CN103240550A - 一种数控焊接方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控焊接方法、装置及系统，方法包括：预先采集预设焊缝位置的视频图像，边缘锐化处理，得到预设焊缝位置的锐化图像；将摄像头对焦焊枪上的焊接头，在每次调整摄像头捕捉新位置时，采集含有焊接头及当前焊缝位置的视频图像，边缘锐化处理，得到含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像；判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像是否匹配，若是，将焊枪上的焊接头锁定在当前焊缝位置；焊接时，对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，滤波处理，得到焊缝轨迹，控制数控驱动装置实时调整当前焊枪上焊接头的位置和转动角度，跟踪焊缝轨迹焊接。这样定位焊点位置准确，焊接跟踪准确，可高效自动焊接。

Description

一种数控焊接方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及焊接设备领域，尤其涉及一种数控焊接方法、装置及系统。 

背景技术

在当前设备结构焊接中，大部分还是手工操作，这样工人劳动强度大，劳动保护差，人工进行焊接工作，焊接效率也比较低。然而，目前大量采用的传统的数控自动化焊接（包括机器手设备），由于工装不规范，数控定位焊点位置不准确，跟踪焊缝焊接也不准确，废品率很高，而且还需人工大量参与，生产效率低下，自动化设备的效率发挥不出来。 

因此，如何定位焊点位置并高效率完成焊接问题是一个迫待解决的问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控焊接方法、装置及系统，以解决上述问题。 

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： 

一种数控焊接方法，包括如下步骤： 

预先采集预设焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的预设焊缝位置的锐化图像； 

将摄像头对焦所述焊枪上的焊接头，在每一次调整摄像头捕捉新位置时，采集含有焊接头及当前焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像；判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像是否匹配，若是，则将焊枪上的焊接头锁定在当前焊缝位置；若否，则重新捕捉新位置； 

在焊接时，对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，对扫描采集后的视频图像进行滤波处理，得到焊缝轨迹，控制数控驱动装置实时调整当前焊枪上的焊接头的位置和转动角度，跟踪所述焊缝轨迹执行焊接操作。 

相应地，本发明还提供了一种数控焊接装置，包括预处理模块、定位模块和跟踪模块，其中： 

所述预处理模块，用于预先采集预设焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的预设焊缝位置的锐化图像； 

所述定位模块，用于将摄像头对焦所述焊枪上的焊接头，在每一次调整摄像头捕捉新位置时，采集含有焊接头及当前焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像；判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像是否匹配，若是，则将焊枪上的焊接头锁定在当前焊缝位置；若否，则重新捕捉新位置； 

所述跟踪模块，用于在焊接时，对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，对扫描采集后的视频图像进行滤波处理， 得到焊缝轨迹，控制数控驱动装置实时调整当前焊枪上的焊接头的位置和转动角度，跟踪所述焊缝轨迹执行焊接操作。 

相应地，本发明还提供了一种数控焊接系统，包括焊接机、摄像头、数控驱动装置和上述的数控焊接装置，其中： 

所述数控焊接装置分别与数控驱动装置和摄像头通信连接；所述数控驱动装置与所述焊接机电连接； 

所述焊接机包括焊枪和焊接头，所述焊接头设置在所述焊枪上； 

所述焊接机，用于对焊缝位置上的焊缝进行焊接； 

所述摄像头，用于采集含有焊接头及不同焊缝位置的视频图像； 

所述数控驱动装置，用于驱动所述焊枪上的焊接头调整位置和转动角度。 

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于： 

本发明提供的一种数控焊接方法、装置及系统，其中，数控焊接方法包括如下步骤：首先，预先采集预设焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的预设焊缝位置的锐化图像；其中，预设焊缝位置为需要焊接的位置。这样，对采集到的视频图像进行了滤波（即去噪声处理），消除了弧光和大量飞溅的影响，得到的增强后图像，增强后图像的某些特征，如边缘、轮廓线、对比度等更加尖锐化和清晰。 

在焊接定位时，将摄像头对焦所述焊枪上的焊接头，在每一次调整摄像头捕捉新位置时，采集含有焊接头及当前焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的含有焊接头及当前 焊缝位置的锐化图像；对含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像进行匹配（例如，比较轮廓线相似度，或是边缘图像其他特征信息等），若匹配，则说明当前焊缝位置（含有焊接头）就是需要焊接的位置；若不匹配，则重新捕捉下一位置，并对下一位置进行匹配判断； 

在焊接时，对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，对扫描采集后的视频图像进行滤波处理，得到焊缝轨迹，控制数控驱动装置实时调整当前焊枪上的焊接头的位置和转动角度，跟踪所述焊缝轨迹执行焊接操作。数控驱动装置为现有的数控技术中，用于控制的位置、角度、速度等机械量的驱动设备，用于驱动当前焊枪上的焊接头调整动作（例如，调整位置和转动角度）。 

本发明提供的数控焊接方法、装置及系统，利用数字图像处理技术结合数控技术，通过图像处理，滤除噪声才能得到清晰的焊缝图像，经过匹配处理，从而获得精确的焊缝位置信息，再进行焊缝跟踪，最后利用数控技术对焊缝位置进行焊接处理，这样定位焊点位置准确和焊接跟踪准确，并可以高效率进行自动焊接。 

附图说明

图1为本发明实施例提供的数控焊接方法的流程示意图； 

图2为本发明实施例提供的数控焊接装置的结构示意图。 

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。 

参见图1，本发明实施例提供了一种数控焊接方法，包括如下步骤： 

步骤S100、预先采集预设焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的预设焊缝位置的锐化图像； 

步骤S200、将摄像头对焦所述焊枪上的焊接头，在每一次调整摄像头捕捉新位置时，采集含有焊接头及当前焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像； 

步骤S300、判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像是否匹配，若是，则执行步骤S400；若否，则返回步骤S200执行相应的操作（重新捕捉下一位置）。 

步骤S400、将焊枪上的焊接头锁定在当前焊缝位置； 

步骤S500、在焊接时，对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，对扫描采集后的视频图像进行滤波处理，得到焊缝轨迹，控制数控驱动装置实时调整当前焊枪上的焊接头的位置和转动角度，跟踪所述焊缝轨迹执行焊接操作。 

具体地，在步骤S300中，所述判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像是否匹配，具体包括如下步骤： 

步骤S310、判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像的轮廓线与预设焊缝位置的锐化图像的轮廓线的相似度，若所述相似度大 于预设相似度，则判定结果为匹配；若所述相似度小于或等于预设相似度，则判定结果为不匹配。 

具体地，在步骤S500中，对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，对扫描采集后的视频图像进行滤波处理，得到焊缝轨迹，具体包括如下步骤： 

步骤S510、对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行时域和频域的滤波处理，结合时域和频域的滤波图像分析，得到焊缝轨迹。 

在本发明实施例中，首先，首先，预先采集预设焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的预设焊缝位置的锐化图像；其中，预设焊缝位置为需要焊接的位置。这样，对采集到的视频图像进行了滤波（即去噪声处理），消除了弧光和大量飞溅的影响，得到的增强后图像，增强后图像的某些特征，如边缘、轮廓线、对比度等更加尖锐化和清晰。 

在焊接定位时，将摄像头对焦所述焊枪上的焊接头，在每一次调整摄像头捕捉新位置时，采集含有焊接头及当前焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像；对含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像进行匹配（例如，比较轮廓线相似度，或是边缘图像其他特征信息等），若匹配，则说明当前焊缝位置（含有焊接头）就是需要焊接的位置；若不匹配，则重新捕捉下一位置，并对下一位置进行匹配判断； 

在焊接时，对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，对扫描采集后的视频图像进行滤波处理，得到焊缝轨迹，控制数控驱动装置实时调整当前焊枪上的焊接头的位置和转动角度，跟踪所述焊缝轨迹执行焊接操作。数控驱动装置为现有的数控技术中， 用于控制的位置、角度、速度等机械量的驱动设备，用于驱动当前焊枪上的焊接头调整动作（例如，调整位置和转动角度）。 

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种数控焊接装置，由于此装置解决问题的原理与前述数控焊接方法相似，因此该装置的功能可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。 

参见图2，本发明实施例提供了一种数控焊接装置1，包括预处理模块10、定位模块20和跟踪模块30，其中： 

所述预处理模块10，用于预先采集预设焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的预设焊缝位置的锐化图像； 

所述定位模块20，用于将摄像头对焦所述焊枪上的焊接头，在每一次调整摄像头捕捉新位置时，采集含有焊接头及当前焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像；判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像是否匹配，若是，则将焊枪上的焊接头锁定在当前焊缝位置；若否，则重新捕捉新位置； 

所述跟踪模块30，用于在焊接时，对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，对扫描采集后的视频图像进行滤波处理，得到焊缝轨迹，控制数控驱动装置实时调整当前焊枪上的焊接头的位置和转动角度，跟踪所述焊缝轨迹执行焊接操作。 

较佳地，所述定位模块20包括匹配处理子模块，其中： 

所述匹配处理子模块，用于判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像的轮廓线与预设焊缝位置的锐化图像的轮廓线的相似度， 若所述相似度大于预设相似度，则判定结果为匹配；若所述相似度小于或等于预设相似度，则判定结果为不匹配。 

所述跟踪模块30包括焊缝轨迹处理子模块，其中： 

所述焊缝轨迹处理子模块，用于对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行时域和频域的滤波处理，结合时域和频域的滤波图像分析，得到焊缝轨迹。 

相应地，本发明实施例还提供了一种数控焊接系统，包括焊接机、摄像头、数控驱动装置和上述的数控焊接装置1，其中： 

所述数控焊接装置1分别与数控驱动装置和摄像头通信连接；所述数控驱动装置与所述焊接机电连接； 

所述焊接机包括焊枪和焊接头，所述焊接头设置在所述焊枪上； 

所述焊接机，用于对焊缝位置上的焊缝进行焊接； 

所述摄像头，用于采集含有焊接头及不同焊缝位置的视频图像； 

所述数控驱动装置，用于驱动所述焊枪上的焊接头调整位置和转动角度。 

较佳地，所述摄像头与所述焊枪上的焊接头固定连接，且所述摄像头朝向方向与所述焊枪上的焊接头朝向方向形成固定夹角α。 

较佳地，所述数控驱动装置包括人机界面和驱动装置；所述人机界面与所述驱动装置电连接； 

所述人机界面，用于自动控制或是人工控制所述驱动装置； 

所述驱动装置，用于调整当前焊枪上的焊接头的位置和转动角度； 

所述驱动装置包括电缸、转动气缸、液压缸和步进电机。 

需要说明的是，所述驱动装置还可能包括方向控制器，传动齿轮组，移位步进电机等。驱动装置为现有的数控技术中，用于控制的位置、角度、速度等机械量的驱动设备，本发明实施例对驱动装置具体组成设备不做具体限定，上述电缸、气缸、液压缸和电机只是其中的优选方案，本发明对此不再一一赘述。 

进一步地，还包括摄像头显示屏； 

所述摄像头显示屏，用于实时显示采集含有焊接头及不同焊缝位置的视频图像； 

所述摄像头显示屏与所述摄像头电连接。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种数控焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

预先采集预设焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的预设焊缝位置的锐化图像；

将摄像头对焦所述焊枪上的焊接头，在每一次调整摄像头捕捉新位置时，采集含有焊接头及当前焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像；判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像是否匹配，若是，则将焊枪上的焊接头锁定在当前焊缝位置；若否，则重新捕捉新位置；

在焊接时，对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，对扫描采集后的视频图像进行滤波处理，得到焊缝轨迹，控制数控驱动装置实时调整当前焊枪上的焊接头的位置和转动角度，跟踪所述焊缝轨迹执行焊接操作。

2.如权利要求1所述的数控焊接方法，其特征在于，

所述判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像是否匹配，包括如下步骤：

判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像的轮廓线与预设焊缝位置的锐化图像的轮廓线的相似度，若所述相似度大于预设相似度，则判定结果为匹配；若所述相似度小于或等于预设相似度，则判定结果为不匹配。

3.如权利要求2所述的数控焊接方法，其特征在于，

对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，对扫描采集后的视频图像进行滤波处理，得到焊缝轨迹，包括如下步骤：

对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行时域和频域的滤波处理，结合时域和频域的滤波图像分析，得到焊缝轨迹。

4.一种数控焊接装置，其特征在于，包括预处理模块、定位模块和跟踪模块，其中：

所述预处理模块，用于预先采集预设焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的预设焊缝位置的锐化图像；

所述定位模块，用于将摄像头对焦所述焊枪上的焊接头，在每一次调整摄像头捕捉新位置时，采集含有焊接头及当前焊缝位置的视频图像，进行边缘锐化处理，并得到增强边缘后的含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像；判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像与预设焊缝位置的锐化图像是否匹配，若是，则将焊枪上的焊接头锁定在当前焊缝位置；若否，则重新捕捉新位置；

所述跟踪模块，用于在焊接时，对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行扫描采集视频图像，对扫描采集后的视频图像进行滤波处理，得到焊缝轨迹，控制数控驱动装置实时调整当前焊枪上的焊接头的位置和转动角度，跟踪所述焊缝轨迹执行焊接操作。

5.如权利要求4所述的数控焊接装置，其特征在于，

所述定位模块包括匹配处理子模块，其中：

所述匹配处理子模块，用于判断含有焊接头及当前焊缝位置的锐化图像的轮廓线与预设焊缝位置的锐化图像的轮廓线的相似度，若所述相似度大于预设相似度，则判定结果为匹配；若所述相似度小于或等于预设相似度，则判定结果为不匹配。

6.如权利要求5所述的数控焊接装置，其特征在于，

所述跟踪模块包括焊缝轨迹处理子模块，其中：

所述焊缝轨迹处理子模块，用于对锁定后的焊缝位置上的焊缝进行时域和频域的滤波处理，结合时域和频域的滤波图像分析，得到焊缝轨迹。

7.一种数控焊接系统，其特征在于，包括焊接机、摄像头、数控驱动装置和如权利要求4-6任一项所述的数控焊接装置，其中：

所述数控焊接装置分别与数控驱动装置和摄像头通信连接；所述数控驱动装置与所述焊接机电连接；

所述焊接机包括焊枪和焊接头，所述焊接头设置在所述焊枪上；

所述焊接机，用于对焊缝位置上的焊缝进行焊接；

所述摄像头，用于采集含有焊接头及不同焊缝位置的视频图像；

所述数控驱动装置，用于驱动所述焊枪上的焊接头调整位置和转动角度。

8.如权利要求7所述的数控焊接系统，其特征在于，

所述摄像头与所述焊枪上的焊接头固定连接，且所述摄像头朝向方向与所述焊枪上的焊接头朝向方向形成固定夹角。

9.如权利要求8所述的数控焊接系统，其特征在于，

所述数控驱动装置包括人机界面和驱动装置；所述人机界面与所述驱动装置电连接；

所述人机界面，用于自动控制或是人工控制所述驱动装置；

所述驱动装置，用于调整当前焊枪上的焊接头的位置和转动角度；

所述驱动装置包括电缸、转动气缸、液压缸和步进电机。

10.如权利要求8所述的数控焊接系统，其特征在于，

还包括摄像头显示屏；

所述摄像头显示屏，用于实时显示采集含有焊接头及不同焊缝位置的视频图像；

所述摄像头显示屏与所述摄像头电连接。

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