CN110076767A - 一种基于图像识别技术的智能焊接控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像识别技术的智能焊接控制系统及方法，包括如下步骤：获取待焊工件待焊工作面图像；将所述待焊工件待焊工作面的图像在交互终端上显示；检测操作人员在交互终端上的操作，所述操作至少包括：对焊缝种类的选择，对焊接起始位置与结束位置的选择；在所述起始位置中定位起始坐标，在结束位置中定位结束坐标；根据所述起始坐标与结束坐标，以及焊缝种类，移动焊枪到焊缝起点处进行焊接。本方法利用图像标定的思路和图像识别处理技术，为焊接机器人的焊接路径进行编程，提高了示教编程和离线编程的速度，降低了操作难度和技术要求，使焊接机器人能够用于一致性不高的工件焊接或单件小批量生产，降低了生产成本，保证了焊接质量。

Description

一种基于图像识别技术的智能焊接控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于图像识别技术的智能焊接控制系统及方法，属于焊接机器人技术领域。

背景技术

对于工业焊接机器人的应用，最不可回避的第一个难题就是工件重复性差。众所周知，我们的工业焊接机器人在汽车行业得以大量应用的原因就在于汽车行业的焊接工作(或产品对象)有足够的重复性以及足够的量，焊接机器人一次编程，可以连续重复工作几万甚至几十万次。但是在很多其他行业却无法做到，比如：船舶、海工、钢构、桥梁、工程机械等等，这些行业最大的特点就是带焊接工件的重复性差、预装误差大、定位困难、焊接工艺需求多样、焊接路径不规则等等，也正是这些客观存在，制约着焊接机器人在这些行业的大量应用。

焊接机器人厂家目前提供的编程方式主要有示教编程和离线编程两种方式。所谓示教编程，就是用厂家提供的示教器，手动驱动焊接机器人到达需要达到的位置，逐一将路径上的点记录下来，最后焊接机器人按照示教好的点去重复这个路径，反复调用。显然，在工件批量大、且一致性高的场合，这是一种非常适合的方式。但在工件重复性差或单件小批量生产中，这个方式显然行不通，因为用户不可能每个工件都去示教一次。

第二种方式，离线编程，是利用离线软件在办公室PC上参考工件信息(数模/图纸/参数表)进行编程，编写完成后，利用存储设备拷贝或通过网络传输到焊接机器人控制器中，将工件坐标匹配后，可以反复调用。离线编程将现场示教的过程搬到了办公室，比起示教来说，离线的方式减少了焊接机器人的占用时间，但却增加了一个办公室工程师的工作，从本质上来说，并没有太大的优势。而且，当数模和实物之间出现较大偏差时(在很多行业，这个是不可避免的)，程序将无法执行。

也就是说，如果在非重复，小批量生产情况下，焊接机器人采取现有的编程方式要么导致焊接成本高，要么导致程序执行与实物偏差大，难以兼顾准确性和成本的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图像识别技术的智能焊接控制系统及方法，用以解决现有焊接机器人难以兼顾准确性和成本的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种焊接控制方法，包括如下方法方案：

方法方案一，包括如下步骤：

1)获取待焊工件待焊工作面的图像；

2)将所述待焊工件待焊工作面的图像在交互终端上显示；

3)检测操作人员在交互终端上的操作，所述操作至少包括：对焊缝种类的选择，对焊接起始位置与结束位置的选择；

4)在所述起始位置中定位起始坐标，在结束位置中定位结束坐标；

5)根据所述起始坐标与结束坐标，以及焊缝种类，将焊枪移动到焊缝起点处进行焊接。

本方法利用图像标定的思路和图像识别处理技术，为焊接机器人的焊接路径进行编程，有效提高了标定编程的速度，速度是离线编程的5-10倍左右，是示教编程的100倍以上，易学好用，降低了操作难度和技术要求，使得焊接机器人能够用于一致性不高的工件焊接或单件小批量生产，降低了生产成本；同时利用图像处理保证了焊接质量。

方法方案二，在方法方案一的基础上，步骤1)中，还获取待焊工作面的高度信息。

方法方案三，在方法方案一的基础上，所述焊缝种类包括直线焊缝、折线焊缝、圆弧焊缝。

本方案的焊接方法可以实现直线焊接，折线焊接，圆弧焊接等，并且可以排列组合、焊缝细分，最终实现各种复杂形状焊缝的焊接，适应性和实用性强。

方法方案四，在方法方案二的基础上，步骤5)中，根据起始坐标和高度信息将焊枪移动到焊缝起点处。

方法方案五，在方法方案一的基础上，步骤3)中，所述操作还包括：对焊枪姿态的选择；步骤5)中，还根据所述焊枪姿态进行焊接。

本方法还可以人工设置焊枪姿态，根据经验和实际情况选择采取拖焊等焊枪姿态的焊接，进一步增强了本方案的适应性和可操作性。

方法方案六，在方法方案三的基础上，步骤3)中，焊缝种类选择为折线焊缝的情况下，还选择转折点位置；步骤4)中，还在转折点位置中定位转折点坐标；步骤5)中，还根据所述转折点坐标进行焊接。

折线焊接在焊缝标定时能够一次性标定完毕，焊枪随标定点依次移动完成折线焊接。

方法方案七，在方法方案三的基础上，步骤3)中，焊缝种类选择为圆弧焊缝的情况下，还选择圆弧点位置；步骤4)中，还在圆弧点位置中定位圆弧点坐标；步骤5)中，还根据所述圆弧点坐标进行焊接。

圆弧利用3个点，其中包括两个端点，实现圆弧的定位。

本发明的一种焊接控制系统，包括如下系统方案：

系统方案一，包括焊接机器人、图像采集装置、控制器和交互终端，所述图像采集装置和交互终端连接所述控制器，所述控制器控制连接所述焊接机器人；所述处理器执行实现下述方法的指令：

1)获取所述图像采集装置采集的待焊工件待焊工作面的图像；

2)将所述待焊工件待焊工作面的图像在所述交互终端上显示；

3)检测操作人员在所述交互终端上的操作，所述操作至少包括：对焊缝种类的选择，对焊接起始位置与结束位置的选择；

4)在所述起始位置中定位起始坐标，在结束位置中定位结束坐标；

5)根据所述起始坐标与结束坐标，以及焊缝种类，将所述焊接机器人的焊枪移动到焊缝起点处进行焊接。

系统方案二，在系统方案一的基础上，所述图像采集装置还获取待焊工作面的高度信息。

系统方案三，在系统方案一的基础上，所述焊缝种类包括直线焊缝、折线焊缝、圆弧焊缝。

系统方案四，在系统方案二的基础上，步骤5)中，根据起始坐标和高度信息将所述焊接机器人的焊枪移动到焊缝起点处。

系统方案五，在系统方案一的基础上，步骤3)中，所述操作还包括：对焊枪姿态的选择；步骤5)中，还根据所述焊枪姿态控制所述焊接机器人进行焊接。

系统方案六，在系统方案三的基础上，步骤3)中，焊缝种类选择为折线焊缝的情况下，还选择转折点位置；步骤4)中，还在转折点位置中定位转折点坐标；步骤5)中，还根据所述转折点坐标控制所述焊接机器人进行焊接。

系统方案七，在系统方案三的基础上，步骤3)中，焊缝种类选择为圆弧焊缝的情况下，还选择圆弧点位置；步骤4)中，还在圆弧点位置中定位圆弧点坐标；步骤5)中，还根据所述圆弧点坐标控制所述焊接机器人进行焊接。

附图说明

图1是本发明的焊接方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明的一种焊接控制系统，包括以下几个部分：图像采集定位系统、操作软件、三维架控制系统、焊接机器人系统以及焊缝跟踪系统等几个部分组成。拍照定位系统的功能是获取工件信息以及待焊层高度等信息；操作软件功能是确认识别工件焊缝位置；三维架控制系统以及焊接机器人系统的功能是完成焊接；焊缝跟踪系统是用于修正焊缝信息，保证焊缝的精准性以及质量。焊缝跟踪系统为成熟的现有技术，本发明对焊缝跟踪系统不做限定。

焊接机器人安装于三维架上，进一步增加了焊枪的灵活程度，可以执行长距离或刁钻角度的焊接。

如图1所示的本发明的焊接控制方法流程图，包括如下步骤：

1)焊接机器人移动到初始位置，将对应待焊结构置于指定位置，图像采集定位系统设置于焊接机器人焊枪附近，对待焊结构进行图像采集。同时人工输入或通过对应传感器自动获取待焊结构待焊层的高度信息。

2)将对应待焊结构的图像传输到人机交互终端的屏幕上，所述人机交互终端可以为运行有对应操作软件的计算机或手持设备上；技术人员首先选择焊缝类型，所述焊缝类型包括直线、折线、圆弧。对于直线焊缝，技术人员可以进一步通过鼠标或触摸屏在所述图像上点选直线焊缝的一端作为焊接起点，再点选直线焊缝的另一端作为焊接终点，操作软件形成一道连接起点和终点覆盖直线焊缝的路径作为焊接路线。对于折线焊缝，技术人员可以进一步通过鼠标或触摸屏在所述图像上点选折线焊缝的一端作为焊接起点，再点选折线焊缝的第一个折点(即折线焊缝第一段直线焊缝的末端或第二段直线焊缝的起点)作为焊接拐点，再点选折线焊缝的第二个折点(即折线焊缝第二段直线焊缝的末端或第三段直线焊缝的起点)作为第二个焊接拐点，直到折线的末端(即折线焊缝最后一段直线焊缝的末端)，点击该端作为焊接终点，操作软件形成一道连接起点和终点覆盖对应折线焊缝的路径作为焊接路线。对于圆弧焊缝，技术人员可以进一步通过鼠标或触摸屏在所述图像上点选圆弧焊缝的一端作为焊接起点，再点选圆弧焊缝的另一端作为焊接终点，进而点击圆弧焊缝的圆弧上除两端点外的任意一点从而确定圆弧焊缝的形状，操作软件形成一道连接起点和终点覆盖圆弧焊缝的圆弧路径作为焊接路线。每一条连续的焊接路线为一个焊位。

每段焊接路线形成完毕后由技术人员根据经验和/或实际情况选择焊枪姿态。具体焊枪姿态可以为系统内预置的焊枪姿态。

一段焊接路线形成完毕后可以重新选择焊缝种类继续设置下一段焊接路线。

3)焊接路线数据和对应的焊枪姿态以及对应的高度信息组成焊缝信息传给焊接机器人控制系统，所述控制系统控制三维架和焊接机器人的机器臂转动，使焊枪到达对应第一个焊位的焊接起点，延对应焊缝信息中的焊接路线和对应的焊枪姿态进行焊接，直到该焊位的焊接终点；完成一个焊位后，抬起焊枪，移动到下一个焊位的焊接起点并延对应焊接路线完成焊接，直到完成所有预定焊位的焊接。每个焊位在焊接过程中，由焊缝跟踪系统修正焊接路径，保证焊接精度及质量。

对于待焊层不同高度的焊位，需要分两次处理，首先拍摄并标定一个待焊层的焊缝信息，该待焊层的所有焊位焊接结束后，再重新拍摄并标定下一个待焊层的焊缝信息。

本发明的方案同样适用焊缝位于待焊结构侧面的焊接工作，可以将待焊工件反转90度，使焊缝朝上进行焊缝信息标定；也可以使图像采集定位系统从一侧获取待焊结构焊缝所在侧面的图像信息，此时焊缝需在同一水平面上(即焊缝从始至终具有相同的高度信息)，焊缝所在水平面即为所述待焊层，基于此标定焊缝信息。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本结构和功能在于上述基本方案，对本领域技术人员而言，根据本发明的教导，采用其他模块、装置、结构、安装方式不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种焊接控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)获取待焊工件待焊工作面的图像；

2)将所述待焊工件待焊工作面的图像在交互终端上显示；

3)检测操作人员在交互终端上的操作，所述操作至少包括：对焊缝种类的选择，对焊接起始位置与结束位置的选择；

4)在所述起始位置中定位起始坐标，在结束位置中定位结束坐标；

5)根据所述起始坐标与结束坐标，以及焊缝种类，将焊枪移动到焊缝起点处进行焊接。

2.根据权利要求1所述的一种焊接控制方法，其特征在于，步骤1)中，还获取待焊工作面的高度信息。

3.根据权利要求1所述的一种焊接控制方法，其特征在于，所述焊缝种类包括直线焊缝、折线焊缝、圆弧焊缝。

4.根据权利要求2所述的一种焊接控制方法，其特征在于，步骤5)中，根据起始坐标和高度信息将焊枪移动到焊缝起点处。

5.根据权利要求1所述的一种焊接控制方法，其特征在于，步骤3)中，所述操作还包括：对焊枪姿态的选择；步骤5)中，还根据所述焊枪姿态进行焊接。

6.根据权利要求3所述的一种焊接控制方法，其特征在于，步骤3)中，焊缝种类选择为折线焊缝的情况下，还选择转折点位置；步骤4)中，还在转折点位置中定位转折点坐标；步骤5)中，还根据所述转折点坐标进行焊接。

7.根据权利要求3所述的一种焊接控制方法，其特征在于，步骤3)中，焊缝种类选择为圆弧焊缝的情况下，还选择圆弧点位置；步骤4)中，还在圆弧点位置中定位圆弧点坐标；步骤5)中，还根据所述圆弧点坐标进行焊接。

8.一种焊接控制系统，其特征在于，包括焊接机器人、图像采集装置、控制器和交互终端，所述图像采集装置和交互终端连接所述控制器，所述控制器控制连接所述焊接机器人；所述处理器执行实现下述方法的指令：

1)获取所述图像采集装置采集的待焊工件待焊工作面的图像；

2)将所述待焊工件待焊工作面的图像在所述交互终端上显示；

3)检测操作人员在所述交互终端上的操作，所述操作至少包括：对焊缝种类的选择，对焊接起始位置与结束位置的选择；

4)在所述起始位置中定位起始坐标，在结束位置中定位结束坐标；

5)根据所述起始坐标与结束坐标，以及焊缝种类，将所述焊接机器人的焊枪移动到焊缝起点处进行焊接。

9.根据权利要求8所述的一种焊接控制系统，其特征在于，所述图像采集装置还获取待焊工作面的高度信息。

10.根据权利要求8所述的一种焊接控制系统，其特征在于，所述焊缝种类包括直线焊缝、折线焊缝、圆弧焊缝。