时图像采集。即在激光焊接头出光的同时开启摄像装备，同时将摄像装备同图像处理单元进行数据连接，实时采集的图像数据以数据包的形式按照每个采集时间步长传送至图像处理单元。
[0027]图像处理单元为一个能够运行图像处理软件的计算机终端。图像处理单元的功能是通过将CCD相机拍摄而得的256色图像进行预处理并提取相应关键位置坐标，预处理包括对图片进行灰度处理:将256色图片转化为仅有灰度表示的8位图片;对图片进行滤波降噪，即对焊接头和工件焊接部位做强化处理:对其他干扰信号进行滤除，强化位置轮廓信息。第三步为提取图片特征信息，主要包括激光焊接施焊位置和焊接头出光点位置的选取，最后将提取完成的图片的位置信息传递给数据处理单元。
[0028]数据处理单元对图像处理单元传递的图片关键信息进行分析，以拍摄平面为基准面，将施焊焊缝位置转化为一个坐标区，而焊接头则作为一个带有端点的法向矢量。以实施焊接位置点为原点，沿工件表面的法线向焊接头方向延伸出一个理论规划的离焦量Lo，定位为位置(Xq，Yq)，出光点位置为(Χι，Υι)，计算得到位置补偿矢量ClX = X1-Xo,ClY = Y1-Yo,随后，补偿矢量(dX，dY)被传递到反馈调节单元。
[0029]依据传递而得的该时刻补偿矢量，反馈调节单元对该矢量进行分解，分解为机器人关节可操作的相应动作，并形成动作列表。此动作列表传递给机器人控制单元，由机器人控制单元通过计算机自编程运用机器人离线编程软件编制各动作离线程序，将其导出为成熟程序样本。最后，将其加载于机器人上完成本时间步的反馈调节。
[0030]不断重复上述过程即可实现激光焊接全过程实时监控，完成无局部散焦以及焊接位置失准现象的激光焊接。
[0031]下面，给出用本实用新型的针对复杂曲线构件的激光焊接实时在线监控系统焊接的一些具体实例及显著提升的焊接效果。
[0032]实例1:某钛合金飞行器外壳焊接
[0033]焊缝长度:约2m
[0034]激光功率:4000w
[0035]焊接速度:4m/min
[0036]光斑直径:0.5mm
[0037]气流量:3.5m3/h
[0038]能够顺利完成焊透，并在不损失焊接速度的情况下获得具有足够强度的焊接接头。经过拉伸试验后，发现焊接接头强度达到母材90%，认为完全满足强度要求。同时，显微观察可以看到，焊接接头完整无缺陷，组织较为细密均匀，焊接质量优异。
[0039]实例2:铝合金飞机蒙皮试验件焊接
[0040]焊缝长度:约1m
[0041]材料厚度:1.8mm
[0042]激光功率:1800w
[0043]焊接速度:3m/min
[0044]光斑直径:0.5mm
[0045]气流量:3.5m3/h
[0046]实现了蒙皮背面单面焊接双面成型的效果，焊后T形焊缝进行剥离实验满足航标要求，达到理想焊接效果。
[0047]因此，本实用新型提出的针对复杂曲线构件的激光焊接实时在线监控系统，能够大幅度的提升复杂空间曲面构件激光焊接的焊接质量。同时，由于在示教路径设计上的简化，可以有效的提升复杂构件激光焊接效率。
[0048]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种针对复杂曲线构件的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，其包括激光器、激光焊接头、焊接机器人、影像采集设备、图像处理单元、数据处理单元、反馈调节单元和机器人控制单元，其中: 所述激光焊接头装在焊接机器人手臂上，并由焊接机器人的动作来控制其焊接路径；所述激光器输出激光送至激光焊接头； 所述影像采集设备安装相对固定，并随激光焊接头的移动而移动，与激光焊接头保持相对静止，其摄像镜头始终对准激光焊接头及激光焊接施焊区； 所述影像采集设备采集的图像，送入图像处理单元提取激光焊接头出光点位置和激光焊接施焊位置位置区，送至数据处理单元； 所述数据处理单元将提取的激光焊接头出光点坐标和激光焊接施焊位置坐标化，与规划的焊接头出光点坐标对比，计算出偏移矢量，送入反馈调节单元； 所述反馈调节单元将所述偏移矢量正交分解为水平面上两个部分，生成水平面位置偏移操作指令，传送给机器人控制单元； 所述机器人控制单元根据反馈调节单元传来的指令，通过离线编程向焊接机器人发出实时校正指令； 所述焊接机器人按校正指令作偏移校正，补偿路径执行行走动作，不断修正焊接点散焦以及光束与拼缝偏移问题。2.如权利要求1所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，所述数据处理单元处理步骤如下:以拍摄平面为基准面，以实施焊接位置点为原点，沿工件表面的法线向焊接头轴线方向延伸出一个理论规划的离焦量Lo，定位为位置(XoJo)，出光点位置为(X1J1)，计算得到位置补偿矢量ClX = X1-Xo, ClY = Y1-Yo;随后，补偿矢量(dX，dY)输出到反馈调节单元。3.如权利要求1或2所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，在所述影像采集设备是两台拍摄面垂直的CCD高速摄像机，它们分别完成两个垂直平面上的焊接实时采集，将两个垂直平面采集的信息分两次送入图像处理单元、数据处理单元、反馈调节单元和机器人控制单元进行处理，实现三维空间的实时修正焊接点散焦以及光束与拼缝偏移问题。4.如权利要求1或2所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，所述的激光器是使用光纤传输的激光器，激光焊接头为单激光焊接头。5.如权利要求1或2所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，所述机器人为五轴联动机器人，能够实现复杂曲线路径运动。6.如权利要求1或2所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，所述影像采集设备是CCD高速摄像机，其拍摄频率应达到1000帧以上，能够清晰获取每一个焊接时刻焊接头和工件的图像。7.如权利要求1或2所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，所述图像处理单元依次进行灰度处理、图像滤波降噪、获取激光焊接头出光点和激光焊接施焊区位置的特征信息。8.如权利要求1或2所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，所述影像采集设备的摄像镜头前设有滤光镜，用于滤除激光焊接时产生的强光及干扰光。9.如权利要求1或2所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，所述图像处理单元、数据处理单元和反馈调节单元运行于同一台计算机。10.如权利要求3所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，所述影像采集设备的摄像镜头前设有滤光镜，用于滤除激光焊接时产生的强光及干扰光。11.如权利要求6所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，所述高速摄像机镜头前设有滤光镜，用于滤除激光焊接时产生的强光及干扰光。12.如权利要求7所述的激光焊接实时在线监控系统，其特征在于，所述影像采集设备的摄像镜头前设有滤光镜，用于滤除激光焊接时产生的强光及干扰光。
【专利摘要】本实用新型公开了一种针对复杂曲线构件的激光焊接实时在线监控系统。该在线监控系统的硬件平台包括激光焊接头、机器人、影像采集设备、图像处理单元、数据处理单元、反馈调节单元、机器人控制单元。该系统的目的是通过实时拍摄焊接头与工件的相对形位，将实际形位与规划行位比对，计算回归规划路径所需的补偿矢量，继而将该矢量加载于机器人上以调节机器人按照预定轨迹进行焊接。
【IPC分类】B23K26/30, B23K26/70
【公开号】CN205254348
【申请号】CN201520990229
【发明人】王春明, 米高阳, 许翔, 刘婷
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月3日