[发明专利]一种双环焊缝激光视觉跟踪系统及跟踪方法

说明书

本发明公开了一种双环焊缝激光视觉跟踪系统及跟踪方法，包括旋转控制单元和两套跟踪控制单元；旋转控制单元包括PLC和与PLC相连接的旋转变位机；其中，旋转变位机用于控制筒状工件绕自身轴线旋转；筒状工件的两侧与两个端盖相焊接，形成两个环形焊缝；两套跟踪控制单元，用于环形焊缝的焊接和视觉跟踪；每套跟踪控制单元均包括焊接机器人、工控机和激光视觉传感器。本发明通过异步线程和队列策略，提高图像采集和图像处理速度，从而提高跟踪精度；通过实时判断当前位置和异步队列，消除激光前置距离对跟踪精度的影响。采用卡尔曼滤波算法对目标位置进行滤波，进一步提高跟踪精度。

技术领域

本发明涉及焊接自动控制领域，特别是一种双环焊缝激光视觉跟踪系统及跟踪方法。

背景技术

焊接技术在工业生产中具有广泛的应用，人工焊接已无法满足高效高质量的焊接要求。焊缝跟踪系统作为一门综合性自动化焊接技术，能够实时识别和跟踪焊缝位置，无需对机器人示教，对提高焊接质量、改善劳动条件、提高劳动生产率具有重要意义。

双环焊缝焊接是圆筒型工件焊接的核心步骤，在热水器内胆、油箱、液压容器等生产制造中具有广泛的应用场景。目前，双环焊缝焊接通常采用机器人示教焊接，但由于工件一致性问题，导致焊接质量参差不齐，甚至产生报废；或需人工频繁进行焊接点的示教，大大降低焊接效率。

申请号为201611043658.6的中国发明专利申请，发明名称为“一种新型激光视觉焊缝跟踪系统及方法”，其中，系统包括：焊接机器人、激光视觉传感器、多轴伺服控制器、伺服驱动器、PC现场组态平台和智能终端。激光视觉引导的焊缝跟踪方法，包括：步骤S1，激光视觉传感器采集焊缝图像；S2，对焊缝图像进行噪声滤除；S3，对小波降噪后的图像进行二值化处理；S4，激光条纹中心提取；S5，检测焊缝位置；S6，建立焊缝跟踪系统模型；S7，通过双队列的控制策略实现焊缝跟踪。此申请仅适用于单焊缝跟踪的应用场景，且没有考虑激光前置距离对焊缝跟踪的影响。

如图3所示，由于激光视觉传感器50的实际检测位置与焊接实际位置(也即焊枪24的实际位置)之前具有一段距离，也即激光前置距离L，焊缝跟踪过程中检测位置并不是实际焊接位置，要实现精确跟踪，必须要消除这个激光前置距离L。

申请号为201710324486.8的中国发明专利申请，发明名称为“一种焊缝跟踪系统及焊缝跟踪方法”，其中，系统包括：视觉传感装置、支架焊枪、运动机构、计算机及挡板，视觉传感装置包括点状激光器、线状激光器、面阵相机；面阵相机采集图像，并传入计算机，该计算机发出指令，控制运动机构在三维方向移动。该申请首次采用点线激光组合式视觉传感系统为基准的整体的焊缝高度识别跟踪方法及焊枪调节方法。然而，该申请仅能跟踪焊缝高度方向上的变化，焊缝前进方向上的变化无法跟踪。

目前尚没有相关文献考虑到双焊缝同步跟踪的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种双环焊缝激光视觉跟踪系统及跟踪方法，该双环焊缝激光视觉跟踪系统及跟踪方法将图像处理技术、机器人技术、工业控制技术相结合，有效地解决了焊缝位置自动识别、双焊缝实时同步跟踪的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种双环焊缝激光视觉跟踪系统，包括旋转控制单元和两套跟踪控制单元。

旋转控制单元包括PLC和与PLC相连接的旋转变位机。其中，旋转变位机用于控制筒状工件绕自身轴线旋转。筒状工件的两侧与两个端盖相焊接，形成两个环形焊缝。

两套跟踪控制单元，用于两个环形焊缝的焊接和视觉跟踪。

每套跟踪控制单元均包括焊接机器人、工控机和激光视觉传感器。激光视觉传感器与工控机相连接，焊接机器人、工控机均与PLC有线或无线连接。

一种双环焊缝激光视觉跟踪方法，包括如下步骤。