激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)及其控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)及其控制方法；該控制系統(tǒng)包括機(jī)械臂、設(shè)置在機(jī)械臂上的激光焊接頭、以及設(shè)置在機(jī)械臂上的用于拍攝所述激光焊接頭實(shí)時(shí)焊縫的三維成像儀。該控制方法包括①加工標(biāo)準(zhǔn)焊縫，用三維成像儀對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)焊縫拍照獲取實(shí)時(shí)圖像并上傳給智能主機(jī)存檔，智能主機(jī)記錄為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；②進(jìn)行激光焊接時(shí)，用三維成像儀對(duì)實(shí)時(shí)焊縫拍照并上傳給智能主機(jī)存檔，智能主機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)焊縫的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并記錄為實(shí)時(shí)參數(shù)；③智能主機(jī)比較各實(shí)時(shí)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。本發(fā)明能普遍應(yīng)用于各種材料的激光焊接生產(chǎn)中，有效判斷實(shí)時(shí)焊縫是否合格。
【專(zhuān)利說(shuō)明】激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)上，我國(guó)普遍采用人工焊接的方式進(jìn)行焊縫施工，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，且焊接質(zhì)量和焊接效率較低，無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)于焊接技術(shù)的要求。為降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，以及提高焊接質(zhì)量和焊接效率，各種焊接設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，尤其是各種焊接機(jī)器人的開(kāi)發(fā)和研制，推動(dòng)了焊接技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。由于在焊接過(guò)程中工作對(duì)象的不同，焊接路徑的復(fù)雜多變。為保證焊接的質(zhì)量，一般情況下是在焊槍把持器上安裝激光跟蹤器，用以保證焊槍的實(shí)際焊接路徑不偏離預(yù)設(shè)的焊接路徑。
[0003]實(shí)際使用中，由于激光焊接過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生閃光和等離子體等可能傷害人體的現(xiàn)象，不能通過(guò)肉眼實(shí)時(shí)觀測(cè)，所以如何在激光焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光焊接質(zhì)量，以減少焊后質(zhì)量監(jiān)測(cè)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，長(zhǎng)久以來(lái)一直是本領(lǐng)域的技術(shù)難題。
[0004]目前，已有的激光焊接實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法主要有:
[0005]1、光-聲發(fā)射信號(hào)法:利用激光焊接過(guò)程中等離子體發(fā)出的特征光信號(hào)，和激光器諧振腔的部分反射鏡上由于激光能量分布的變化而引起的聲發(fā)射信號(hào)，來(lái)對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。但這種方法中，聲發(fā)射傳感器置于部分反射鏡上而使信號(hào)的采取比較困難，同時(shí)聲發(fā)射信號(hào)本身比較龐雜，難以進(jìn)一步處理。
[0006]2、光信號(hào)法:利用激光焊接過(guò)程中等離子體發(fā)出的特征光信號(hào)的光強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接質(zhì)量。在這種方法中需要采用特殊焊接材料，一般采用磷青銅和塑料焊接的異種材料接頭，因而光信號(hào)的特征容易確定，但不具有普適性；同時(shí)，該方法盡管對(duì)壞焊縫的接收概率較小，但對(duì)好焊縫的拒絕概率卻較大，因而帶來(lái)了二次檢測(cè)的困難。
[0007]3、聲信號(hào)法:以等離子體發(fā)出的特征聲信號(hào)的聲壓為標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)脈沖激光焊接質(zhì)量，由于單一聲信號(hào)易受環(huán)境噪音的影響，因而這種方法較難在實(shí)際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的就是為克服上述各種方法的不足之處，提供一種信號(hào)傳感及處理方便、監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠性高的激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)，使得這種方法能普遍應(yīng)用于各種材料的激光焊接生產(chǎn)中去。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述控制系統(tǒng)的一種控制方法。
[0010]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一個(gè)目的的技術(shù)方案是:一種激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)，包括機(jī)械臂、設(shè)置在機(jī)械臂上的激光焊接頭、以及設(shè)置在機(jī)械臂上的用于拍攝所述激光焊接頭實(shí)時(shí)焊縫的三維成像儀。
[0011]上述方案中，所述三維成像儀是紅外光或紫外光三維成像儀。[0012]上述方案中，所述激光焊接頭和三維成像儀各自通過(guò)具有兩個(gè)自由度或三個(gè)自由度的腕部與機(jī)械臂連接。
[0013]上述方案中，還包括用于對(duì)三維成像儀拍攝圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理的智能主機(jī)。
[0014]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第二個(gè)目的的技術(shù)方案是:一種激光實(shí)時(shí)反饋控制方法，包括以下步驟:
[0015]①用激光焊接頭在待加工材料上加工標(biāo)準(zhǔn)焊縫，用三維成像儀對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)焊縫拍照獲取實(shí)時(shí)圖像并上傳給智能主機(jī)存檔，智能主機(jī)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)焊縫的實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并記錄為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；
[0016]②進(jìn)行激光焊接時(shí)，用三維成像儀對(duì)實(shí)時(shí)焊縫拍照并上傳給智能主機(jī)存檔，智能主機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)焊縫的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并記錄為實(shí)時(shí)參數(shù)；
[0017]③智能主機(jī)比較各實(shí)時(shí)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)，則判斷該實(shí)時(shí)參數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)焊縫是合格焊縫；當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)，則判斷該實(shí)時(shí)參數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)焊縫是不合格焊縫，并發(fā)出報(bào)警或提示信
肩、O
[0018]本發(fā)明所述實(shí)時(shí)焊縫是指激光焊接頭焊接成型中的高溫焊縫，例如處于待焊材料熔化溫度范圍附近溫度范圍內(nèi)的焊縫。
[0019]本發(fā)明通過(guò)在機(jī)械臂上同時(shí)設(shè)置激光焊接頭和三維成像儀，從而可以獲取實(shí)時(shí)焊縫的圖像信息，從而可以在智能主機(jī)上對(duì)其溫度、高度、寬度進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對(duì)照，有效判斷實(shí)時(shí)焊縫是否合格，具有較精準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，有利于簡(jiǎn)化焊后的質(zhì)量檢驗(yàn)。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1所述控制系統(tǒng)中三維成像儀的A向視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022](實(shí)施例1、控制系統(tǒng))
[0023]本實(shí)施例是一種激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)，見(jiàn)圖1至圖2所示，包括機(jī)械臂1、設(shè)置在機(jī)械臂上的激光焊接頭2、設(shè)置在機(jī)械臂上的用于拍攝所述激光焊接頭實(shí)時(shí)焊縫的三維成像儀3、以及用于對(duì)三維成像儀拍攝圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理的智能主機(jī)。
[0024]所述三維成像儀是紅外光或紫外光三維成像儀，本實(shí)施例優(yōu)先選用紅外管三維成像儀。所述三維成像儀包括兩個(gè)鏡頭，同步獲取的兩個(gè)實(shí)時(shí)圖像疊加后形成三維圖像。該種三維圖像獲取的方法及具體結(jié)構(gòu)早已是本領(lǐng)域的公知技術(shù)，本實(shí)施例不再對(duì)其進(jìn)行一一描述。
[0025]所述激光焊接頭和三維成像儀各自通過(guò)具有兩個(gè)自由度或三個(gè)自由度的腕部4與機(jī)械臂連接。這種結(jié)構(gòu)使其各自具有較好自由轉(zhuǎn)動(dòng)角度，可以根據(jù)需要使得三維成像儀自動(dòng)跟蹤激光焊接頭的焊接位置，從而獲取準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)焊縫圖像。
[0026]本實(shí)施例所獲取的實(shí)時(shí)焊縫的三維圖像可以通過(guò)智能主機(jī)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化處理，也可讓工作人員從智能主機(jī)的顯示屏上實(shí)時(shí)觀察焊縫的焊接狀況，人工觀察判斷焊縫的焊接操作是否合格。[0027](實(shí)施例2、控制方法)
[0028]本實(shí)施例是實(shí)施例1所述的激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0029]①用激光焊接頭2在待加工材料上加工形成標(biāo)準(zhǔn)焊縫，用三維成像儀3對(duì)標(biāo)準(zhǔn)焊縫拍照并上傳給智能主機(jī)存檔，智能主機(jī)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)焊縫的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并記錄為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；
[0030]具體來(lái)說(shuō)，智能主機(jī)依據(jù)獲取的實(shí)時(shí)圖像分析圖像中某處焊縫的溫度、長(zhǎng)度、寬度及焊縫邊緣的平整度，并可以將各數(shù)據(jù)及圖像獲取時(shí)間記錄下來(lái)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的誤差數(shù)據(jù)，自動(dòng)設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化操作的具有誤差范圍的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。
[0031]②進(jìn)行激光焊接時(shí)，用三維成像儀對(duì)實(shí)時(shí)焊縫拍照并上傳給智能主機(jī)存檔，智能主機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)焊縫的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并記錄為實(shí)時(shí)參數(shù)；
[0032]具體來(lái)說(shuō)，智能主機(jī)依據(jù)獲取的實(shí)時(shí)圖像分析圖像中某處焊縫的溫度、長(zhǎng)度、寬度及焊縫邊緣的平整度，并可以將各數(shù)據(jù)及圖像獲取時(shí)間記錄下來(lái)。
[0033]③智能主機(jī)比較各實(shí)時(shí)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)，則判斷該實(shí)時(shí)參數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)焊縫是合格焊縫；當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)，則判斷該實(shí)時(shí)參數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)焊縫是不合格焊縫，并發(fā)出報(bào)警或提示信
肩、O
[0034]本實(shí)施例通過(guò)設(shè)置三維成像儀，從而可以獲取實(shí)時(shí)焊縫的圖像信息，從而可以在智能主機(jī)上對(duì)其溫度、高度、寬度進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對(duì)照，有效判斷實(shí)時(shí)焊縫是否合格，具有較精準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，有利于簡(jiǎn)化焊后的質(zhì)量檢驗(yàn)。
[0035]顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)，包括機(jī)械臂(I)和設(shè)置在機(jī)械臂上的激光焊接頭(2);其特征在于:還包括設(shè)置在機(jī)械臂上的用于拍攝所述激光焊接頭實(shí)時(shí)焊縫的三維成像儀⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)，其特征在于:所述三維成像儀是紅外光或紫外光三維成像儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)，其特征在于:所述激光焊接頭和三維成像儀各自通過(guò)具有兩個(gè)自由度或三個(gè)自由度的腕部(4)與機(jī)械臂連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于對(duì)三維成像儀拍攝圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理的智能主機(jī)。
5.一種激光實(shí)時(shí)反饋控制方法，包括以下步驟: ①用激光焊接頭(2)在待加工材料上加工標(biāo)準(zhǔn)焊縫，用三維成像儀(3)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)焊縫拍照獲取實(shí)時(shí)圖像并上傳給智能主機(jī)存檔，智能主機(jī)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)焊縫的實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并記錄為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)； ②進(jìn)行激光焊接時(shí)，用三維成像儀對(duì)實(shí)時(shí)焊縫拍照并上傳給智能主機(jī)存檔，智能主機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)焊縫的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并記錄為實(shí)時(shí)參數(shù)； ③智能主機(jī)比較各實(shí)時(shí)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)，則判斷該實(shí)時(shí)參數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)焊縫是合格焊縫；當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)，則判斷該實(shí)時(shí)參數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)焊縫是不合格焊縫，并發(fā)出報(bào)警或提示信息。
【文檔編號(hào)】B23K26/03GK103817431SQ201310671368
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】錢(qián)旭東 申請(qǐng)人:樂(lè)清市佳速激光有限公司