CN106271235A - 基于机器视觉的焊道定位方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的焊道定位方法，包括：确定工件的特征点；变换工业相机的姿态角度，获取多个能够识别出特征点的像素值的近距离投影图形；计算工件的焊道在相机坐标系中的三维坐标值，将焊道在工件坐标系中的三维坐标值传输给机械装置，完成焊道定位。该基于机器视觉的焊道定位方法，简化了流程，适应性强，可适合多种焊道。本发明还公开了一种基于机器视觉的焊道定位装置，包括对工件的特征点进行近距离取景的工业相机和用于固定和控制焊枪的机械装置；机械装置包括控制系统，工业相机和机械装置之间设置有通信接口，工业相机通过通信接口将焊道的定位信息传输给机械装置的控制系统。上述基于机器视觉的焊道定位装置，结构紧凑。

Description

基于机器视觉的焊道定位方法及装置
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种焊道定位方法及装置。
背景技术
在焊接技术领域，存在多种寻找焊道的方法，比如电信号寻位、直接示教取得坐标值，或者在固定的用户坐标下寻找焊接工件的焊道位置。但是这些方法对工件焊道的结构、焊道的位置以及焊接工装都有要求，具有一定的局限性，一旦焊道超出了特定位置或者焊道结构特殊，就无法搜寻了。
此外，还存在一种机器视觉方法定位焊道，但是通常的机器视觉方法需要事先输入工件的三维图形，然后通过图形对比实现焊道的定位，步骤较为繁琐复杂。与之相配的自动焊接装置，也需要相应的控制计算机实现图形的匹配与比较，较为庞大。
发明内容
基于此，有必要针对上述工件焊道的定位问题，提供一种基于机器视觉的焊道定位方法及装置。
一种基于机器视觉的焊道定位方法，包括如下步骤：
确定工件的特征点；
对所述工件的特征点进行近距离取景，变换工业相机的姿态角度，获取多个近距离投影图形，所述近距离投影图形能够识别出所述特征点的像素值；
根据所述多个近距离投影图形，计算焊道在相机坐标系中的三维坐标值；
将所述焊道在所述相机坐标系中的三维坐标值转换为所述焊道在所述工件坐标系中的三维坐标值；
将所述焊道在所述工件坐标系中的三维坐标值传输给机械装置，完成焊道定位，所述机械装置用于固定和控制焊枪。
在其中一个实施例中，所述工件坐标系为空间直角坐标系，选取所述工件的一个端点为所述工件坐标系的原点，所述工件的长度方向、宽度方向及高度方向中的一个为所述工件坐标系的X轴，另两个为Y轴和Z轴。
在其中一个实施例中，通过如下步骤确定所述工件的特征点：
对所述工件进行远距离取景，变换所述工业相机的姿态角度，获取多个远距离投影图形，所述远距离投影能够识别出所述工件的整体轮廓；
根据所述多个远距离投影图形，分析确定所述工件的特征点。
在其中一个实施例中，还包括如下步骤：
根据所述多个远距离投影图形，计算所述工件在所述相机坐标系中的三维坐标值；
根据所述工件在所述相机坐标系中的三维坐标值，移动所述工业相机靠近所述工件。
在其中一个实施例中，所述多个远距离投影图形中至少有一个正平面投影图形。
在其中一个实施例中，所述工件坐标系为所述机械装置的坐标系。
上述基于机器视觉的焊道定位方法，通过对工件的取景，获得投影图形，再通过坐标转换定位焊道，简化了流程，可适合多种焊道。
一种基于机器视觉的焊道定位装置，包括工业相机和用于固定和控制焊枪的机械装置；
所述工业相机能够通过变换工业相机的姿态角度，获取工件的多个近距离投影图形，完成对所述工件的特征点的近距离取景，并根据所述多个近距离投影图形，计算焊道在相机坐标系中的三维坐标值，并将所述焊道在所述相机坐标系中的三维坐标值转换为所述焊道在所述工件坐标系中的三维坐标值；所述近距离投影图形为能够识别出所述特征点的像素值的图形；
所述机械装置包括控制系统，所述工业相机和所述机械装置之间设置有通信接口，所述工业相机的通过所述通信接口将所述焊道在所述工件坐标系中的三维坐标值传输给所述机械装置的控制系统。
在其中一个实施例中，所述工业相机安装在所述机械装置上。
在其中一个实施例中，所述工业相机的将所述焊道在所述工件坐标系中的三维坐标值通过DeviceNet方式传输给所述机械装置的控制系统。
在其中一个实施例中，所述机械装置为机械臂。
上述基于机器视觉的焊道定位装置，利用机械装置和工业相机之间的直接通信，结构紧凑，优化了数据传输的流程，提高了效率和精确度。
附图说明
图1为一实施例的基于机器视觉的焊道定位方法的坐标示意图；
图2为一实施例的基于机器视觉的焊道定位方法的流程图；
图3为另一实施例的基于机器视觉的焊道定位方法部分步骤的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参见图1，为本发明一实施例的基于机器视觉的焊道定位方法的坐标示意图。如图1中所示，该基于机器视觉的焊道定位方法包括至少两个空间直角坐标系，一个为相机坐标系Rc，一个为工件坐标系Rw，该相机坐标系为工业相机C的内部空间直角坐标系，工件坐标系Rw可以选取该工件W的一个端点为工件坐标系Rw的原点，工件W的长度方向、宽度方向及高度方向中的一个为工件坐标系Rw的X轴，另两个为Y轴和Z轴，比如工件W的长度方向为工件坐标系Rw的X轴，工件W的宽度方向为工件坐标系Rw的Y轴，工件W的高度方向为工件坐标系Rw的Z轴。
请参见图2，为本发明一实施例的基于机器视觉的焊道定位方法的流程图。
如图2所示，本实施例的基于机器视觉的焊道定位方法包括如下步骤：
S110：确定工件W的特征点。该特征点可以是工件W的某一特定区域，比如待焊焊道所在的区域，也可以是工件结构上的某个角点或交叉点，也可以是待焊焊道的起始点、中间点或者结束点。特征点的确定，可以根据工件W的具体情况以及所要焊接的实际情况而确定，对此没有特别限制。比如如图1中所示的F1点、F2点和F3点。
S120：对工件W的特征点进行近距离取景，变换工业相机C的姿态角度，获取多个近距离投影图形。取景时抵近工件至保证每个投影图形上均能识别出特征点的相关像素值。参见图1，比如可以在工件W的正投影位置获取一正投影图形P1，然后将该工业相机C相对于工件坐标系Rw的X轴、Y轴或Z轴以设定的角度偏转，获取另一个投影图形，比如P2，然后还可以再以不同的角度偏转，从而获取多个投影图形。
S130：根据上述获取的多个近距离投影图形，通过分析焊道在投影图形上的像素值，利用多个不同角度的仿射投影，进行数据转换运算，从而计算出该焊道的在相机坐标系中的三维坐标值。
S140：将焊道在相机坐标系中Rc的三维坐标值转换为焊道在工件坐标系Rw中的三维坐标值。该坐标转换可以通过工业相机自带的软件实现，也可以通过其他计算机软件实现。
S150：将焊道在工件坐标系Rw中的三维坐标值传输给机械装置，完成焊道定位。该机械装置用于固定和控制焊枪，完成后续的焊接操作。
这种方法通过工业相机对工件特征点的多次取景及分析计算，可以突破结构的局限，可适应多种焊道的定位，并且能够自动快速地实现焊道的定位，进而提高定位效率。
参见图3，为本发明另一实施例的基于机器视觉的焊道定位方法的部分步骤的流程图。
对于一些大型工件，其特征点的识别和确定也可以通过机器视觉来实现。
S111：对工件W进行远距离取景，变换工业相机C的姿态角度，获取多个远距离投影图形，从该远距离投影上能够识别出工件的整体轮廓。
S112：根据该多个远距离投影图形，分析确定该工件W的特征点。
S113：根据该多个远距离投影图形，计算工件W在相机坐标系Rc中的三维坐标值。
S114：根据工件W在相机坐标系Rc中的三维坐标值，移动工业相机C靠近工件W。
之后再继续步骤S120至步骤S150，实现对焊道的定位。
上述这种方法，将焊道定位分为三个阶段，第一阶段，先通过工业相机的远距离取景，分析确定工件的特征点；第二阶段，通过该远距离取景，确定工件的在相机坐标系中的三维坐标；第三阶段，根据工件的三维坐标，将工业相机靠近工件，并对确定的特征点进行近距离取景，然后通过计算以及坐标转换，实现焊道的定位。这样，无需事先确定该工件的特征点，并且能够自动移动工业相机进行近距离取景，从而能够优化焊道定位的流程，提高自动化水平以及工作效率。
在其中一个实施例中，当通过人工来控制工业相机的移动时，可以无需自动确定工件W的三维坐标，从而该第二阶段可以省略。
在其中一个实施例中，该多个远距离投影图形中至少有一个正平面投影图形，以便于计算该工件的三维坐标值。
在其中一个实施例中，该工件坐标系也可以为机械装置坐标系，这样只需要实现焊道坐标值在相机坐标系和机械装置的坐标系中实现坐标转换，最终机械装置能够得到焊道的定位信息，为后续的焊接提供准确的焊道信息即可，而无需确定工件坐标系。
本发明还涉及一种基于机器视觉的焊道定位装置，包括工业相机和用于固定和控制焊枪的机械装置。
工业相机能够通过变换工业相机的姿态角度，获取工件的多个近距离投影图形，完成对工件的特征点的近距离取景，并根据该多个近距离投影图形，计算焊道在相机坐标系中的三维坐标值，并将焊道在相机坐标系中的三维坐标值转换为焊道在工件坐标系中的三维坐标值。该所获得的近距离投影图形为能够识别出特征点的像素值的图形。
机械装置包括控制系统，工业相机和机械装置之间设置有通信接口，工业相机的通过通信接口将焊道在工件坐标系中的三维坐标值传输给机械装置的控制系统。
当定位结束后，可以将焊枪安装在该机械装置上，该机械装置的控制系统根据之前获得的焊道的定位信息，控制焊枪进行焊接。
这种基于机器视觉的焊道定位装置结构紧凑，通过工业相机和机械装置之间的通信，可以准确快速的实现信息的传输和坐标的转换，从而实现焊道的自动定位。
在其中一个实施例中，该工业相机安装在该机械装置上，通过机械装置来控制该工业相机的移动。当焊接时，只需要将工业相机拆下，然后安装上焊枪即可。这样使得机械装置可以复用，安装有工业相机时控制工业相机的移动，安装有焊枪时，则可以根据其控制系统中的焊道的定位信息，直接控制焊枪进行焊接。
在其中一个实施例中，该机械装置的控制系统为PLC可编程逻辑控制器。
在其中一个实施例中，该工业相机的将焊道在工件坐标系中的三维坐标值通过DeviceNet方式传输给机械装置的控制系统。通过DeviceNet的方式可以提高设计的弹性，改善过程数据管理以及降低安装成本。
在其中一个实施例中，该机械装置可以为机械臂。
以上所述实施例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 (10)

1.一种基于机器视觉的焊道定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定工件的特征点；
对所述工件的特征点进行近距离取景，变换工业相机的姿态角度，获取多个近距离投影图形，所述近距离投影图形能够识别出所述特征点的像素值；
根据所述多个近距离投影图形，计算焊道在相机坐标系中的三维坐标值；
将所述焊道在所述相机坐标系中的三维坐标值转换为所述焊道在所述工件坐标系中的三维坐标值；
将所述焊道在所述工件坐标系中的三维坐标值传输给机械装置，完成焊道定位，所述机械装置用于固定和控制焊枪。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的焊道定位方法，其特征在于，所述工件坐标系为空间直角坐标系，选取所述工件的一个端点为所述工件坐标系的原点，所述工件的长度方向、宽度方向及高度方向中的一个为所述工件坐标系的X轴，另两个为Y轴和Z轴。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的焊道定位方法，其特征在于，通过如下步骤确定所述工件的特征点：
对所述工件进行远距离取景，变换所述工业相机的姿态角度，获取多个远距离投影图形，所述远距离投影能够识别出所述工件的整体轮廓；
根据所述多个远距离投影图形，分析确定所述工件的特征点。
4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的焊道定位方法，其特征在于，还包括如下步骤：
根据所述多个远距离投影图形，计算所述工件在所述相机坐标系中的三维坐标值；
根据所述工件在所述相机坐标系中的三维坐标值，移动所述工业相机靠近所述工件。
5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的焊道定位方法，其特征在于，所述多个远距离投影图形中至少有一个正平面投影图形。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的基于机器视觉的焊道定位方法，其特征在于，所述工件坐标系为所述机械装置的坐标系。
7.一种基于机器视觉的焊道定位装置，其特征在于，包括工业相机和用于固定和控制焊枪的机械装置；
所述工业相机能够通过变换工业相机的姿态角度，获取工件的多个近距离投影图形，完成对所述工件的特征点的近距离取景，并根据所述多个近距离投影图形，计算焊道在相机坐标系中的三维坐标值，并将所述焊道在所述相机坐标系中的三维坐标值转换为所述焊道在所述工件坐标系中的三维坐标值；所述近距离投影图形为能够识别出所述特征点的像素值的图形；
所述机械装置包括控制系统，所述工业相机和所述机械装置之间设置有通信接口，所述工业相机的通过所述通信接口将所述焊道在所述工件坐标系中的三维坐标值传输给所述机械装置的控制系统。
8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的焊道定位装置，其特征在于，所述工业相机安装在所述机械装置上。
9.根据权利要求7或8所述的基于机器视觉的焊道定位装置，其特征在于，所述工业相机的将所述焊道在所述工件坐标系中的三维坐标值通过DeviceNet方式传输给所述机械装置的控制系统。
10.根据权利要求9所述的基于机器视觉的焊道定位装置，其特征在于，所述机械装置为机械臂。
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