[实用新型]一种可调式双线结构光焊缝跟踪视觉传感系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及焊缝跟踪自动化领域，具体地说是一种基于计算机视觉及激光三角法测量原理，通过视觉传感单元获取焊缝图像并通过图像处理技术提取焊缝中心信息，实现焊缝自动对中的可调式双线结构光焊缝跟踪视觉传感系统。

背景技术

激光焊接由于具有焊接速度快、热影响区小、焊缝美观、便于实现自动化等优点，广泛应用于汽车、造船、航天航空等制造业领域。但是激光焊接也要求焊件位置定位非常精确，必须控制在激光束的聚焦范围之内，确保激光束聚焦在焊件的焊缝中心上。而在实际焊接中，由于工件焊缝端面加工误差、机器人路径轨迹误差、定位夹紧装置误差及各种误差累积，使得激光束很难保证在焊缝的聚焦范围内。

目前，传统的焊缝跟踪系统都是采一个线性激光器和一个CCD摄像机组成的单线结构光焊缝跟踪系统，例如加拿大ServoRobot公司的焊缝跟踪系统，这种系统在跟踪直线焊缝时具有较好的效果，但是在跟踪曲线焊缝时，由于采集到曲线焊缝的信息不足，跟踪效果较差，甚至会跟踪失败，给生产带来损失。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种基于计算机视觉及激光三角法测量原理，既能够实现直线焊缝跟踪，又能够实现曲线焊缝跟踪，且跟踪精度高，可靠性高，并能够实现低成本焊缝在线实时跟踪，尤其在激光快速焊接时跟踪曲线焊缝中具有明显优势的可调式双线构光焊缝跟踪视觉传感系统。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型所述的可调式双线结构光焊缝跟踪视觉传感系统，包括工控机及通过数据控制线与工控机通讯的视觉传感单元、视觉伺服单元、图像处理模块和PLC逻辑控制器，其特点是所述视觉传感单元包括一个摄像机和两个线性激光器，所述摄像机安装在焊缝工件上方的机架上且摄像机的镜头与焊缝工件的表面相互垂直，所述两个线性激光器平行地固定为一体后并使线性激光器的轴线与摄像机坐标系的Z轴成一定角度安装到机架上。

为了使本实用新型对于跟踪不同类型的焊缝具有很好的适应性，提高跟踪精度，上述机架上设置有用于调节摄像机及线性激光器使用位置的视觉传感位姿调节器，该视觉传感位姿调节器由水平调节槽及角度调节仪组成，所述摄像机可沿所述水平调节槽来回移动，所述线性激光器可沿所述角度调节仪来回转动。

为了防止焊缝背景无用信息的干扰而影响焊缝跟踪的精度，上述摄像机的镜头上安装有用于滤除焊缝背景无用信息的滤光片。

为了保证摄像机和线性激光器始终处于指定的温度下工作，本实用新型还包括冷却器，所述冷却器安装在上述机架上并由上述PLC逻辑控制器控制。

本实用新型用于跟踪曲线焊缝时，其工作原理是：利用两个线性激光器打出两个相互平行的光平面，光平面投射到焊缝表面并被焊缝调制形成两条相互平行的激光条纹，这两条平行的激光条纹蕴含了焊缝位置偏移和角度偏移的信息，摄像机采集这两条激光条纹的灰度图像并送给图像处理模块进行图像处理，提取出焊缝位置偏移和角度偏移的信息，然后通过工控机将信息传递给视觉伺服单元并通过视觉伺服单元对焊枪运动轨迹进行调整，从而完成焊缝跟踪功能。

本实用新型用于跟踪直线焊缝时，其工作原理是：采用任意一个线性激光器打出光平面，光平面投射到焊缝表面并被焊缝调制形成激光条纹，这条激光条纹蕴含了焊缝位置偏移的信息，摄像机采集这条激光条纹的灰度图像并送给图像处理模块进行图像处理，提取出焊缝位置偏移的信息，然后通过工控机将信息传递给视觉伺服单元并通过视觉伺服单元对焊枪运动轨迹进行调整，从而完成焊缝跟踪功能。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型在曲线跟踪方面获取的信息比单线结构光丰富，用一帧图像就可以检测出焊缝实际转角偏差和位置偏差，而单线结构光只能检测出位置偏差；

2、本实用新型是在单线结构光焊缝跟踪系统里增加了一个线性激光器，在结构上和系统标定上容易实现，而且在曲线焊缝跟踪时可获得更为准确的焊缝偏差信息；

3、本实用新型能够在线实时跟踪直线焊缝或空间曲线焊缝，尤其在机器人激光焊接空间曲线焊缝跟踪中具有明显优势；

4、本实用新型的摄像机和线性激光器的空间位姿可调，对于跟踪不同类型的焊缝具有很好的适应性，而且通过调节摄像机和线性激光器的空间位姿，可以明显提高跟踪精度；

5、应用范围广，本实用新型配合激光焊接自动化装备，可以广泛应用于汽车、造船、航天、航空等领域；

6、本实用新型结构简单，成本低。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。