何文燦，杜洪軍

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第29 研究所，四川成都 610036）

1 金字塔（Pyramid）激光封焊機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

金字塔激光縫焊機(jī)在中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第29 研究所主要用于微波器件的后道封裝中，對(duì)鋁、硅鋁等腔體進(jìn)行封蓋焊接。金字塔激光封焊機(jī)由GSI 激光光源、手套箱、X-Y-Z 軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、烘箱、電氣控制柜、上位控制計(jì)算機(jī)等部分構(gòu)成。其中，激光光源為焊接提供能量，激光將腔體和蓋板的結(jié)合邊緣融化從而達(dá)到焊接的目的；手套箱為產(chǎn)品的焊接提供氣密環(huán)境；X-Y-Z 軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是承載產(chǎn)品并提供焊接運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)；烘箱對(duì)焊接前的產(chǎn)品進(jìn)行烘干處理以除去產(chǎn)品的水氣；電氣控制柜集中了激光焊接機(jī)的電氣控制部分，對(duì)整個(gè)激光封焊機(jī)進(jìn)行控制；上位計(jì)算機(jī)運(yùn)行設(shè)備控制軟件，控制設(shè)備各系統(tǒng)進(jìn)行工作。

2 激光封焊機(jī)手動(dòng)對(duì)位焊接

激光封焊機(jī)工作過程：首先將烘烤完畢的產(chǎn)品取出放置在手套箱中的X-Y 軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上并固定，然后在上位控制計(jì)算機(jī)上將待焊產(chǎn)品蓋板的CAD 圖紙導(dǎo)出并轉(zhuǎn)換成G 代碼的加工文件（圖1）。

圖1 CAD 圖紙導(dǎo)出并轉(zhuǎn)換成G 代碼加工文件

通過位于激光頭上攝像頭的十字光標(biāo)尋找產(chǎn)品蓋板左下角的起點(diǎn)（x0＇，y0＇)，然后利用CAD 生成的G 代碼對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行焊縫的軌跡擬合，此時(shí)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)開始按照CAD 圖紙生成的G代碼運(yùn)動(dòng)，由于CAD 圖紙中的產(chǎn)品是水平放置，而實(shí)際工作臺(tái)上的產(chǎn)品擺放一定與水平方向（X 軸方向）有一定夾角。在工作臺(tái)移動(dòng)過程中，通過攝像頭的十字光標(biāo)可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品焊縫與十字光標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡之間存在一定的角度a，十字光標(biāo)的中心點(diǎn)即為激光的出光點(diǎn)，為了保證激光沿著產(chǎn)品的焊縫進(jìn)行焊接就需要在軟件中設(shè)置一個(gè)偏移角度來(lái)補(bǔ)償?shù)舸私嵌?，使十字光?biāo)中心點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡與焊縫的軌跡相重合。具有焊接經(jīng)驗(yàn)的操作人員一般能比較準(zhǔn)確地判斷此角度，通過輸入校正角度a 后，重新回到起點(diǎn)再進(jìn)行軌跡擬合，直至十字光標(biāo)中心運(yùn)行軌跡與焊縫重合后，打開激光進(jìn)行焊接。如圖2所示。

圖2 輸入校正角進(jìn)行軌跡擬合

3 圖像識(shí)別自動(dòng)引導(dǎo)焊接

手動(dòng)對(duì)位焊接主要是依靠人工對(duì)焊接起點(diǎn)和放置角度進(jìn)行不斷地校正，最終實(shí)現(xiàn)十字光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡和產(chǎn)品焊縫重合，然后打開激光光源進(jìn)行焊接。此過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且對(duì)于同一批次產(chǎn)品，每件產(chǎn)品都需要重復(fù)該過程。通過引入工業(yè)相機(jī)及圖像識(shí)別技術(shù)可以解決這一問題。

改造方案：在現(xiàn)有設(shè)備上加裝工業(yè)相機(jī)、機(jī)器視覺光源，并重新開發(fā)上位機(jī)控制軟件。工業(yè)相機(jī)采用德國(guó)Basler 公司的Basler Pia2400 相機(jī)，該相機(jī)分辨率為2456×2058 像素。圖像識(shí)別采用康奈視公司的圖像識(shí)別軟件VisionPro，該軟件提供各種常用的圖像識(shí)別工具，通過圖像識(shí)別工具完成對(duì)產(chǎn)品的圖像識(shí)別。上位機(jī)控制軟件采用VB.net 進(jìn)行開發(fā)，上位機(jī)控制軟件是在不改變現(xiàn)有設(shè)備硬件的前提下，基于Visionpro 圖像識(shí)別軟件的圖像識(shí)別工具。模式識(shí)別工具PatmaxTool，直線工具LinesearchTool，直線與直線的交點(diǎn)工具LinelineIntersectionTool 和對(duì)相應(yīng)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)dll 文件的引用下開發(fā)而成。

4 圖像識(shí)別自動(dòng)引導(dǎo)原理

圖像識(shí)別自動(dòng)引導(dǎo)是利用工業(yè)相機(jī)及圖像識(shí)別軟件替代人工尋找焊接起點(diǎn)及偏轉(zhuǎn)角度，再在G 代碼的引導(dǎo)下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行焊接。起點(diǎn)的搜索是利用兩條直線相交的原理實(shí)現(xiàn)。首先，工業(yè)相機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行拍照獲取圖像，上位機(jī)控制軟件通過調(diào)用圖像識(shí)別軟件的模式工具PatmaxTool 識(shí)別出Mark 點(diǎn)，Mark 點(diǎn)是封蓋蓋板上的一個(gè)規(guī)格和位置均固定的標(biāo)記（圖3）。

識(shí)別出Mark 點(diǎn)后，通過PatmaxTool 工具的屬性值得到Mark 點(diǎn)的中心坐標(biāo)（X，Y），以Mark 點(diǎn)的中心坐標(biāo)為參照，在距Mark 點(diǎn)W、H 距離，利用圖像識(shí)別軟件的直線工具LinesearchTool 搜尋L1和L2兩條直線，識(shí)別出兩條直線后，再利用直線與直線的交點(diǎn)工具LinelineIntersectionTool 識(shí)別出兩條直線相交點(diǎn)的位置坐標(biāo)P（x，y），通過交點(diǎn)坐標(biāo)及已知的圓弧半徑就可以計(jì)算出圓弧與直線的交點(diǎn)，即起點(diǎn)坐標(biāo)I（x1，y1），即I（x1，y1）=P（x+R，y）。計(jì)算出起點(diǎn)坐標(biāo)后，再利用圖像識(shí)別軟件已經(jīng)識(shí)別出的直線L2邊與X 軸的夾角a，此角即為產(chǎn)品的偏轉(zhuǎn)角。如圖4 所示。

圖3 封蓋蓋板固定標(biāo)記（Mark 點(diǎn)）

圖4 偏轉(zhuǎn)角a 的計(jì)算識(shí)別

5 改造效果

經(jīng)過圖像識(shí)別自動(dòng)引導(dǎo)改造后，改變了原來(lái)的手動(dòng)對(duì)位方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)位引導(dǎo)自動(dòng)化和焊接批量化，將原來(lái)的對(duì)位一件焊接一件的方式變?yōu)榕孔詣?dòng)對(duì)位自動(dòng)焊接，大大提高焊接效率和降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，焊接后的產(chǎn)品完全滿足技術(shù)要求，改造后比人工焊接效率提高45%左右，改造效益顯著。

〔編輯 李 波〕