一种实时变焦的激光焊接方法

技术领域

本发明属于激光焊接领域，具体涉及一种实时变焦的激光焊接方法。

背景技术

目前激光焊接产品时，焊接工艺一定的情况下，如果焊接焦距发生改变，会直接造成虚焊等不良现象。传统解决此问题的方法是采用点激光测距，焊接前先测量高度，移动激光焊接头Z轴高度，实现高度偏差补偿。由于是只测量一个点，如果焊接面不平，那么同样会因为高度不一致，造成焊接不良。与此同时，由于测量系统和焊接系统相互独立，不利于集成商快速集成，增加了项目的周期性和不可控性。受限于激光焦距的影响，在产品平面发生高度变化时，容易造成产品的虚焊，造成焊接不良。激光头移动造成的设备机台晃动，同样增加了焊接的不良率。

发明内容

本发明主要解决了焊接面不平时，在激光焊接头不动的情况下，调整焊接头内部系统，实现变焦焊接，实时响应快，减少了机台的振动。与此同时，把焊接和测高系统结合在一起稳定运行，这样减少了集成商的研发周期和增加了系统的集成度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种实时变焦的激光焊接方法，包括：

步骤1、焊接头机械机构设计：在焊接头上安装上下高度可调的聚焦镜片；

步骤2、雷达传感器焊接面测量系统设计：于激光焊接头外侧增加超声波测量装置，测量下部焊接面，与此同时与伺服位置校准调零，雷达传感器测量值与伺服上下调整值间标定，得到两者的线性关系；

步骤3、雷达传感器测量系统设计：采用上位机设计方式，对采集到的三维点云数据处理，对图像进行处理，对图像阈值分割，去除激光焊接时的外部因素干扰，只采纳平面的数据值，对阈值处理后的区域经行连通性分析，去除面积较小的区域，对最后得出的区域进行均值处理、微分比较、输出最优高度值；

步骤4、高度值带入标定时得出的线性关系中，得出移动的绝对位置，发送给伺服驱动器执行；

步骤5、高速循环执行前述步骤，比较移动的高度差，如较小或较大，则放弃移动。

更进一步的，步骤2中，所述标定采用五点法标定，即雷达传感器测量五组数据，伺服连动装置移动五次，得到两者的线性关系。

更进一步的，步骤3中，对采集到的三维点云数据的处理步骤为：三维点云数据XYZ数值转换为高度图，转换的原则是Z轴数据采用线性转换为16位数据，对应16位图的亮度值；XY方向点云数据则对应像素坐标，空余的像素位置采用插值算法，添加领域的亮度值，从而将三维数据转换到二维的空间中进行处理。

更进一步的，步骤3中，对图像的处理包括对图像进行预处理，采用高斯滤波去除干扰点。

更进一步的，步骤3中，阈值分割采用动态阈值处理方法，自动分割出平面的高度值信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明保证了焊接的焦距，对焊接面进行实时检测，调整激光头内部的聚焦镜片，响应速度快，减少了机台的振动，提高了焊接的一致性，减低了产品的报废率。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是焊接头机械机构示意图。

图中标记：1、伺服电机；2、雷达3D传感器；3、连动装置；4、聚焦镜片；5、测量面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明一种实时变焦的激光焊接方法如图1所示，包括：

一、焊接头机械机构的设计。焊接头机械机构如图2所示，包括伺服电机1、雷达3D传感器2、连动装置3、聚焦镜片4、测量面5。与传统焊接头相比，增加聚焦镜片上下高度可调的机构，机构采用高精密连动机构，由伺服电机带动聚焦镜片上下调整。与此同时，增加限位和原点装置，保证系统运行过程中位置的可控。

二、雷达传感器焊接面测量系统。于激光焊接头外侧增加超声波测量装置，测量下部焊接面。与此同时与伺服位置校准调零。雷达传感器测量值与伺服上下调整值间标定，采用五点法标定，即雷达传感器测量五组数据，伺服连动装置移动五次，得到两者的线性关系。

三、雷达传感器测量系统设计，采用上位机设计方式，对采集到的三维点云数据处理，步骤为：三维点云数据XYZ数值转换为高度图，转换的原则是Z轴数据采用线性转换为16位数据，例如高度范围位0到100，对应线性转换为0到65535，这样正好对应16位位图的亮度值。XY方向点云数据则对应像素坐标，空余的像素位置采用插值算法，添加领域的亮度值。这样就把三维数据转换到二维的空间中进行处理。对图像进行处理。首先对图像进行预处理，采用高斯滤波去除干扰点。对图像阈值分割，去除激光焊接时的飞溅等外部因素干扰，只采纳平面的数据值。阈值分割算法可以采用动态阈值处理方法，类似Halcon中的auto_threshold算子，可以自动分割处平面的高度值信息。对阈值处理后的区域经行连通性分析，去除面积较小的区域，对最后得出的区域进行均值处理、微分比较、输出最优高度值。

四、高度值带入标定时得出的线性关系中，得出移动的绝对位置，通过网口直接发送给伺服驱动器执行，增加系统实时性。

五、高速循环执行此流程，比较移动的高度差，如较小或较大，则放弃移动，减少系统的抖动。

综上所述，本发明采用实时变焦焊接头，将焦距实时调整和焊接糅合在一起，集成商不用知道实现的原理，只管使用即可，加快了项目的研发周期和设备的稳定性。实时变焦焊接头，通过雷达传感器测量激光头下部的焊接面，实现点云数据的采集，为数据分析提供了来源。同时，雷达传感器测量的三维数据较为稳定可靠，可以在激光焊接的同时，测量激光头下部焊接面进行分析。数据分析后，通过伺服调整聚焦镜片的高度，实现焦距变焦，此种方式响应速度快，减少了机台的振动，保证了焊接效果和良率。实时变焦的激光焊接头，不断调整焦距，保证了焊接的一致性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。