[发明专利]基于扫描式激光视觉传感的厚板窄间隙深坡口激光自动化多层焊焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接方法，具体涉及一种基于扫描式激光视觉传感的厚板窄间隙深坡口多层焊实时跟踪与焊道规划的激光自动化焊接方法，属于自动化焊接领域。

背景技术

目前，激光及激光-电弧复合焊作为高效焊接方法已开始广泛应用于厚板深坡口焊接生产行业，常采用焊接机床或机器人示教或离线编程的方式进行路径规划和运动控制。实际激光多层焊焊接厚板时，由于热变形和热应力等因素的影响，每焊一道焊缝就要重新示教或编程以保证焊枪相对工件位置以及焊枪姿态的准确性（离焦量），导致调整时间几倍甚至几十倍于真正焊接时间，大大降低了激光焊接生产效率。

经文献检索，中国专利号200910012657.9的发明专利提出了一种激光焊接焊缝跟踪系统及控制方法，该跟踪系统为集成结构光视觉传感系统，用这种方法能完成简单坡口的激光焊缝跟踪任务，但是用于厚板窄间隙深坡口的焊道时，易出现遮蔽现象，且由于坡口表面与坡口底部光强相差较大，影响设别精度，而且，该方法仅能实现实时焊缝对中校准，不能实现窄间隙深坡口的激光多层焊焊道规划和焊接，不能结合实际工况和焊接条件对当前使用的焊接参数进行调整。

经文献检索，申请人申报的登记号为2012SR049109的计算机软件著作权提供了一种软件：基于激光传感的焊缝坡口信息识别系统1.0，该软件基于激光视觉传感技术，通过实时检测——反馈——调整的反馈机制，能有效进行坡口特征信息的提取与处理，并实现实时显示和跟踪控制，有利于多层焊自动化路径规划和焊接。

发明内容

本发明的目的是为解决现有基于结构光视觉传感的焊接方法只能用于简单的浅坡口激光焊缝跟踪任务，用于厚板窄间隙深坡口的焊缝焊接时，易出现遮蔽现象，坡口设别精度较低，以及只能实现实时焊缝对中校准，不能实现窄间隙深坡口的激光多层焊焊道规划和焊接的问题，进而提供与基于激光传感的焊缝坡口信息识别系统配合使用的一种基于扫描式激光视觉传感的厚板窄间隙深坡口激光自动化多层焊焊接方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明的基于扫描式激光视觉传感的厚板窄间隙深坡口激光自动化多层焊焊接方法的具体步骤为：

步骤一、选定坡口形式为V形坡口，通过参数设置和控制单元设置参数；

步骤二、由图像扫描单元扫描待焊厚板工件坡口截面图像，每次扫描得到一组512个点的阵列，横坐标范围为0~511，纵坐标范围为1~1024，点阵列按横坐标依次排列即为该次扫描得到的焊缝坡口二维图像；

步骤三、由图像采集、处理和计算单元对扫描的V形坡口截面图像进行实时同步采集，显示截面图像，并对采集的坡口截面图像进行图像算法处理得到焊缝图像数据；

步骤四、由多层焊焊道规划单元根据图像采集、处理和计算单元得到的特征参数和预设的焊缝层数进行多层焊焊道近似简化为等面积的梯形拟合计算，进而得到焊接下一焊道需达到的等面积时激光焦点应处的位置，输出焊接时焊枪的高度偏移量的位置信息；

步骤五、焊接运动控制单元接受并实时同步处理上述多层焊焊道规划单元输出信息，向伺服电机控制箱终端的伺服电机以及焊接机器人控制箱终端的焊接机器人发送运动控制指令，实现焊枪对焊道高度位置的校正，实现逐层完成焊道的焊接，直至完成所有焊接任务。

本发明的基于扫描式激光视觉传感的厚板窄间隙深坡口激光自动化多层焊焊接方法的具体步骤为：

步骤一、选定坡口形式为I形坡口，通过参数设置和控制单元设置参数；

步骤二、由图像扫描单元扫描待焊厚板工件坡口截面图像，每次扫描得到一组512个点的阵列，横坐标范围为0~511，纵坐标范围为1~1024，点阵列按横坐标依次排列，即为该次扫描得到的焊缝坡口二维图像；

步骤三、由图像采集、处理和计算单元对扫描的I形坡口截面图像进行实时同步采集，显示截面图像，并对采集的坡口截面图像进行图像算法处理得到焊缝图像数据；

步骤四、由多层焊焊道规划单元根据图像采集、处理和计算单元得到的特征参数和预设的焊缝层数进行多层焊焊道近似简化为等面积的梯形拟合计算，进而得到焊接下一焊道需达到的等面积时激光焦点应处的位置，输出焊接时焊枪的高度偏移量的位置信息；

步骤五、焊接运动控制单元接受并实时同步处理上述多层焊焊道规划单元输出信息，向伺服电机控制箱终端的伺服电机以及焊接机器人控制箱终端的焊接机器人发送运动控制指令，实现焊枪对下层焊道高度位置的校正，实现逐层完成焊道的焊接，直至完成所有焊接任务。