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薄鋼板焊縫小特征點視覺跟蹤與實時質(zhì)量檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種薄鋼板焊縫小特征點視覺跟蹤與實時質(zhì)量檢測裝置，該裝置包括主控計算機、PLC、電機和傳感部分；所述的特征點視覺檢測傳感器和視覺質(zhì)量檢測傳感器均通過USB連接到主控計算機上，主控計算機通過接線與PLC連接，PLC通過接線與控制焊槍移動的電機連接，電機與焊槍剛性連接。本發(fā)明的裝置可代替人力進行焊接與焊后質(zhì)量檢測工作，生產(chǎn)線上傳統(tǒng)的焊接依靠工人人眼進行焊縫檢測定位實施焊接，而人眼檢測由于疲勞等因素的影響容易出現(xiàn)偏差，本發(fā)明的智能焊縫檢測裝置具有長時間持續(xù)運行無疲勞性，提高了焊接精度與效率。
【專利說明】薄鋼板焊縫小特征點視覺跟蹤與實時質(zhì)量檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明的技術(shù)方案涉及視覺焊接領(lǐng)域，具體地說是用于相機代替人眼在焊接過程中提供焊接位置參數(shù)并控制焊槍進行實時糾偏完成焊接，并在焊接完成后，對焊接進行實時在線質(zhì)量檢測的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著焊接生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量日益要求嚴苛，把智能視覺焊接引入焊接領(lǐng)域是一個極為重要的應(yīng)用，視覺傳感器可以代替人眼在焊接中進行識別，并確定出焊接特征點位置信息從而引導(dǎo)焊槍進行焊接，同時，焊后質(zhì)量檢測也可以通過視覺傳感器完成，傳統(tǒng)都是依靠工人依靠眼睛進行檢測，而且人工檢測具有易疲勞性與非一致性，使得檢測任務(wù)完成起來費時費力，引入視覺檢測裝置把人力從簡單重復(fù)的枯燥工作中解放出來，既提高了生產(chǎn)效率，也減少人力投入，能夠?qū)崟r在線連續(xù)性檢測，具有較大的經(jīng)濟效益與社會效益。
[0003]CN102794566A公開了“基于旁軸CXD的激光焊接質(zhì)量在線監(jiān)測裝置”，裝置中的視覺傳感器既可以實現(xiàn)焊接特征點位置檢測，又可以實現(xiàn)焊接質(zhì)量檢測，但設(shè)備無法完成即時焊接即時檢測一體化。
[0004]CN101750416A披露了 “一種基于線結(jié)構(gòu)光的視覺焊縫表面質(zhì)量檢測傳感器”，通過兩個傳感單元分別置于焊縫上下表面兩側(cè)，分別采集到上下表面的圖像進而進行質(zhì)量檢測，此設(shè)備用于焊后檢測，無法完成即時焊接即時檢測。
[0005]CN102478390A報道了“基于雙目視覺的焊接熔池表面形狀獲取與傳感系統(tǒng)”，通過雙目視覺，分別采集熔池兩側(cè)圖像并進行檢測，得到熔池形狀信息，但是雙目視覺系統(tǒng)安裝精度要求高，不適合復(fù)雜焊縫形狀的檢測。
[0006]本發(fā)明針對以上不足，提出了視覺跟蹤與實時質(zhì)量檢測裝置，能夠適應(yīng)不同形狀的焊縫實時焊接及焊后測量，能夠完全代替人工進行焊接以及焊后檢測，靈活度高，實時性好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的為針對當前技術(shù)的不足，提供一種薄鋼板焊縫小特征點視覺跟蹤與實時質(zhì)量檢測裝置，將智能焊縫檢測裝置與焊后質(zhì)量檢測裝置一體化，具有較高的智能性，通過本裝置集成有特征點視覺檢測傳感器和視覺質(zhì)量檢測傳感器，特征點視覺檢測傳感器可以代替人眼完成特征點檢測并引導(dǎo)焊槍實施焊接，視覺質(zhì)量檢測傳感器則在完成焊接后對焊接效果實時進行評估檢測，并對不合格產(chǎn)品進行報警，工人只需要在發(fā)生報警后對焊接不合格的產(chǎn)品進行處理即可，這個集成有兩個傳感器的裝置相當于減少兩個工人的勞動量。在焊接過程中通過視覺傳感系統(tǒng)實時獲取焊縫位置信息，并控制焊槍進行偏差調(diào)節(jié)完成實時跟蹤焊接，同時，對剛焊接的焊縫進行視覺質(zhì)量檢測，實現(xiàn)完成一條焊縫生產(chǎn)即完成一條焊縫檢測，節(jié)約了焊接及檢測時間。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0009]一種薄鋼板焊縫小特征點視覺跟蹤與實時質(zhì)量檢測裝置，該裝置包括主控計算機、PLC、電機和傳感部分；
[0010]所述的傳感部分主要包括焊槍，以及焊槍左右兩側(cè)的特征點視覺檢測傳感器和視覺質(zhì)量檢測傳感器，其中焊槍兩側(cè)各與一個第一連接塊剛性連接；一個第一連接塊與第二連接塊連接，第二連接塊與特征點視覺檢測傳感器連接；第二連接塊下剛性連接有第一擋板；視覺質(zhì)量檢測傳感器通過第三連接塊與另一個第一連接塊連接，第一連接塊與焊槍剛性連接，第三連接塊下剛性連接有第二擋板；
[0011]所述的特征點視覺檢測傳感器組成包括封裝在內(nèi)的第一工業(yè)相機和第一一字型線激光器，第一工業(yè)相機在傳感器內(nèi)垂直安裝，第一一字型線激光器與第一工業(yè)相機呈角度安裝，角度調(diào)節(jié)范圍為30°?60;
[0012]視覺質(zhì)量檢測傳感器的組成包括封裝在內(nèi)的第二工業(yè)相機和第二一字型線激光器，第二工業(yè)相機在傳感器內(nèi)垂直安裝，第二一字型線激光器與第二工業(yè)相機呈角度安裝，角度調(diào)節(jié)范圍為30°?60。
[0013]所述的特征點視覺檢測傳感器和視覺質(zhì)量檢測傳感器均通過USB連接到主控計算機上，主控計算機通過接線與PLC連接，PLC通過接線與控制焊槍移動的電機連接，電機與焊槍剛性連接。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:開發(fā)薄鋼板焊縫小特征點視覺跟蹤與實時質(zhì)量檢測裝置，該裝置可代替人力進行焊接與焊后質(zhì)量檢測工作，生產(chǎn)線上傳統(tǒng)的焊接依靠工人人眼進行焊縫檢測定位實施焊接，而人眼檢測由于疲勞等因素的影響容易出現(xiàn)偏差，本發(fā)明的智能焊縫檢測裝置具有長時間持續(xù)運行無疲勞性，提高了焊接精度與效率(由圖6可以看出，特征點視覺檢測傳感器檢測到的焊縫特征點三個偏差檢測相鄰幀間誤差變化范圍均小于5個像素點，在焊板上為偏差變化量小于0.5mm)，智能焊縫檢測裝置與焊后質(zhì)量檢測裝置一體化，具有較高的智能性，一個集成裝置可以完成兩個生產(chǎn)步驟。傳統(tǒng)的是焊接需要工人手工操作完成，焊后操作也需要一名工人進行檢測，本裝置的特征點視覺檢測傳感器可以代替人眼完成特征點檢測并引導(dǎo)焊槍實施焊接，本裝置的視覺質(zhì)量檢測傳感器則在完成焊接后對焊接效果實時進行評估檢測，并對不合格產(chǎn)品進行報警，工人只需要在發(fā)生報警后對焊接不合格的產(chǎn)品進行處理即可，這個裝置相當于減少兩個工人的勞動量，節(jié)省人力資源，還可有效節(jié)省焊接時間和提聞焊接質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0016]圖1為設(shè)備框架示意圖。
[0017]11為視覺質(zhì)量檢測傳感器中的一字型線激光器12為視覺質(zhì)量檢測傳感器13為視覺質(zhì)量檢測傳感器中的工業(yè)相機14為視覺質(zhì)量檢測傳感器與焊槍之間的連接塊15為連接塊16為特征點視覺檢測傳感器與焊槍之間的連接塊17為特征點視覺檢測傳感器18為特征點視覺檢測傳感器中的一字型線激光器19為特征點視覺檢測傳感器中的工業(yè)相機110為特征點視覺檢測傳感器與焊槍之間的擋板111為焊槍112為視覺質(zhì)量檢測傳感器與焊槍之間的擋板
[0018]圖2為本發(fā)明特征點視覺檢測傳感器處理流程框圖。
[0019]圖3為本發(fā)明視覺質(zhì)量檢測傳感器處理流程框圖。
[0020]圖4為特征點視覺檢測傳感器的工業(yè)電腦監(jiān)控界面。
[0021]41為圖像顯示區(qū)域42為焊接狀態(tài)監(jiān)控43為焊接速度顯示框44為橫向坐標顯示框45為縱向坐標顯示框46為垂直偏差顯示框47為程序退出按鈕48為開始焊接按鈕49為起始點搜索按鈕410為壓腳升降按鈕
[0022]圖5為視覺質(zhì)量檢測傳感器的工業(yè)電腦監(jiān)控界面。
[0023]51為圖像顯示區(qū)域52為開始檢測按鈕53為程序退出按鈕54為報警信息狀態(tài)顯示
[0024]圖6為特征點視覺檢測傳感器檢測到的焊縫特征點三個偏差檢測曲線圖，其中，圖6a為特征點視覺檢測傳感器檢測到的焊縫特征點橫向坐標，圖6b為特征點視覺檢測傳感器檢測到的焊縫特征點縱向坐標，圖6c為特征點視覺檢測傳感器檢測到的焊縫特征點垂直偏差量;

【具體實施方式】
[0025]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，但并不能以此來限定本發(fā)明的范圍。任何對本發(fā)明的機制作本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)熟知的部件的替換、組合、分立，以及對本發(fā)明實施步驟作本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)熟知的等同改變或替換均不超出本發(fā)明的揭露以及保護范圍。
[0026]薄鋼板焊縫小特征點視覺跟蹤與實時質(zhì)量檢測裝置，該裝置包括主控計算機、PLC、電機和傳感部分；
[0027]所述的傳感部分主要包括焊槍111，以及焊槍111左右兩側(cè)的特征點視覺檢測傳感器17和視覺質(zhì)量檢測傳感器12，其中焊槍111兩側(cè)各與一個連接塊15剛性連接；一個連接塊15與連接塊16連接，連接塊16與特征點視覺檢測傳感器17連接；工業(yè)相機19 (大恒工業(yè)相機DH-HV1351UM)和一字型線激光器18 (為公知器件，可發(fā)出一字型結(jié)構(gòu)光條紋)封裝在特征點視覺檢測傳感器17內(nèi)，工業(yè)相機19在傳感器內(nèi)垂直安裝，一字型線激光器18與工業(yè)相機19呈角度安裝，角度調(diào)節(jié)范圍為30°?60，具體角度以激光條紋成像在相機中部顯示為宜。連接快16下剛性連接有擋板110 ;工業(yè)相機13和一字型線激光器11封裝在視覺質(zhì)量檢測傳感器12內(nèi)，工業(yè)相機13在傳感器內(nèi)垂直安裝，一字型線激光器11與工業(yè)相機13呈角度安裝，角度調(diào)節(jié)范圍為30°?60，具體角度以激光條紋成像在相機中部顯示為宜。視覺質(zhì)量檢測傳感器12通過連接塊14與另一個連接塊15連接，連接塊15與焊槍111剛性連接，連接快14下剛性連接有擋板112。擋板110、112目的是減少弧光、飛濺等對傳感器采集圖像的干擾。
[0028]相機鏡頭下方安裝有濾光片，分別為衰減片與窄帶濾光片，窄帶濾光片能透過波長650nm紅色光波，減少外部雜光的干擾。
[0029]相機與激光器封裝在保護殼內(nèi)，相機USB通信線與激光器的電源線分別通過保護殼上方的孔引出。
[0030]所述的特征點視覺檢測傳感器17和視覺質(zhì)量檢測傳感器12均通過USB連接到主控計算機上，主控計算機通過接線與可編程邏輯控制器(Programmable LogicController, PLC)連接，PLC通過接線與控制焊槍移動的電機連接，電機與焊槍111剛性連接，帶動焊槍一起移動進行偏差調(diào)節(jié)；主控計算機接收到特征點視覺檢測傳感器17采集到的圖像數(shù)據(jù)，進行特征點位置提取后，將位置偏差信息傳遞到PLC中，PLC控制焊槍實現(xiàn)偏差調(diào)節(jié)；主控計算機接收到視覺質(zhì)量檢測傳感器12傳遞來的圖像數(shù)據(jù)信息，進行數(shù)據(jù)存儲并進行圖像信息處理，得到焊縫質(zhì)量信息，如果出現(xiàn)不合格的情況則進行報警提示。
[0031]本發(fā)明中涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)接收、傳送和處理等方法為公知技術(shù)，本領(lǐng)域普通人員技術(shù)人員完全可以根據(jù)上述步驟的描述通過常用軟件VC編寫相關(guān)程序來實現(xiàn)。
[0032]圖2為特征點視覺檢測傳感器運行框圖。特征點視覺檢測傳感器將采集到的圖像信息傳遞到主控計算機，通過圖像處理得到焊接特征點偏差信息，并將偏差信息傳遞給PLC以控制焊槍111進行偏差調(diào)節(jié)完成焊接過程。圖4為工業(yè)電腦監(jiān)控界面，41能夠?qū)崟r顯示特征點視覺檢測傳感器圖像處理信息，42為焊接狀態(tài)監(jiān)控，工業(yè)電腦與PLC控制器之間能夠正常通訊時，狀態(tài)框為綠色顯示，否則為灰色顯示，這時候就需要進行故障檢查。43為焊接速度顯示框。點擊“壓緊壓腳”410按鈕，就可以完成將壓腳緊密壓緊在焊板上方，防止焊接過程中出現(xiàn)的擾動引起焊板位置偏移。進而繼續(xù)點擊“起始點搜索”49，此時，焊槍會自動尋找焊接起點。按下“開始焊接”48按鈕，此時，焊接啟動，44、45、46分別顯示特征點視覺檢測傳感器識別出的特征點的橫向坐標、縱向坐標、垂直偏差，并將這三個值連續(xù)不斷傳送給PLC，控制焊槍111在橫向、縱向、垂直方向依據(jù)偏差數(shù)值進行移動對中焊縫，完成連續(xù)焊接。按鈕47即可以保證程序安全退出。
[0033]圖3為視覺質(zhì)量檢測傳感器運行框圖。視覺質(zhì)量檢測傳感器將采集到的圖像信息傳遞到主控計算機，通過圖像處理得到焊縫焊接信息并進行信息判斷存儲，如果焊接質(zhì)量不合格則產(chǎn)生報警信息。圖5為工業(yè)電腦監(jiān)控界面，51能夠?qū)崟r顯示視覺質(zhì)量檢測傳感器圖像處理信息，52為開始檢測按鈕，53為退出程序按鈕，54為報警信息按鈕，當檢測到焊縫發(fā)生漏焊等缺陷時，狀態(tài)欄為紅色顯示報警信息，當焊縫焊接質(zhì)量合格時，為綠色顯示。
[0034]本發(fā)明實施方便，能夠?qū)崿F(xiàn)焊接的監(jiān)控與自動跟蹤，代替人眼進行在線檢測特征點位置進行智能焊接，把工人從充滿噪聲、煙塵等惡劣的環(huán)境焊接環(huán)境中解放出來，并且具有無疲勞的特性，可以連續(xù)長時間進行焊接工作，降低了勞動生產(chǎn)成本；焊接完成后，需要工人逐條焊縫進行焊縫質(zhì)量檢測，本裝置可以一體化完成焊接及焊后質(zhì)量檢測，工人只需要對檢測到的不合格產(chǎn)品做進一步處理即可，節(jié)約人力，并且避免了由于人眼疲勞造成的檢測誤差，焊接及檢測速度達到I?5m/s，可以滿足生產(chǎn)線的需要。針對厚度2毫米的搭接焊板進行焊接測試，焊接速度為lm/s，由圖6可以看到相鄰幀間特征點檢測最大誤差低于5個像素，即相對應(yīng)焊接過程中焊槍調(diào)節(jié)偏差范圍誤差在0.5mm之內(nèi)。
[0035]本發(fā)明未盡事宜為公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種薄鋼板焊縫小特征點視覺跟蹤與實時質(zhì)量檢測裝置，其特征為該裝置包括主控計算機、PLC、電機和傳感部分； 所述的傳感部分主要包括焊槍，以及焊槍左右兩側(cè)的特征點視覺檢測傳感器和視覺質(zhì)量檢測傳感器，其中焊槍兩側(cè)各與一個第一連接塊剛性連接；一個第一連接塊與第二連接塊連接，第二連接塊與特征點視覺檢測傳感器連接；第二連接塊下剛性連接有第一擋板；視覺質(zhì)量檢測傳感器通過第三連接塊與另一個第一連接塊連接，第一連接塊與焊槍剛性連接，第三連接塊下剛性連接有第二擋板； 所述的特征點視覺檢測傳感器和視覺質(zhì)量檢測傳感器均通過USB連接到主控計算機上，主控計算機通過接線與PLC連接，PLC通過接線與控制焊槍移動的電機連接，電機與焊槍剛性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的薄鋼板焊縫小特征點視覺跟蹤與實時質(zhì)量檢測裝置，其特征為所述的特征點視覺檢測傳感器組成包括封裝在內(nèi)的第一工業(yè)相機和第一一字型線激光器，第一工業(yè)相機在傳感器內(nèi)垂直安裝，第一一字型線激光器與第一工業(yè)相機呈角度安裝，角度調(diào)節(jié)范圍為30°?60; 視覺質(zhì)量檢測傳感器的組成包括封裝在內(nèi)的第二工業(yè)相機和第二一字型線激光器，第二工業(yè)相機在傳感器內(nèi)垂直安裝，第二一字型線激光器與第二工業(yè)相機呈角度安裝，角度調(diào)節(jié)范圍為30°?60。
【文檔編號】G01N21/88GK104148838SQ201410393753
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】陳海永, 杜曉琳, 孫鶴旭 申請人:河北工業(yè)大學