集装箱波纹板焊缝的识别方法、识别装置及焊接控制系统

摘要

一种集装箱波纹板焊缝的识别方法、识别装置及焊接控制系统，集装箱波纹板的焊缝识别方法包括如下步骤：步骤一，将至少一束面激光投射在焊缝处，每束面激光均在焊缝处形成两段分别位于焊缝两侧的偏折激光线；步骤二，通过工业图像传感器获取面激光产生的偏折激光线信息；步骤三，计算焊缝的大小和焊缝的位置；步骤四，沿着焊缝移动所述面激光，使面激光在焊缝上的投射位置改变，重复上述步骤一至步骤三，当面激光走完焊缝全长时，我们就可得到焊缝的一条离散的焊缝位置坐标曲线和曲线上每个点所对应的焊缝大小。该波纹板焊缝识别方法和识别装置能够准确识别焊缝的位置和大小，提高了焊接位置的控制精度，保证了焊接质量。

权利要求

1.一种集装箱波纹板的焊缝识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将至少一束面激光投射在焊缝处，每束面激光均在焊缝处产生偏折形成两段分别位于焊缝两侧的偏折激光线；

步骤二，通过工业图像传感器获取步骤一中的所有面激光产生的偏折激光线信息；

步骤三，计算每段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标，根据焊缝同一侧的各偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标计算焊缝的位置坐标，并将同一束面激光产生的两段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标相减得出该面激光的偏移量，根据该偏移量按比例换算出焊缝的大小；

步骤四，沿着焊缝移动所述面激光，使面激光在焊缝上的投射位置改变，重复上述步骤一至步骤三；

步骤五：绘制焊缝坐标曲线，判断焊缝坐标曲线上的某个坐标点的变化趋势相对于其之前的坐标点的变化趋势是否改变，如果改变，则判定改变的坐标点对应的焊缝位置为焊缝拐点。

2.如权利要求1所述的集装箱波纹板的焊缝识别方法，其特征在于，还包括步骤六：绘制焊缝坐标曲线，判断焊缝的上坡段、水平段和下坡段，如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而增大，则判断该段焊缝曲线为上坡段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而保持不变，则判断该段焊缝曲线为水平段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而减小，则判断该段焊缝曲线为下坡段。

3.如权利要求1所述的集装箱波纹板的焊缝识别方法，其特征在于，所述步骤一中的面激光的数量为至少两束。

4.一种集装箱波纹板的焊缝识别装置，其特征在于，包括如下部件：

至少一面激光发生器，用以将至少一束面激光投射在焊缝处，每束面激光均在焊缝处产生偏折形成两段分别位于焊缝两侧的偏折激光线；

一工业图像传感器，用以获取面激光产生的偏折激光线信息；

一第一处理单元，用以计算每段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标，根据焊缝同一侧的各偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标计算焊缝的位置坐标，并将同一束面激光产生的两段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标相减得出该面激光的偏移量，根据该偏移量按比例换算出焊缝的大小；

一执行单元，用以带动面激光发生器沿着焊缝移动；以及，

一第二处理单元，所述第二处理单元用以判断焊缝坐标曲线上的某个坐标点的变化趋势相对于其之前的坐标点的变化趋势是否改变，如果改变，则判定改变的坐标点对应的焊缝位置为焊缝拐点。

5.如权利要求4所述的集装箱波纹板的焊缝识别装置，其特征在于，所述焊缝识别装置还包括一第三处理单元，所述第三处理单元用以根据焊缝位置坐标绘制焊缝坐标曲线判断焊缝的上坡段、下坡段和水平段，如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而增大，则判断该段焊缝曲线为上坡段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而保持不变，则判断该段焊缝曲线为水平段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而减小，则判断该段焊缝曲线为下坡段。

6.如权利要求5所述的集装箱波纹板的焊缝识别装置，其特征在于，所述面激光发生器的数量为两个。

7.一种集装箱波纹板的焊接控制系统，其特征在于，包括：

至少一个面激光发生器，各面激光发生器分别发出一束面激光，并投射在焊缝处，各束面激光均在焊缝处产生偏折而形成两段分别位于焊缝两侧的偏折激光线；

一图像传感器，用以获取面激光产生的偏折激光线信息；

一工控机，用以根据图像传感器获取的信息，计算出焊缝的位置和大小，并判断焊缝的拐点和焊缝所在坡段，并根据计算和判断结果发出焊机参数调节命令、焊枪运动控制信号；

一焊机参数调节单元，根据工控机发出的焊机参数调节命令，并根据焊缝的拐点和焊缝所在坡段对应的焊接规范调节焊机的参数，所述焊接规范包括焊接速度、焊接电压和焊接电流；以及，一焊枪运动控制单元，根据工控机发出的焊枪运动控制信号控制焊枪移动，使焊枪准确追踪焊缝。

说明书

集装箱波纹板焊缝的识别方法、识别装置及焊接控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种焊接技术，尤其涉及一种集装箱波纹板焊缝的识别方法。

背景技术

[0002] 集装箱的生产过程以弧焊为主，弧焊作业比较集中的工位周围充斥着大量烟尘、强光和噪声，容易导致疲劳，同时对人体有比较大的伤害，减少人员对恶劣环境的暴露是寻求生产方式改进的动力之一，在劳动力成本日益提升的今天更是如此。集装箱波纹板是一种截面呈波浪形的板，由于集装箱波纹板焊接模型的复杂性以及实际的焊接条件经常随着各种不可预期的干扰因素而不断发生变化，例如，强烈的弧光、高温、飞溅、机械抖动、焊缝坡口状况、工件的加工误差、夹具精度、工件的介质均匀性和焊接生产过程中的热变形等影响会使焊枪运动轨迹偏离实际焊缝，造成焊接质量难以控制或根本不能够实现自动化焊接。

[0003] 要实现集装箱波纹板的自动化焊接，第一步就得解决焊缝识别的问题，以为焊接轨迹跟踪控制及焊接规范的跟踪选取提供依据。目前，焊缝自动识别主要是通过传感器来实现，常见的焊缝识别传感器主要有：接触式传感器、电弧传感器和光学传感器。接触式传感器是将焊缝变化转变为导杆或导轮的位置变化，并转化为电信号，该传感器由于性能稳定、成本低廉，在生产中曾得到广泛应用，但由于跟踪精度及速度的限制，已不适合高精度、高速度的焊接领域。电弧传感器以电弧本身的参数为跟踪目标，能实时反应焊缝变化，但检测精度易受焊接过程中熔滴过渡形式、飞溅的影响，尤其在对薄板焊件的对接和搭接接头的焊接中，应用方法较难掌握。相比之下，光学传感器以获得信息丰富、精确度高、检测范围广等特点，逐渐引起人们的重视，并在焊接生产领域得到了日渐广泛地应用，这为焊接自动化的实现提供了有利条件，但现有的光学传感器主要基于激光测距方式来识别焊缝，其所用的激光是线激光，只能获得焊缝某个点的位置信息，却不能准确获得焊缝的空间位置变化，如：焊缝的轨迹和焊缝的大小等，因此，有必要对其进行进一步改进，以精确识别焊缝信息。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种集装箱波纹板的焊缝识别方法和识别装置，其能够准确识别焊缝的位置和大小，提高了焊接位置的控制精度。

[0005] 本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术存在的不足，而提出一种集装箱波纹板的焊接控制系统，其不仅能实现高精度的焊缝追踪，而且能够根据焊缝的位置和大小，调节焊接规范，实现焊接规范的平滑转换，保证整体焊接质量。

[0006] 为解决上述第一个技术问题，本发明提出一种集装箱波纹板的焊缝识别方法，包括如下步骤：步骤一，将至少一束面激光投射在焊缝处，每束面激光均在焊缝处产生偏折形成两段分别位于焊缝两侧的偏折激光线；步骤二，通过工业图像传感器获取步骤一中的所有面激光产生的偏折激光线信息；步骤三，计算每段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标，根据位于焊缝同一侧的各偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标计算焊缝的位置坐标，并将同一束面激光产生的两段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标相减得出该面激光的偏移量，根据该偏移量按比例换算出焊缝的大小；步骤四，沿着焊缝移动所述面激光，使面激光在焊缝上的投射位置改变，重复上述步骤一至步骤三。

[0007] 优选地，所述的集装箱波纹板的焊缝识别方法还包括步骤五：绘制焊缝坐标曲线，判断焊缝坐标曲线上的某个坐标点的变化趋势相对于其之前的坐标点的变化趋势是否改变，如果改变，则判定改变的坐标点对应的焊缝位置为焊缝拐点。

[0008] 优选地，所述的集装箱波纹板的焊缝识别方法还包括步骤六：绘制焊缝坐标曲线，判断焊缝的上坡段、水平段和下坡段，如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而增大，则判断该段焊缝曲线为上坡段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而保持不变，则判断该段焊缝曲线为水平段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而减小，则判断该段焊缝曲线为下坡段。

[0009] 优选地，所述的集装箱波纹板的焊缝识别方法的所述步骤一中的面激光的数量为至少两束。

[0010] 为解决上述第一个技术问题，本发明还提出一种集装箱波纹板的焊缝识别装置，包括如下部件：至少一面激光发生器，用以将至少一束面激光投射在焊缝处，每束面激光均在焊缝处产生偏折形成两段分别位于焊缝两侧的偏折激光线；一工业图像传感器，用以获取面激光产生的偏折激光线信息；一第一处理单元，用以计算每段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标，根据位于焊缝同一侧的各偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标计算焊缝的位置坐标，并将同一束面激光产生的两段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标相减得出该面激光的偏移量，根据该偏移量按比例换算出焊缝的大小；以及一执行单元，用以带动面激光发生器沿着焊缝移动。

[0011] 优选地，所述集装箱波纹板的焊缝识别装置，还包括一第二处理单元，所述第二处理单元用以判断焊缝坐标曲线上的某个坐标点的变化趋势相对于其之前的坐标点的变化趋势是否改变，如果改变，则判定改变的坐标点对应的焊缝位置为焊缝拐点。

[0012] 优选地，所述集装箱波纹板的焊缝识别装置，还包括一第三处理单元，所述第三处理单元用以根据焊缝位置坐标绘制焊缝坐标曲线判断焊缝的上坡段、下坡段和水平段，如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而增大，则判断该段焊缝曲线为上坡段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而保持不变，则判断该段焊缝曲线为水平段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而减小，则判断该段焊缝曲线为下坡段。

[0013] 优选地，所述面激光发生器的数量为两个。

[0014] 为解决上述第二个技术问题，本发明还提供一种集装箱波纹板的焊接控制系统，包括：至少一个面激光发生器、一图像传感器、一工控机、一焊机参数调节单元以及一焊枪运动控制单元；各面激光发生器分别发出一束面激光，并投射在焊缝处，各束面激光均在焊缝处产生偏折而形成两段分别位于焊缝两侧的偏折激光线；图像传感器用以获取面激光产生的偏折激光线信息；工控机用以根据图像传感器获取的信息，计算出焊缝的位置和大小，并判断焊缝的拐点和焊缝所在坡段，并根据计算和判断结果发出焊机参数调节命令、焊枪运动控制信号；焊机参数调节单元根据工控机发出的焊机参数调节命令调节焊机的参数；焊枪运动控制单元根据工控机发出的焊枪运动控制信号控制焊枪移动，使焊枪准确追踪焊缝。

[0015] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过利用面激光在焊缝位置产生偏移来间接反映焊缝的位置和大小，并通过工业图像传感器获取偏移后的激光线信息并间接计算出焊缝的位置和大小，从而实现焊缝的精确检测和识别，保证了波纹板焊接位置的控制精度；此外，本发明还在焊缝检测的同时，根据焊缝信息判断出拐点的位置，在焊缝的水平段、上坡段和下坡段分别采用不同的焊接规范，实现焊接规范的平滑转换，保证焊缝的整体焊接质量。

附图说明

[0016] 图1为集装箱波纹板的焊缝识别方法的原理示意图。

[0017] 图2为图1中F部的放大图。

[0018] 图3为焊缝曲线示意图。

[0019] 图4为集装箱波纹板的焊接控制系统的方框示意图。

具体实施方式

[0020] 为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

[0021] 焊缝识别方法

[0022] 本发明的集装箱波纹板的焊缝识别方法主要利用面激光发生器产生面激光，投射在焊缝处，使激光线在焊缝处产生偏移，此偏移可以间接反映出焊缝的轨迹和大小，通过工业图像传感器获取偏移后的激光线信息，来求出焊缝的轨迹和大小。

[0023] 以下结合图1和图2详细说明集装箱波纹板的焊缝识别方法，图中，波纹板12与焊件底梁或上梁11在连接处形成一条焊缝15，针对该焊缝，本实施例的焊缝识别方法包括如下步骤。

[0024] 步骤一：将两束面激光13、14投射在焊缝15的不同位置，每束面激光均在焊缝15处产生偏折形成两段分别位于焊缝15两侧的偏折激光线。

[0025] 图中，面激光13在焊缝15处产生偏折而形成偏折激光线131和偏折激光线132，面激光14在焊缝15处产生偏折而形成偏折激光线141和偏折激光线142。

[0026] 步骤二：通过工业图像传感器获取步骤一中的所有面激光产生的偏折激光线信息；

[0027] 步骤三：利用三维直角坐标系，计算每段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标，根据焊缝同一侧的各偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标计算焊缝的位置坐标，并将同一束面激光产生的两段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标相减得出该面激光的偏移量，根据该偏移量按比例换算出焊缝的大小。

[0028] 图中，偏折激光线131靠近焊缝15一端的端点坐标记为a1，偏折激光线132靠近焊缝15一端的端点坐标记为a2，偏折激光线141靠近焊缝15一端的端点坐标记为b1，偏折激光线142靠近焊缝15一端的端点坐标记为b2。将a2与a2相减，即可得出该面激光13的偏移量，该偏移量的大小与面激光13所在投影位置的焊缝大小呈比例关系，通过比例换算，即可得出面激光13所在投影位置的焊缝大小；同样，将b2与b2相减，即可得出该面激光14的偏移量，该偏移量的大小与面激光14所在投影位置的焊缝大小呈比例关系，通过比例换算，即可得出面激光14所在投影位置的焊缝大小。面激光13所在投影位置的焊缝坐标可通过偏折激光线132的端点坐标a2计算得出，或者通过偏折激光线131的端点坐标a1计算得出，面激光14所在投影位置的焊缝坐标可通过偏折激光线142的端点坐标b2计算得出，或者以偏折激光线141的端点坐标b1计算得出，需注意的是，如果其中一个位置（如：面激光13所在投影位置）的焊缝坐标是以焊缝一侧（如：上侧）的偏折激光线的端点坐标计算得到，则其他位置（如：面激光14所在投影位置）的焊缝坐标也需以与其同侧（如：上侧）的偏折激光线的端点坐标计算得到，也就是说，如果面激光13所在投影位置的焊缝坐标是以端点坐标a2计算得出，则面激光14所在投影位置的焊缝坐标也需以与a2同侧的端点坐标b2计算得出。

[0029] 步骤四：沿着焊缝15移动两束面激光13、14，使两束面激光13、14在焊缝15上的投影位置改变，重复上述步骤一至步骤三，直至两面激光13、14走完焊缝全长，当面激光走完焊缝全长时，我们就可得到焊缝的一条离散的焊缝位置坐标曲线和曲线每个点所对应的焊缝大小。

[0030] 由于波纹板的焊缝由多段呈波浪形的起伏波构成，每段波峰和波谷均包括：一上坡段151、一水平段152和一下坡段153，因此，焊枪在焊接过程中存在平焊、上坡焊和下坡焊，熔池液态金属在不同的空间位置所受力不同而会引起流动性不同(上坡焊及下坡焊对熔深有明显的影响)，使焊缝成型在不同段变化显著(尤其是上坡段)，于是，要保持焊接过程中熔池稳定、焊缝成形一致，必须使熔池的自重与电弧吹力和液态熔池的表面张力达到平衡。为解决上述问题，需在焊缝位置检测的同时，根据焊缝信息判断出拐点的位置（上坡段151、水平段152和下坡段153任意二者之间的交界位置），进而判断出水平段、上坡段和下坡段，然后根据不同的坡段分别采用不同焊接规范(焊接速度、焊接电压、焊接电流等)，实现焊接规范的平滑转换，从而保证整体焊接质量。

[0031] 因此，作为优选的实施例，上述集装箱波纹板的焊缝识别方法还可包括步骤五：绘制焊缝坐标曲线，判断焊缝坐标曲线上的某个坐标点的变化趋势相对于其之前的坐标点的变化趋势是否改变，如果改变，则判定改变的坐标点对应的焊缝位置为焊缝拐点。例如：如图3所示为X-Y坐标平面内的一条焊缝曲线，曲线上有四个连续的焊缝点：a2、b2、c2和d2，其中，d2相对于其前一个坐标点c2的变化趋势为：X轴坐标赠大，Y轴坐标保持不变；c2相对于其前一个坐标点b2的变化趋势为：X轴坐标赠大，Y轴坐标增大；b2相对于其前一个坐标点a2的变化趋势为：X轴坐标赠大，Y轴坐标增大；可见，d2这个坐标点的变化趋势相对于其之前的坐标点的变化趋势改变，则判定d2为拐点。

[0032] 作为优选的实施例，上述集装箱波纹板的焊缝识别方法还可包括步骤六：绘制焊缝坐标曲线，判断焊缝的水平段、上坡段和下坡段，如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而增大，则判断该段焊缝曲线为上坡段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而保持不变，则判断该段焊缝曲线为水平段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而减小，则判断该段焊缝曲线为下坡段。如图3中，标号31所指坡段为下坡段，标号32所指坡段为水平段，标号33所指坡段为上坡段。

[0033] 需要说明的是，本实施例采用两束面激光来采集焊缝的目的在于，一方面使图像传感器每次能够同时拍到两个不同的焊点的信息，提高图像传感器的工作效率，另一方面也可提高焊缝采集的密度，进而提高了焊缝识别的精度，此外，还有助于在进行焊缝趋势预测判定时，提前预知拐点信息，从而在第一时间调整焊接工艺参数，提高焊接质量。当然，在焊接精度要求不高的场合，也可将两束面激光替换成一束面激光，或者，在焊接精度要求更高的场合，将两束面激光替换成三束或者更多束面激光。

[0034] 焊缝识别装置

[0035] 由上述集装箱波纹板的焊缝识别方法，我们得到一种集装箱波纹板的焊缝识别装置，其包括：至少一面激光发生器、一工业图像传感器、一第一处理单元、一第二处理单元、一第三处理单元以及一执行单元。

[0036] 该面激光发生器用以将至少一束面激光投射在焊缝处，每束面激光均在焊缝处产生偏折形成两段分别位于焊缝两侧的偏折激光线。

[0037] 该工业图像传感器用以获取面激光产生的偏折激光线信息。

[0038] 该第一处理单元用以计算每段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标，将位于焊缝同一侧的各偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标作为焊缝的位置坐标，并将同一束面激光产生的两段偏折激光线的靠近焊缝一端的端点坐标相减得出该面激光的偏移量，根据该偏移量按比例换算出焊缝的大小。

[0039] 该第二处理单元用以根据焊缝位置坐标绘制焊缝坐标曲线，判断焊缝坐标曲线上的某个坐标点的变化趋势相对于其之前的坐标点的变化趋势是否改变，如果改变，则判定改变的坐标点对应的焊缝位置为焊缝拐点。

[0040] 该第三处理单元用以根据焊缝坐标曲线判定焊缝的上坡段、水平段和下坡段，如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而增大，则判断该段焊缝曲线为上坡段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而保持不变，则判断该段焊缝曲线为水平段；如果某一段焊缝坐标曲线的Y轴坐标随着X轴坐标增大而减小，则判断该段焊缝曲线为下坡段。

[0041] 执行单元用以带动面激光发生器沿着焊缝移动。

[0042] 焊接控制系统

[0043] 由上述集装箱波纹板的焊缝识别装置，我们还得到一种集装箱波纹板的焊接控制系统，如图4所示，其包括：至少一个面激光发生器22、一图像传感器23、一工控机21、一焊机参数调节单元26以及一焊枪运动控制单元27，面激光发生器22通过电源24与工控机21相连，图像传感器23通过图像采集卡25与工控机21相连，焊机参数调节单元26和焊枪运动控制单元27分别与工控机21相连。

[0044] 各面激光发生器22分别发出一束面激光，并投射在焊缝处，各束面激光均在焊缝处产生偏折而形成两段分别位于焊缝两侧的偏折激光线。

[0045] 图像传感器23用以获取面激光产生的偏折激光线信息。

[0046] 工控机21用以根据图像传感器22获取的信息，计算出焊缝的位置和大小，判断出焊缝的拐点和焊缝所在坡段（上坡段、水平段或下坡段），并发出焊机参数调节命令和焊枪运动控制信号。

[0047] 焊机参数调节单元26根据工控机21发出的焊机参数调节命令调节焊机的参数，在水平段、上坡段、下坡段以及拐点位置分别采用不同的焊接速度、焊接电压和焊接电流等，并实现焊接规范的平滑转换以保证整体焊接质量。

[0048] 焊枪运动控制单元27根据工控机21发出的焊枪运动控制信号控制焊枪移动，使焊枪准确追踪焊缝。

[0049] 以上仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。