CN109530984A - 视觉定位焊装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车制造技术领域，尤其是视觉定位焊装方法。所述定位焊接方法的具体步骤为：a、使用车身视觉定位装置采集车身的定位点视觉信息；b、使用焊装工具视觉定位装置采集焊装机器人的工具视觉信息；c、使用视觉定位控制装置接收定位点视觉信息和工具视觉信息，生成控制命令，控制其调整焊装工具的位置以及加工路径，以引导焊装机器人完成焊装工作。本发明通过对焊装生产线的定位方式进行优化，采用机器视觉技术对于车身进行定位后，引导焊装机器人进行后续的工艺，使得同一条焊装生产线具备任意车型快速柔性切换，避免了众多非标工装夹具的开发与加工，减少车型升级换代的导入成本，缩减后续项目引入的投资，提高节拍的利用率。

Description

视觉定位焊装方法
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，尤其是视觉定位焊装方法。
背景技术
焊接生产线是汽车制造中的关键，焊接生产线中各种工装夹具又是焊装线的重中之重。汽车制造四大工艺中，焊装尤其重要。在焊装的前期工艺规划中，车身焊接夹具以及生产线的设计是非常关键的环节。对于车身而言，本体线的装焊工艺主要由预装配、点固焊和补焊三部分组成，其中点固焊工序最为关键，基本都在工装夹具内完成。焊装生产线中的工装夹具决定了车身的质量、生产线的柔性度及生产节拍，非常重要。
当前汽车焊装车间自动化生产线主要采用工装夹具进行车身定位，存在柔性局限性，一定的节拍损失，定位基准磨损造成定位不准，能耗高等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决背景技术中描述的现有技术的不足，本发明提供了一种视觉定位焊装方法，通过对焊装生产线的定位方式进行优化，采用机器视觉技术对于车身进行定位后，引导焊装机器人进行后续的工艺，使得同一条焊装生产线具备任意车型快速柔性切换，避免了众多非标工装夹具的开发与加工，采用非接触式的定位方式避免重复定位对于车身尺寸造成的偏差，减少车型升级换代的导入成本，缩减后续项目引入的投资，与此同时，提高节拍的利用率，为企业创造更多价值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种视觉定位焊装方法，所述定位焊接方法的具体步骤为：
a、使用车身视觉定位装置采集车身的定位点视觉信息；
b、使用焊装工具视觉定位装置采集焊装机器人的工具视觉信息；
c、使用视觉定位控制装置接收定位点视觉信息和工具视觉信息，并根据定位点视觉信息和工具视觉信息生成控制命令，控制命令传输至焊装机器人，控制其调整焊装工具的位置以及加工路径，以引导焊装机器人完成焊装工作。
具体地，步骤c中，所述控制命令的生成步骤为，视觉定位控制装置接收定位点视觉信息后，根据定位点视觉信息判断车身是否到达预定位置，视觉定位控制装置还用于接收工具视觉信息，并根据工具视觉信息计算焊装工具的位置偏差值，并根据位置偏差值调整多个焊装机器人与车身之间的位置关系，当视觉定位控制装置判断车身到达预定位置后，视觉定位控制装置生成控制命令。
具体地，所述车身视觉定位装置由数个分布在车身周围的第一视觉传感器和用于将光斑投射至车身的第一光学投射器组成，第一视觉传感器与视觉定位控制装置电连接，第一视觉传感器与第一光学投射器电连接。
具体地，所述焊装工具视觉定位装置由数个分布在车身周围的第二视觉传感器和用于将光斑投射至焊装工具的第二光学投射器组成，第二视觉传感器与视觉定位控制装置电连接，第二视觉传感器与第二光学投射器电连接。
具体地，所述采集车身的定位点视觉信息时，使用输送装置对车体进行调整定位，输送装置包括滚床和雪橇，车身固定在雪橇上。
具体地，所述定位点视觉信息包括车身位置的偏差值以及定位点的变形信息。
具体地，所述工具视觉信息包括焊装机器人位置信息以及焊装机器人上的焊装工具位置信息。
具体地，所述第一光学投射器和第二光学投射器均为激光器。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种视觉定位焊装方法，通过对焊装生产线的定位方式进行优化，采用机器视觉技术对于车身进行定位后，引导焊装机器人进行后续的工艺，使得同一条焊装生产线具备任意车型快速柔性切换，避免了众多非标工装夹具的开发与加工，采用非接触式的定位方式避免重复定位对于车身尺寸造成的偏差，减少车型升级换代的导入成本，缩减后续项目引入的投资，与此同时，提高节拍的利用率，为企业创造更多价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的装置结构示意图；
图2是本发明的流程图；
图3是本发明的采集车身的定位点视觉信息的流程图；
图4是本发明的采集焊装机器人的工具视觉信息的流程图；
图中1.车身视觉定位装置，2.视觉定位控制装置，3.焊装工具视觉定位装置，4.焊装机器人，5.输送装置，11.第一视觉传感器，12.第二光学投射器，21.第二视觉传感器，22.第二光学投射器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的装置结构示意图，图2是本发明的流程图，图3是本发明的采集车身的定位点视觉信息的流程图，图4是本发明的采集焊装机器人的工具视觉信息的流程图。
结合附图1、附图2、附图3和附图4所示，本发明第一方面的实施例提供了一种视觉定位焊装系统，包括：车身视觉定位装置1、视觉定位控制装置2、焊装工具视觉定位装置3和多个焊装机器人4；车身视觉定位装置1与视觉定位控制装置2信号连接，用于采集车身上的定位点视觉信息，并将定位点视觉信息发送至视觉定位控制装置2；焊装工具视觉定位装置3与视觉定位控制装置2信号连接，用于采集位于焊装机器人4上的焊装工具的工具视觉信息，并将工具视觉信息发送至视觉定位控制装置2；视觉定位控制装置2用于接收定位点视觉信息，并根据定位点视觉信息判断车身是否到达预定位置；视觉定位控制装置2还用于接收工具视觉信息，并根据工具视觉信息计算焊装工具的位置偏差值，并根据位置偏差值调整多个焊装机器人4与车身之间的位置关系；当视觉定位控制装置2判断车身到达预定位置后，视觉定位控制装置2生成控制命令，并将控制命令发送至焊装机器人4；多个焊装机器人4分别位于车身周围，且焊装机器人4与视觉定位控制装置2信号连接，用于接收控制命令，并根据控制命令调整自身位置及焊装路径。
采用本发明的实施例提供的视觉定位焊装系统，通过车身视觉定位装置1对车身进行定位后，引导焊装机器人4进行后续的工艺，配合焊装工具视觉定位装置3，实现车身定位的同时，保证焊装机器人4末端焊装工具的空间坐标的准确。车身视觉定位装置1采集车身上的定位点视觉信息，并将定位点视觉信息发送至视觉定位控制装置2；焊装工具视觉定位装置3采集位于焊装机器人4上的焊装工具的工具视觉信息，并将工具视觉信息发送至视觉定位控制装置2；视觉定位控制装置2根据定位点视觉信息判断车身是否到达预定位置；视觉定位控制装置2根据工具视觉信息计算焊装工具的位置偏差值，并根据位置偏差值调整多个焊装机器人4与车身之间的位置关系；当视觉定位控制装置2判断车身到达预定位置后，视觉定位控制装置2生成控制命令，并将控制命令发送至焊装机器人4；多个焊装机器人4根据控制命令调整自身位置及焊装路径。
实施例1：
本发明第一方面的实施例提供的视觉定位焊装系统通过对焊装生产线的定位方式进行优化，采用机器视觉技术对于车身进行定位后，引导焊装机器人4进行后续的工艺，使得同一条焊装生产线具备任意车型快速柔性切换，避免了众多非标工装夹具的开发与加工，采用非接触式的定位方式避免重复定位对于车身尺寸造成的偏差，减少车型升级换代的导入成本，缩减后续项目引入的投资，与此同时，提高节拍的利用率，为企业创造更多价值。
本实施例可选的方案中，更进一步地，定位点视觉信息包括车身位置的偏差值以及定位点的变形信息；或者，工具视觉信息包括焊装机器人4位置信息以及焊装机器人4上的焊装工具位置信息。在至少一个实施例中，车身上的定位点为定位孔，视觉定位焊装系统可以根据不同主机厂的定位标准，制定相应的车身定位基准，制定出相应的需要检测的车身定位孔的信息和检测需求；还可以根据不同的焊装机器人4工具，选取需要的特征，设定标准的焊装机器人4工具标定程序。本实施例可选的方案中，更进一步地，车身视觉定位装置1为多个分布在车身周围的第一视觉传感器11，多个第一视觉传感器11的采集范围覆盖车身的外形；第一视觉传感器11与视觉定位控制装置2信号连接。第一视觉传感器11为CMOS图像传感器；第一视觉传感器11为3D相机。
本实施例可选的方案中，更进一步地，车身视觉定位装置1还包括第一光学投射器12，第一光学投射器12朝向车身，用于将光斑投射至车身；第一视觉传感器11接收经车身反射的反射光。本实施例可选的方案中，更进一步地，第一光学投射器12包括第一激光器，第一激光器与第一视觉传感器11信号连接。
在至少一个实施例中，车身上需要检测的特征为圆孔或者长腰孔，检测的特征尺寸大小为20mm-45mm；利用3D结构光视觉传感器，检测出每个定位孔的姿态，通过拟合确定车身的位置，每一个特征都有六个自由度。视觉定位焊装系统的关键在于如何高精度的实现车身的定位，以引导机器人进行工作。视觉定位焊装系统使用激光三角测量系统来检测车定位基准的尺寸和位置信息。激光三角测量系统包括3D相机，镜头和激光器，通过测量从被测物表面反射的光来确定被测物的位置。激光器将光斑投射到被测物，反射光通过成像相机聚焦在镜头的光敏装置上。根据激光相对被测物表面的距离，激光点出现在相机视野中的不同位置。高分辨率激光器通常用于需高精度，稳定和低温度漂移的位移和位置监测应用中，理想情况测量精度最高能达到0.01mm，采用激光三角测量可实现高精度测量，免疫散焦，尽可能的距离和灰度融合，相对较高的速度检查。
本实施例可选的方案中，更进一步地，工具视觉定位装置包括多个分布在车身周围的第二视觉传感器21，第二视觉传感器21与视觉定位控制装置2信号连接。第二视觉传感器21为CMOS图像传感器；第二视觉传感器21包括2D相机。
本实施例可选的方案中，更进一步地，工具视觉定位装置还包括第二光学投射器22，第二光学投射器22朝向焊装工具，用于将光斑投射至焊装工具；第二视觉传感器21接收经焊装工具反射的反射光。
本实施例可选的方案中，更进一步地，第二光学投射器22包括第二激光器，第二激光器与第二视觉传感器21信号连接。
机器人工具的标定过程中，根据不同的机器人工具，选取需要的特征，设定标准的机器人工具标定程序，通过2D相机对于工具TCP(Tool Coordinate System工具坐标系)进行三视图的检测，通过相应算法，拟合机器人工具的前端及相应TCP信息。在焊装车间常用的机器人工具包括：1)电焊工艺的机器人焊枪，其检测特征可以但不仅限于为圆柱电极帽；2)涂胶工艺的涂胶枪，其检测特征可以但不仅限于为长管涂胶嘴；3)弧焊工艺的弧焊枪，其检测特征可以但不仅限于为焊丝；4)激光焊工艺的激光头，其检测特征可以但不仅限于为焊丝；5)螺柱焊工艺的螺柱焊枪，其检测特征可以但不仅限于为长管螺柱焊嘴；6)工装工艺的抓手或夹具，其检测特征可以但不仅限于为工装工艺特征孔。汽车前期开发的所有数据都进行了强度的模拟仿真，如何确保最终现场的工艺同产品数据保持一致，是一个亟待解决的问题；为此德国大众已经启用OLP Stuido软件，专门用于检查机器人program同产品数据的一致性，包含工艺的完整性，工艺数据的一致性，而现场的机器人工具本身在经过一段时间的生产后，或者周期性的更换耗材或者修磨后(如电极帽，打磨片)，工具的TCP会有一定的偏差，此时都需要相应的额工具对于机器人工具TCP进行标定。
基本原理为，根据不同的机器人工具，选取需要的特征，设定标准的机器人工具标定程序，通过相机对于工具TCP进行三视图的检测后，找到机器人工具的TCP。
本实施例可选的方案中，更进一步地，视觉定位焊装系统还包括输送装置5、输送装置5包括滚床和位于滚床上的雪橇；雪橇用于搭载车身。车身放置在雪橇上，因车身自重以及焊装工艺作用力较小无需夹具固定。
实施例2：
本发明第二方面的实施例提供一种视觉定位焊装方法，包括：第一视觉传感器11采集车身的定位点视觉信息，其中，定位点视觉信息包括车身位置的偏差值以及定位点的变形信息；第二视觉传感器21采集焊装机器人4的工具视觉信息，其中，工具视觉信息包括焊装机器人4位置信息以及焊装机器人4上的焊装工具位置信息；视觉定位控制装置2接收定位点视觉信息和工具视觉信息，并根据定位点视觉信息和工具视觉信息控制焊装机器人4调整焊装工具的位置以及加工路径，以引导焊装机器人4完成焊装工作；焊装机器人4对于自身轨迹进行调整后，进行焊装工艺。
在至少一个实施例中，整个运行的流程如下：车身利用滚床滑入，由滚床控制停止位置；3D相机对于车身定位孔进行检测，确认车身停止位置，并告知焊装机器人4；机器人对于自身轨迹进行offset后，进行焊接、涂胶、螺柱焊、弧焊等工艺；对于机器人焊枪等进行电极帽修磨后，进行标定修正。
本发明第二方面的实施例提供的视觉定位焊装方法采用本发明第一方面的实施例提供的视觉定位焊装系统，从而具有本发明第一方面的实施例提供的视觉定位焊装系统所具有的一切有益效果。
增加柔性，当前夹具柔性机构限制，每一个RPS(The reference point system的缩写，中文意思为定位点系统)最多能出现四个定位销，一般仅能做三至四个平台；节省由升降滚床改为固定滚床，取消下夹具及柔性切换单元的费用，给机器人预留更多空间进行工作；节省滚床升降的节拍，提高节拍的利用率；降低对于RPS孔的磨损，采用视觉直接寻找车身位置，提高定位精度。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种视觉定位焊装方法，其特征在于，所述定位焊接方法的具体步骤为：
a、使用车身视觉定位装置采集车身的定位点视觉信息；
b、使用焊装工具视觉定位装置采集焊装机器人的工具视觉信息；
c、使用视觉定位控制装置接收定位点视觉信息和工具视觉信息，并根据定位点视觉信息和工具视觉信息生成控制命令，控制命令传输至焊装机器人，控制其调整焊装工具的位置以及加工路径，以引导焊装机器人完成焊装工作。
2.根据权利要求1所述的视觉定位焊装方法，其特征在于，步骤c中，所述控制命令的生成步骤为，视觉定位控制装置接收定位点视觉信息后，根据定位点视觉信息判断车身是否到达预定位置，视觉定位控制装置还用于接收工具视觉信息，并根据工具视觉信息计算焊装工具的位置偏差值，并根据位置偏差值调整多个焊装机器人与车身之间的位置关系，当视觉定位控制装置判断车身到达预定位置后，视觉定位控制装置生成控制命令。
3.根据权利要求1所述的视觉定位焊装方法，其特征在于，所述车身视觉定位装置由数个分布在车身周围的第一视觉传感器和用于将光斑投射至车身的第一光学投射器组成，第一视觉传感器与视觉定位控制装置电连接，第一视觉传感器与第一光学投射器电连接。
4.根据权利要求1所述的视觉定位焊装方法，其特征在于，所述焊装工具视觉定位装置由数个分布在车身周围的第二视觉传感器和用于将光斑投射至焊装工具的第二光学投射器组成，第二视觉传感器与视觉定位控制装置电连接，第二视觉传感器与第二光学投射器电连接。
5.根据权利要求1所述的视觉定位焊装方法，其特征在于，所述采集车身的定位点视觉信息时，使用输送装置对车体进行调整定位，输送装置包括滚床和雪橇，车身固定在雪橇上。
6.根据权利要求1所述的视觉定位焊装方法，其特征在于，所述定位点视觉信息包括车身位置的偏差值以及定位点的变形信息。
7.根据权利要求1所述的视觉定位焊装方法，其特征在于，所述工具视觉信息包括焊装机器人位置信息以及焊装机器人上的焊装工具位置信息。
8.根据权利要求1所述的视觉定位焊装方法，其特征在于，所述第一光学投射器和第二光学投射器均为激光器。
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