[发明专利]基于画线法视觉传感焊缝自动跟踪方法

说明书

技术领域

本专利涉及视觉传感图像识别技术、焊接过程质量实时传感及控制技术，特别涉及基于画线法视觉传感焊缝自动跟踪方法。 

背景技术

在焊接过程中实现焊缝自动跟踪对保证焊接质量，提高焊接自动化水平有着极其重要的实际意义，焊缝自动跟踪技术的关键是焊缝位置的传感方法，目前国内外广泛应用的是激光视觉传感器，通过采集焊缝的变形激光条纹图像，计算获得焊缝位置、坡口宽度、坡口深度、焊枪高度、错边量、开缝量等焊缝特征信息，实现焊缝自动跟踪焊枪高度自动控制及焊缝特征参数的监测。 

针对于搅拌摩擦和激光焊接方法特点，无填充金属焊接过程工件对接焊缝间隙几乎为零，焊缝无坡口；采用激光视觉传感很难获得焊缝处较大变形的激光条纹图像，很难用激光视觉传感方法实现焊缝自动跟踪。 

直缝钢管、螺旋钢管预焊等焊后的精焊生产，由于预焊后焊缝被填充金属覆盖即焊缝中心位置特征已经不可见，采用激光视觉传感无法在焊缝的变形激光条纹图像中找到焊缝特征点，因此，采用激光视觉传感方法实现精焊焊缝自动跟踪成为不可能；实际生产中焊缝坡口边沿很难保证整齐或形状规则，尤其是螺旋钢管焊缝还存在扭曲变形致使焊缝两侧坡口不对称，因此，通过采用激光视觉传感检测焊缝坡口边沿或者检测焊缝两侧破口边缘后计算焊缝中心的方法，均无法实现精准、可靠的精焊焊接过程焊缝自动跟踪。 

类似于搅拌摩擦焊、激光焊接被广泛应用的焊接过程及直缝钢管、螺旋钢管等预焊后的精焊焊缝自动跟踪迫切需要一种新方法能直接或间接检测焊缝位置，从而使实现焊缝自动跟踪成为可能。 

发明内容

工件焊接前或在焊接过程中，根据实际生产条件，采用特殊定位结构，用画线法或印、喷等方法在工件表面距离板边（焊接侧）等距离绘制线条，如图1所示，线的颜色与板表面颜色应该有足够的色差或对比度，线宽为3至5毫米，要保证靠近焊接侧的线条边缘整齐。 

采用视觉传感器作为传感器，传感器固定于焊枪或搅拌摩擦焊搅拌头，如图2、图3所示，在焊接方向上超前焊接点获取已画好的线条图像，如图4所示。焊接过程中，焊枪或搅拌摩擦焊搅拌头与焊缝发生偏移，视觉传感器获取的图像中线条边缘相对于视觉传感器视野中的基准位置也会等比例发生偏移，通过计算机软件处理或模拟电路硬件处理，识别线条边缘，并以线条边缘为特征，通过单片机或工控机软件计算焊缝位置及位置变化趋势及变化量，控制焊枪或搅拌摩擦焊搅拌头在垂直于焊缝方向移动，使焊接点实时对准焊缝，从而实现焊缝自动跟踪。 

本专利特点： 

（1）焊前或焊接过程中在工件表面距离板边等距离画线或印、喷线条容易实现；

（2）视觉传感器固定于焊枪，与焊枪同步移动，焊缝检测实时、同步性好；

（3）焊接过程视觉传感器识别线条边缘计算其位置的变化趋势及变化量可以间接感知焊缝偏差，不受焊缝间隙微小甚至是没有间隙及预焊后无焊缝特征的影响，也不受焊缝是否有坡口的影响。