[发明专利]一种用于激光-电弧复合焊的主动激光视觉稳健焊缝跟踪系统

说明书

本发明公开了一种用于激光‑电弧复合焊的主动激光视觉稳健焊缝跟踪系统，包括：激光‑复合焊接机器人、主动激光视觉系统、激光光源、图像处理系统和控制系统，所述主动激光视觉系统和激光光源均设于激光‑复合焊接机器人上，所述图像处理系统设于控制系统中，所述激光‑复合焊接机器人、主动激光视觉系统、激光光源、图像处理系统均与控制系统连接；其解决现有激光‑电弧复合焊接时电弧弧光及飞溅干扰导致焊缝跟踪系统产生过多图像噪声最终影响焊接质量、焊接精度与效率的问题，解决示教过程焊缝特征点轨迹偏差引起的机器人跟踪失误问题，将焊缝图像识别与机器人运动控制相结合，实现焊缝特征自动提取与准确智能跟踪。

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，特别涉及一种用于激光-电弧复合焊的主动激光视觉焊缝跟踪系统及其跟踪方法。

背景技术

激光焊接在工业生产中应用日益广泛，激光焊接工艺局限性日益突出,主要表现为：激光焊接能量利用率底、焊接厚度增加导致生产成本增加；激光焊接对工件的焊接装配精度要求高、坡口搭桥能力弱；由于金属强烈汽化，激光焊缝易产生咬边、凹陷和气孔缺陷，而且很难通过工艺参量调节来消除；激光焊的冷却速度过大，焊缝易形成脆性相，接头的塑性和韧性较低。因此，激光-电弧复合焊受到广泛重视，将激光焊接和电弧焊接结合起来实现优质高效焊接生产。与传统电弧焊和激光焊接相比，激光-电弧复合焊具有大焊接熔深、高工艺稳定性、高焊接效率、较强的焊接间隙桥接能力和小焊接变形等优点，能够大幅度提高焊接效率和焊接质量。然而，该焊接方法结合了激光焊接和常规电弧焊接两种焊接方法，影响焊接过程的因素较多，焊接工艺相对较为复杂，焊接接头的焊缝成形和焊缝质量密切相关，好的焊缝成形才能具有优良的接头力学性能，有效地控制焊缝成形尤为重要。

激光-电弧复合焊接机器人具有工业机器人自动化和柔性化程度高、灵活性和稳定性好、动作快捷准确等优点，其自动化焊接重要有两种实现方式：一种是基于手动示教再现或离线编程的控制方式，另一种是基于焊缝自动跟踪技术的控制方式。手动示教再现或者离线编程需要焊缝在空间轨迹一旦确定就不能改变，当焊接工件存在加工误差、装夹后存在位置误差、焊接时工件会发生热变形，这些因素可能会使焊缝轨迹发生一定程度的变化，导致示教编程获得的机器人焊接轨迹偏离实际的焊缝轨迹，从而影响焊接质量。而焊缝自动跟踪系统通过传感器实时检测焊缝特征点(特征点是焊缝实际轨迹的离散点) 的位置，根据特征点的三维坐标控制机器人进行自动跟踪焊接，具有更高的灵活性和更广的应用范围，能实现跟高程度的自动化焊接。光学视觉式传感器，利用CCD或者CMOS感光芯片直接对焊缝进行成像，然后从图像获取焊缝的形状、位置等信息，主动式光学视觉传感器利用特殊的辅助光源对目标的局部位置进行照明，被照明位置在图像中形成高亮度区域，降低了特征提取难度。但是容易受到弧光和飞溅的干扰，测量点与焊接点的距离越小，弧光和飞溅噪声越强烈，这些因素都对视觉系统存在干扰，增加了焊缝跟踪系统的难度。因此，提高视觉系统鲁棒性，有效提取焊缝特征点，抵抗一定程度的弧光飞溅和飞溅干扰、图像噪声，从而提高系统测量精度、频率和抗干扰能力，成为优化、提高焊缝自动跟踪系统亟待解决的问题。其次，在进行机器人人工示教过程中，由于各种因素可能将导致所提取焊缝特征点轨迹产生偏差，从而使得焊接质量出现问题，因此，实现准确的焊缝跟踪，确保机器人工具端TCP点沿着可靠的焊缝特征点行进，可动态地准确对偏差进行补偿，也是焊缝自动跟踪系统亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种用于激光-电弧复合焊的主动激光视觉焊缝跟踪系统，其结构简单，设计合理，易于生产，智能化程度高、系统稳健性强，减少人工劳动量，提高了工作效率，确保焊接质量。

技术方案：为了实现上述目的，本发明提供了一种用于激光-电弧复合焊的主动激光视觉焊缝跟踪系统，包括：激光-复合焊接机器人、主动激光视觉系统、激光光源、图像处理系统和控制系统，所述主动激光视觉系统和激光光源均设于激光-复合焊接机器人上，所述图像处理系统设于控制系统中，所述激光-复合焊接机器人、主动激光视觉系统、激光光源、图像处理系统均与控制系统连接；