[发明专利]基于环形面阵CCD锅炉内环缝的焊枪姿态调节方法

说明书

一种基于环形面阵CCD锅炉内环缝的焊枪姿态调节方法，用于锅炉内部圆管焊缝的焊枪姿态调节。该方法经结构光发生装置形成与焊枪轴线同心的圆环形扫描激光，再通过创新性提出的一种像素点成一定夹角放射状排列的面阵CCD接收焊缝周围形态的数据，最后利用矩阵算法得出焊枪的所有姿态角并依据姿态角自适应调节焊枪。本发明具有结构相对小巧紧凑，易于安装以及适用各种位置和各种类型焊缝的起焊点校准焊枪对准焊缝中心和姿态调节。

技术领域

本发明涉及锅炉内圆管焊接自动化领域，是一种基于环形面阵CCD锅炉内环缝的焊枪姿态调节方法。

背景技术

对于锅炉内圆管焊接，当前世界上尚未实现自动化。我国绝大部分还处于人工进入锅桶内部焊接，普遍焊接效率低，工人工作环境恶劣。为了提升焊接效率和改善工人工作环境，提出一种基于环形面阵CCD锅炉内环缝的焊枪姿态调节方法,对进一步推动焊接生产自动化有着积极作用。目前应用在其他领域中的CCD视觉都具有或多或少的超前性，不能实时检测以焊枪轴心为圆心的邻域上的位置信息。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，更好的推动焊接设备自动化的进程，针对锅炉内管筒焊接生产中起始点定位和焊枪姿态调节由人工校正而存在的焊接效率低、工人工作环境差、定位和校正不准等问题。本发明提出一种基于环形面阵CCD锅炉内环缝的焊枪姿态调节方法，用于锅炉内环缝的焊枪姿态调节。该方法经自主设计结构光发生装置形成与焊枪轴线同心的圆环形扫描激光，再通过创新性提出的一种像素点成一定夹角放射状排列的面阵CCD接收焊缝周围形态的数据，最后利用自主设计的Raytrace-Contrast算法得出焊枪的所有姿态角并依据姿态角自适应调节焊枪。本发明具有结构相对小巧紧凑，易于安装以及适用各种位置和各种类型焊缝的起焊点校准焊枪对准焊缝中心和焊枪姿态调节。其特征主要有以下三点：

第一、本发明采用的系统框图如图1所示，其主要包括与焊枪轴线同心的圆环形扫描激光光路装置、机器人手臂及计算机控制单元、Raytrace-Contrast算法；其中光路装置主要包括结构光发生器和圆环形面阵CCD采集模块；该方法依据所设计光路装置采集以焊枪为中心的圆形邻域上的深度值信息并进行特征提取，通过Raytrace-Contrast算法输出焊枪与焊缝的相对位置及焊枪姿态角给控制单元，控制单元与机器人通信调整机器人手臂来调节焊枪位置与焊枪姿态。

第二、本发明的光路装置主要包括结构光发生器和圆环形面阵CCD采集模块；其中所述的结构光发生器包括固定支架，驱动器，混合伺服电机，带齿轮的滚动轴承，激光支架和激光发生器；驱动器驱动混合伺服电机转动，并通过齿轮传动调动轴承转动，进而控制轴承上的四个激光器旋转，产生以焊枪为轴心的圆形扫描激光；其中所述的圆环形面阵CCD采集模块包括聚焦透镜、圆环形面阵CCD和CCD驱动器；圆环形面阵CCD的像素点排列方式与普通的面阵CCD的矩阵式排列不同，其排列方式如同线阵CCD感光条呈固定夹角的圆环阵列式排列。

第三、本发明提出的Raytrace-Contrast算法是：首先对圆环形面阵CCD进行顺时针序号标记；通过CCD采样并用质心法求出深度值矩阵S与校核数据P比较，若S与P相等则不需要调节，若S与P不相等则对S进行差分分析得出焊缝特征点的位置K；然后运用K与校核时特征点K1进行比较得出焊枪空间位置偏差角ε，若ε不为0，则通过PID调节直至ε等于0；当ε＝0时通过图像与几何关系得出焊枪平面位置姿态角最后通过控制单元与机器人手臂结合调节焊枪直至姿态角等于0。

本发明明显优势是：本发明提出一种基于环形面阵CCD锅炉内环缝的焊枪姿态调节方法，该方法采用的圆环形面阵CCD，其排列方式如同线阵CCD感光条呈固定夹角的圆环阵列式排列，各像素列之间相互独立并行输出到数据采集卡进行处理，得出原始数据矩阵。因此，其数据采集处理速度快效率高。以及该方法采用的质心法计算的深度值较为稳定准确，自主设计的Raytrace-Contrast算法可以与控制模块自适应调节焊枪姿态，采用的装置可以实时反映出以焊枪为轴心的圆形邻域上的深度值信息。

附图说明