[发明专利]基于激光测距的平板对接焊缝焊接轨迹检测与控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测与控制方法，尤其是一种基于激光测距的平板对接焊缝焊接轨迹检测与控制方法。 

背景技术

目前，焊接轨迹控制技术的研究是焊接工业技术研究的重点和难点之一，国内外研究前沿主要集中在如下方面：一、焊接轨迹信息传感技术；二、轨迹跟踪控制理论与算法。在自动焊接过程中，准确检测获取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，陆续出现了各种不同形式的传感器，其中接触式传感器、电弧传感器和光学传感器应用较为普遍。接触式传感器将焊缝变化转变为导杆或导轮的位置变化，并转化为电信号，该传感器由于性能稳定、成本低廉，在生产中曾得到广泛应用，但由于跟踪精度及速度的限制，已不适合高精度、高速度的焊接领域；电弧传感器以电弧本身的参数为跟踪目标，能实时反应焊缝变化，但检测精度易受焊接过程中熔滴过渡形式、飞溅的影响，尤其在对薄板焊件的对接和搭接接头的焊接中，应用方法较难掌握。相比之下光学传感器以获得信息丰富、精确度高、检测范围广等特点，逐渐引起人们的重视，并在焊接生产领域得到了日渐广泛地应用，这为焊接自动化的实现提供了有利条件。光学传感器中应用较多的为激光传感器、红外传感器、视觉传感器等，采用CCD摄像机、红外成像仪等现代化图像传感设备及智能化的图像处理方法，为准确获取焊缝信息提供了保证，进一步确保了焊接过程的稳定性和可靠性。同时随着微处理器技术的不断换代升级、众多高性能微处理器的涌现，在此基础上产生的智能化焊缝检测跟踪系统，使焊接轨迹自动控制技术的研究进入到了一个崭新的阶段。平面对接焊缝焊接，是一种常见的、具有代表意义的焊接形式，在焊接工业领域，有相当大的应用需求空间，但当前用于V型坡口和多层多道焊缝信息的采集跟踪控制系统，价格昂贵且多为图像采集方式。 

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于激光测距的平板对接焊缝焊接轨迹检测与控制方法。 

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案： 

一种基于激光测距的平板对接焊缝焊接轨迹检测与控制方法，包括以下步骤： 

A.轨迹检测；系统初始化后，焊缝横向扫描轴启动，通过激光精密位移传感器实时检测平板对接焊缝的横截面轮廓，并不断沿焊缝方向进给；将检测到的焊缝轮廓信息数据传送到 工控机，对采集数据进行滤波、存储； 

B.轨迹识别；通过工控机对数字信号进行处理，提取焊缝轮廓的信息，同时进行焊缝的三维重建，并根据三维重建信息，获得当前焊缝的宽度、横截面积的参数信息；根据已获得的上述信息进一步提取焊缝的特征点，根据所提出的动态B样条拟合算法获得焊接轨迹曲线表达式； 

C.轨迹控制；通过工控机根据检测获得的焊缝轨迹曲线位置，以轨迹数据为基础，对轨迹进行插补运算，对各坐标轴进行实时联动控制； 

D.最后通过执行机构动作来调节焊枪与焊缝之间的相对位置关系，即用电机带动升降轴丝杠做上下调节，从而达到焊缝跟踪的目的；在整个系统运行过程中，对焊缝轮廓信息、焊接电压和电流实时显示，并存入经验参数数据库，实现同种工件批量焊接的自动控制。 

所述步骤A中激光位移传感器安装于焊缝横向扫描轴上；焊缝横向扫描轴由直线电机驱动，在待焊焊缝的上方做横向往复运动。 

所述步骤A中采用焊缝横向扫描机构与焊枪运动控制机构的分离设计，系统启动时，焊缝横向扫描机构先于焊枪运动控制机构启动，从焊缝起点开始扫描，以便获取焊缝起点附近的信息，之后焊枪运动控制机构启动，这两者之间的启动延迟时间为可调的。 

所述步骤A中在对焊缝轮廓检测数据处理过程中，采用对焊缝边缘区域进行识别划分，并对边缘区域实现不同性质的滤波处理方法。 

所述步骤B中对焊接轨迹的在线动态拟合过程中，采用了分批重叠读入型值点，并采用准均匀B样条拟合的方法得到分段B样条曲线，在整个边检测边焊接进行过程中实现焊接轨迹的整体准均匀B样条的性质。