控 制方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对对接窄焊缝自动焊接的技术难题，提出一种对接窄焊缝的 视觉跟踪解耦控制方法和装置。
[0005] 本发明的技术方案是：视觉跟踪装置包括摄像机、激光器，激光器可照射条状激 光，与焊缝方向垂直；摄像机、激光器及焊枪之间刚性连接；三者连接一位置调整机构，可 通过位置调整机构调整三者的水平位置和竖直位置，激光器发射口的朝向与摄像机镜头的 朝向之间的夹角为锐角。
[0006] 优选的是：摄像机镜头处设置有环状照明光源，环状照明光源可直接照射焊缝。环 状照明光源用于提供近似自然光的工作环境，可以使焊缝处于黑暗环境下时，依然保证正 常的焊接工作。
[0007] 优选的是：激光器发射口的朝向与摄像机镜头的朝向之间的夹角为30°，保证激 光器发出的激光条纹在摄像机的摄像范围内。
[0008] 优选的是：位置调整机构为十字滑块，十字滑块包括相互垂直的横向滑块和纵向 滑块，所述焊枪及摄像机、激光器安装在一个滑块上，与焊枪相连的滑块通过滑块行走机构 设置在另一个滑块上，焊枪及摄像机、激光器安装在横向滑块上，横向滑块安装在纵向滑块 上。
[0009] 优选的是：焊枪及摄像机、激光器安装在纵向滑块上，纵向滑块安装在横向滑块 上。
[0010] 对接窄焊缝的视觉跟踪解耦控制方法的实现步骤为：
[0011] Sl :启动对接窄焊缝的视觉跟踪装置，摄像机对焊件进行拍照；
[0012] S2 :以获取的图像建立坐标系，焊缝的方向平行于x轴；图像处理程序检测焊缝对 应的纵坐标，记为Pyl;打开激光器，激光条纹的方向平行于y轴，图像处理程序检测激光条 纹对应的横坐标，记为P xl;
[0013] S3 :调节焊枪及摄像机、激光器的运动方向，使其沿水平方向运动，记录运动脉冲 数为P1，检测焊缝对应的纵坐标，记为P y2;使其沿竖直方向运动，记录运动脉冲数为P 2，检 测激光条纹对应的横坐标，记为Px2;
[0014] S4 :计算水平调节比例系数，.
_计算竖直调节比例系数，
r
[0015] S5 :将待焊的对接窄焊缝焊件放在摄像机下，使焊缝的焊接行走方向大致平行，焊 枪对准焊接起点，得到基准的焊缝坐标和激光条纹坐标；
[0016] S6 :启动焊接，控制焊接装置向焊接方向行走，行走过程中计算焊枪水平调节量及 竖直调节量：
[0017]
，其中，Ui (i = 1，2)，当 i = 1 时， U1表示焊枪水平调节量，当i = 2时，U 1表示焊枪竖直调节量；同理，S i是水平调节比例系 数或竖直调节比例系数（i = 1，2)，!^、!^、!^是控制器的比例~积分~微分系数。=。〗）， 61;是t时刻的跟踪偏差；
[0018] S7:将焊枪水平调节量和焊枪竖直调节量传递到控制系统，控制系统将其转换为 控制指令分别传递到位置调整机构，调节焊枪的水平位置和竖直位置。
[0019] 本发明的有益效果是：本发明实现了单目摄像机条件下既能检测对接窄焊缝的水 平跟踪偏差，又能检测对接窄焊缝的竖直跟踪偏差，并实现两个方向上的解耦控制。焊缝 水平方向的位置和竖直方向的位置分别采用两种计算方式得到，其中水平位置跟踪偏差采 用基于自然光的视觉监测方法测量得到，基于自然光的视觉检测方法对焊缝宽度无特殊要 求，可有效提取窄焊缝的特征，解决了激光结构光条件下焊缝特征不明显，无法有效提取的 问题；竖直位置跟踪偏差采用基于激光的视觉检测方法测量得到，激光结构光视觉检测方 法可以提取焊缝高度方向的信息，解决了自然光条件下单目摄像机无法得到深度信息的问 题。该装置综合了自然光视觉提取方法和激光结构光视觉提取方法的优点，弥补了各自的 缺点；焊缝水平方向和竖直方向的位置独立计算，便于设计焊缝跟踪解耦控制器。本发明无 需精确标定摄像机的内外参数和激光平面参数，只需要测量焊缝图像的纵坐标变化与水平 轴调节量之间的比例系数、以及激光条纹图像横坐标与数值调节轴调节量之间的比例系数 即可以标定控制算法，可精确实现窄焊缝跟踪。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明原理结构示意图。
[0021 ] 图2为摄像机所拍摄的图片示意图。
[0022] 其中，1-窄焊缝，2-激光条纹，3-焊枪，4-摄像机，5-环状照明光源，6-激光器， 7-待焊焊件
【具体实施方式】
[0023] 实施例1
[0024] 对接窄焊缝视觉跟踪装置，包括摄像机4及激光器6,激光器6可照射条状激光，与 窄焊缝1方向垂直；摄像机4、激光器6及焊枪3之间刚性连接；三者连接一位置调整机构， 激光器发6射口的朝向与摄像机4镜头的朝向之间的夹角为锐角，为30°。
[0025] 位置调整机构为十字滑块，十字滑块包括相互垂直的两个条状滑块，分别为横向 滑块和纵向滑块；每个滑块上，沿滑块长度方向，均设置有移动导轨；焊枪3通过焊枪行走 机构设置在一个横向滑块上，横向滑块通过滑块行走机构设置在纵向滑块上。通过步进电 机控制焊枪3沿横向滑块运动，横向滑块沿纵向滑块运动。
[0026] 摄像机4镜头处设置有环状光源5。环状照明光源5用于提供近似自然光的工作 环境，可以即使窄焊缝1处于黑暗环境下时，视觉跟踪装置依然保证可进行正常的焊接工 作。
[0027] 对接窄焊缝的视觉跟踪解耦控制方法：
[0028] Sl :启动对接窄焊缝的视觉跟踪装置，摄像机4对待焊接焊件7进行拍照，图像采 集，获取待焊接焊件7的图像；
[0029] S2 :以获取的图像建立坐标系，对图像进行特征提取。窄焊缝1的方向大致平行于 X轴；图像处理程序检测窄焊缝1对应的纵坐标，记为Pyl;打开激光器，激光条纹2的方向 大致平行于y轴，图像处理程序检测激光条纹2对应的横坐标，记为P xl;
[0030] S3 :调节焊枪3及摄像4、激光器6的运动方向，控制系统通过步进驱动电机控制 焊枪3及摄像机4、激光器6沿横向滑块运动，