CN105945399A - 一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法及智能焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法及智能焊接机器人，包括移动小车、升降装置、机械手、焊枪、计算机控制系统。升降装置安装于移动小车上，机械手安装于升降装置上，焊枪安装于机械手上；焊枪上设有视觉识别定位焊缝自动跟踪器，视觉识别定位焊缝自动跟踪器包括依次连接的视觉传感器、控制器及执行机构，执行机构与焊枪连接；计算机控制系统用于对移动小车、升降装置、机械手及焊枪进行控制。通过一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法及智能焊接机器人，解决了目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业的金属结构连接的电弧焊接的可移动焊接机器人的视觉识别定位焊缝自动跟踪问题。

Description

一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法及智能焊接机器人

技术领域

本发明涉及的是一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法及智能焊接机器人，特别是涉及一种用于造船、海洋工程、钢结构桥梁、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业的金属结构连接电弧焊接的一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法及智能焊接机器人。

背景技术

视觉识别定位焊缝自动跟踪作为一门综合性应用技术，具有多学科交叉融合的特点，包括电子技术、计算机、焊接、结构、材料、流体、光学、电磁等学科，国内外众多研究工作者投入到这一领域进行研究，从示教型焊接机器人到程序控制焊接系统，再到移动式焊缝自动跟踪技术，焊接自动化的每一次进步都显著提高了生产效率。焊接技术的自动化、柔性化与智能化是未来焊接技术发展的必然趋势。

对于造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的制造大部分不是批量生产，大多数是单个生产，很少采用标准化生产线进行加工、装配、制造。因为这些行业的金属结构件外型尺寸大、重量重、形状各异、纵横结构复杂很少采用固定式的工装夹具进行装配，焊接过程有很多是在封闭结构或半封闭结构内进行，目前都是依赖很多焊工移动到金属结构焊接的位置进行焊接，所以很少使用固定式的焊接机器人。如果要采用焊接机器人，那只能使用可移动的焊接机器人。首先就要解决可移动焊接机器人在金属结构焊接的工作区定位，意思是首先要解决找到焊接的焊缝，找到焊缝的始点，才能解决焊缝自动跟踪。而目前很多焊缝自动跟踪器只考虑焊缝自动跟踪，忽略了焊缝的识别与定位，令焊接自动化、柔性化与智能化受到了约束。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法及智能焊接机器人，解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业的金属结构连接的电弧焊接的可移动焊接机器人的视觉识别定位焊缝自动跟踪问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种智能焊接机器人，包括：移动小车、升降装置、机械手、焊枪、计算机控制系统；

所述升降装置安装于所述移动小车上，所述机械手安装于所述升降装置上，所述焊枪安装于所述机械手上；

所述焊枪上设有视觉识别定位焊缝自动跟踪器，所述视觉识别定位焊缝自动跟踪器包括依次连接的视觉传感器、控制器及执行机构，所述执行机构与所述焊枪连接；

所述计算机控制系统用于对所述移动小车、所述升降装置、所述机械手及所述焊枪进行控制。

在其中一个实施例中，所述视觉识别定位焊缝跟踪器上安装有电弧滤光片

在其中一个实施例中，所述移动小车为轮式行走结构。

在其中一个实施例中，所述移动小车为履带式行走结构。

在其中一个实施例中，所述移动小车为腿式行走结构。

一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法，用于对金属结构焊缝进行焊接，通过上述的智能焊接机器人进行焊接，步骤如下：

视觉测量，利用智能焊接机器人在金属结构焊接的工作区位置，测量距离金属结构件的坐标；

金属结构识别定位，与计算机控制系统调出的金属结构CAD数据进行对比和位置仿真显示，找到智能焊接机器人在金属结构焊接的工作区位置，由计算机控制系统控制智能焊接机器人移动到金属结构焊接的位置，并控制焊枪带着视觉识别定位焊缝自动跟踪器找到焊缝的始点位置；

直接拍摄电弧式自动跟踪焊缝，视觉传感器把电弧、熔池、导电嘴、焊丝伸出和焊接坡口一起拍摄成图像，并根据电弧附近的图像求得坡口宽度，然后判断焊丝是否对准中心位置及焊丝伸出长度是否合适。

附图说明

图1为本发明一实施例的智能焊接机器人的示意图；

图2为图1所示的智能焊接机器人各部件的模块连接图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1及图2所示，一种智能焊接机器人10，包括：移动小车100、升降装置200、机械手300、焊枪400、计算机控制系统500。

升降装置200安装于移动小车100上，机械手300安装于升降装置200上，焊枪400安装于机械手300上。

焊枪400上设有视觉识别定位焊缝自动跟踪器410，视觉识别定位焊缝自动跟踪器410包括依次连接的视觉传感器412、控制器414及执行机构416，执行机构416与焊枪400连接。

计算机控制系统500用于对移动小车100、升降装置200、机械手300及焊枪400进行控制。

在本实施例中，视觉识别定位焊缝跟踪器410上安装有电弧滤光片.

例如，移动小车100为轮式行走结构，例如，移动小车100可以为履带式行走结构，例如，移动小车100还可以为腿式行走结构。

一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法，用于对金属结构焊缝进行焊接，通过上述的智能焊接机器人进行焊接，步骤如下：

视觉测量，利用智能焊接机器人在金属结构焊接的工作区位置，测量距离金属结构件的坐标；

金属结构识别定位，与计算机控制系统调出的金属结构CAD数据进行对比和位置仿真显示，找到智能焊接机器人在金属结构焊接的工作区位置，由计算机控制系统控制智能焊接机器人移动到金属结构焊接的位置，并控制焊枪带着视觉识别定位焊缝自动跟踪器找到焊缝的始点位置；

直接拍摄电弧式自动跟踪焊缝，视觉传感器把电弧、熔池、导电嘴、焊丝伸出和焊接坡口一起拍摄成图像，并根据电弧附近的图像求得坡口宽度，然后判断焊丝是否对准中心位置及焊丝伸出长度是否合适。

由计算机控制系统500、焊枪400、金属结构焊缝、视觉识别定位焊缝自动跟踪器410构成一个识别定位焊缝自动跟踪闭环反馈系统。而视觉识别定位焊缝自动跟踪器410主要由视觉传感器412、控制器414及执行机构416三大部分组成。

根据可移动焊接机器人视觉识别定位焊缝自动跟踪系统的特点，采用视觉测量、金属结构识别定位和直接拍摄电弧式。

一、视觉测量。利用视觉传感器测量可移动焊接机器人在金属结构焊接的工作区位置，测量距离金属结构件(零件、部件)的XYZ座标。

二、金属结构识别定位。与计算机控制系统调出的金属结构CAD数据进行对比和位置仿真显示，找到可移动焊接机器人在金属结构焊接的工作区位置。由计算机控制系统控制可移动焊接机器人移动到金属结构焊接的位置，并控制焊枪带着焊缝自动跟踪器找到焊缝的始点位置。

三、直接拍摄电弧式自动跟踪焊缝法。自动跟踪焊缝的关键技术主要包括：图像采集、高精度系统标定、图像的特征提取，亚像素边缘定位技术等。视觉传感器把电弧、熔池、导电嘴、焊丝伸出和焊接坡口一起拍摄成图像，并根据电弧附近的图像求得坡口宽度，然后判断焊丝是否对准中心位置及焊丝伸出长度是否合适。该方法不仅可以跟踪焊缝，还可预测坡口形状和截面积，并能用于焊接过程的自适应控制，可适用于各种坡口形状。

四、焊缝自动跟踪器。主要由视觉传感器、控制器、执行机构三大部分组成。视觉传感器是直接拍摄电弧，把电弧、熔池、导电嘴、焊丝伸出和焊接坡口一起拍摄成图像，并根据电弧附近的图像求得坡口宽度，然后判断焊丝是否对准中心位置及焊丝伸出长度是否合适，并把精确检测出焊缝的位置和形状信息转化为电信号。控制器对信号进行处理，执行机构根据检测结果控制自动调节机构调整焊枪位置，从而实现焊缝自动跟踪。

本发明通过一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法及智能焊接机器人，解决了目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业的金属结构连接的电弧焊接的可移动焊接机器人的视觉识别定位焊缝自动跟踪问题。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种智能焊接机器人，其特征在于，包括：移动小车、升降装置、机械手、焊枪、计算机控制系统；

所述升降装置安装于所述移动小车上，所述机械手安装于所述升降装置上，所述焊枪安装于所述机械手上；

所述焊枪上设有视觉识别定位焊缝自动跟踪器，所述视觉识别定位焊缝自动跟踪器包括依次连接的视觉传感器、控制器及执行机构，所述执行机构与所述焊枪连接；

所述计算机控制系统用于对所述移动小车、所述升降装置、所述机械手及所述焊枪进行控制。

2.根据权利要求1所述的智能焊接机器人，其特征在于，所述视觉识别定位焊缝跟踪器上安装有电弧滤光片。

3.根据权利要求1所述的智能焊接机器人，其特征在于，所述移动小车为轮式行走结构。

4.根据权利要求1所述的智能焊接机器人，其特征在于，所述移动小车为履带式行走结构。

5.根据权利要求1所述的智能焊接机器人，其特征在于，所述移动小车为腿式行走结构。

6.一种视觉识别定位焊缝自动跟踪方法，用于对金属结构焊缝进行焊接，其特征在于，通过权利要求1～5中任意一项所述的智能焊接机器人进行焊接，步骤如下：

视觉测量，利用智能焊接机器人在金属结构焊接的工作区位置，测量距离金属结构件的坐标；

金属结构识别定位，与计算机控制系统调出的金属结构CAD数据进行对比和位置仿真显示，找到智能焊接机器人在金属结构焊接的工作区位置，由计算机控制系统控制智能焊接机器人移动到金属结构焊接的位置，并控制焊枪带着视觉识别定位焊缝自动跟踪器找到焊缝的始点位置；

直接拍摄电弧式自动跟踪焊缝，视觉传感器把电弧、熔池、导电嘴、焊丝伸出和焊接坡口一起拍摄成图像，并根据电弧附近的图像求得坡口宽度，然后判断焊丝是否对准中心位置及焊丝伸出长度是否合适。