[发明专利]一种焊枪自动跟踪控制并在线修正系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人弧焊技术领域，涉及一种焊缝跟踪检测控制方法，具体地说是一种焊枪自动跟踪控制并在线修正系统及其控制方法。

背景技术

目前，焊缝自动跟踪控制技术常用的方法有两种，一种是给定轨迹的目标控制方式，另一种是监视焊接点的图像处理方法，前者费时费力，生产效率低下；后者增大了图像处理的难度，影响跟踪精度。自动焊时，为实时补偿因工件的加工与装配误差，以及因焊接热变形所引起的焊缝位置和尺寸变化，必须采用适当的焊缝跟踪方法并可以进行在线修正焊枪轨迹。

专利名称为“基于激光视觉传感的焊缝自动跟踪方法”，(CN103252560A)公开了一种基于CCD视觉传感器焊缝自动跟踪方法，采用单传感器检测位置超前焊枪的情况下计算出焊枪实际焊缝偏差，但由于恶劣的焊接环境等各种不可预见的情况会导致传感器工作失常，焊接精度得不到保障。另一件涉及焊缝自动跟踪控制的专利的名称为“基于磁控电弧与激光视觉传感的焊缝自动跟踪控制系统”(CN203418212U)，其主要针对现有空间焊缝的自动实时跟踪精度低，系统容错性不佳等技术问题提出了基于双传感器的误差数据融合的跟踪系统，但该系统只提出了焊缝跟踪前和跟踪中的跟踪控制，并没有融合焊接后的跟踪反馈，焊接过程中的各种不确定因素仍然可能会导致系统跟踪失败。

常用的焊缝跟踪传感器有CCD视觉传感器、电弧传感器和激光二维轮廓扫描传感器等，其中电弧传感器无机械振动与磨损，且体积小，性能突出；CCD视觉传感器能获取待焊工件的图像，获取信息量大，焊缝跟踪效果好；激光轮廓扫描传感器目前主要用于运行中火车轮缘和轨道磨损的在线测量以及各种轨道轮廓及平整度测量等，其可以对各种轮廓线进行实时在线测量，应用到焊缝跟踪上可以更好的对焊缝质量进行检测并进行修正。但焊接过程中各种不确定因素对焊缝都有影响，会导致焊缝出现偏差，这种偏差靠单一的传感器进行偏差信息提取导致焊缝跟踪失败的可能性很大。因此，将多种不同的传感器有机结合是解决复杂环境下焊缝跟踪的有效方法，也是焊接自动化发展的必然趋势。

发明内容

为提高焊接过程中的控制系统对焊枪跟踪精度，保证焊枪在焊接前有预测、焊接中有修正以及焊接后有反馈，以形成完整的焊枪监控系统，本发明提出了一种焊缝自动跟踪控制并在线修正系统及其控制方法，利用多传感器的在线测量数据融合进行在线修正纠偏。

本发明的目的是克服现有焊缝跟踪系统的不足，提高自动焊接的质量和效率，提出了一种响应速度快、稳定性好、容错性好、跟踪精度高、实用性强、具有通用性的一种焊缝自动跟踪控制并在线修正系统。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：

一种焊枪自动跟踪控制并在线修正系统及其控制方法，包括视觉传感系统、图像处理系统、跟踪控制系统和在线修正系统，所述视觉传感系统包括CCD视觉传感器，所述图像处理系统包括图像预处理模块和图像处理模块，所述跟踪控制系统包括焊枪、控制系统、驱动系统、信号处理模块和电弧传感器，所述在线修正系统包括激光二维轮廓扫描传感器和误差分析模块。

所述CCD视觉传感器与图像预处理模块连接，所述图像预处理模块与图像处理模块连接，所述图像处理模块与控制系统连接，所述控制系统与驱动系统连接，所述驱动系统与焊枪相连，所述电弧传感器安装在焊枪上，电弧传感器与信号处理模块连接，所述信号处理模块与控制系统连接，所述激光二维轮廓扫描传感器与误差分析模块相连，所述误差分析模块和控制系统相连。

所述CCD视觉传感器、电弧传感器和激光二维轮廓扫描传感器利用多传感器信息融合技术同时应用到焊缝自动跟踪控制系统中。所述电弧传感器、CCD视觉传感器和激光二维轮廓扫描传感器三者相互连通，在焊缝跟踪系统中，CCD视觉传感器可以获取待焊工件的图像，根据所测得的图像对焊缝轨迹进行偏差预测；所述电弧传感器的实时性好、体积小且性能突出，能在焊接过程中对焊枪的焊接轨迹进行调整、修正；激光二维轮廓扫描传感器可以对已焊工件的焊缝表面进行扫描，能在焊接中和焊接后对焊缝的偏差进行计算，并将计算的结果反馈给控制系统，让控制系统实时调整焊接轨迹。

所述CCD视觉传感器采用固定安装的方式安装在焊枪上，CCD视觉传感器在焊接前获取场景中待焊工件的位置信息图像和焊缝空间位置信息。