CN110102855A - 一种机器人智能化焊接系统、设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机器人智能化焊接系统，所述系统包括视觉跟踪模块，用于对一个或多个工件进行视觉跟踪，以获得各个工件的工件轮廓信息和/或坡口信息；和/或控制模块，用于根据所述工件轮廓信息和/或坡口信息进行数模匹配，以识别所述工件和/或所述坡口，以使所述机器人根据对应于所述破口的焊接工艺参数和坡口焊道规划进行自动焊接。

Description

一种机器人智能化焊接系统、设备和方法
技术领域
本发明涉及机械制造领域，尤其涉及一种机器人智能化焊接系统、设备和方法。
背景技术
大型海洋工程装备、大型钢结构、港机、船舶等广泛应用吊耳、重磅板等结构件，它们是起重吊装和加强的关键部件，因而其制造质量和效率非常关键。制造这些结构件的传统方式可采用人工焊接方式。由于所述结构件的形状各异，具有例如圆形、半圆形、椭圆形等不同形状，且板材厚度、直径、材质、外形、吨位、坡口大小和焊脚要求等各异，但其单件批量较小，很难实现机器人焊接。如果采用常规机器人焊接，一般示教-再现型焊接机器人编程的过程繁琐，且无法适应工件几何形状和尺寸的变化，继而亟待解决如何基于传统机器人实现例如异环形吊耳构件等的自主化焊接的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种机器人智能化焊接系统、设备和方法。
依据本发明的一个方面，提供了一种系统，所述系统包括视觉跟踪模块，用于对一个或多个工件进行视觉跟踪，以获得各个工件的工件轮廓信息和/或坡口信息；以及控制模块，用于根据所述工件轮廓信息和/或坡口信息进行数模匹配，以识别所述工件和/或所述坡口。
依据本发明上述方面的系统，其中所述视觉跟踪模块包括二维视觉识别装置，用于采集一个或多个工件的整体图像，以获得所述工件轮廓信息；和/或三维视觉采集装置，用于对所述一个或多个工件的坡口位置进行扫描，以采集所述坡口信息。
依据本发明上述方面的系统，其中所述二维视觉识别装置可用于对所述一个或多个工件进行全范围二维视觉拍摄，以获得所述一个或多个工件的整体图像。
依据本发明上述方面的系统，其中所述三维视觉采集装置可用于对所述工件中第一工件的坡口位置进行激光扫描，以获得对应于所述工件的坡口的激光折线信息。
依据本发明上述方面的系统，其中所述控制模块用于根据所述二维视觉识别装置获得的整体图像而得到各个工件的所述工件轮廓信息和/或位置信息，并把所述轮廓信息与一个或多个构件数模进行比对来识别所述各个工件。
依据本发明上述方面的系统，其中所述控制模块响应于确定所述工件识别成功，规划用于所述三维视觉采集装置的运动路径和/或自动焊路径和/或所述工件的焊接顺序。
依据本发明上述方面的系统，其中所述控制模块根据各个工件的轮廓信息和/或位置信息来确定所述三维视觉采集装置的运动路径和/或自动焊路径，和/或根据各个工件与数模的匹配度和/或位置顺序来确定所述焊接顺序。
依据本发明上述方面的系统，所述控制模块响应于确定所述工件识别成功，从所述三维视觉采集装置获得的激光折线信息中得到所述第一工件的坡口信息，并把所述坡口信息与一个或多个构件数模的坡口信息进行比对来识别所述坡口。
依据本发明上述方面的系统，其中所述控制模块响应于确定所述坡口识别成功，规划对应于所述坡口的焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数。
依据本发明上述方面的系统，其中所述系统还包括龙门式机器人，所述二维视觉识别装置位于所述龙门式机器人的横梁的中间，所述三维视觉采集装置位于所述龙门式机器人的立柱下端的视觉检测轴上。依据本发明上述方面的系统，其中所述龙门式机器人还包括位于所述立柱下部的焊接机器人。
依据本发明上述方面的系统，其中所述二维视觉识别装置包括视野覆盖所述一个或多个工件所在工作平台的二维工业相机。
依据本发明上述方面的系统，其中所述三维视觉采集装置包括三维激光视觉传感器。
依据本发明上述方面的系统，其中所述系统还包括用于根据控制模块的控制产生方向和/或脉冲信号的一个或多个运动控制卡，以及用于接收来自相应运动控制卡的方向和/或脉冲信号，以控制龙门式机器人的运动的一个或多个驱动电机。
依据本发明上述方面的系统，其中所述控制模块用于通过所述一个或多个运动控制卡和/或所述一个或多个驱动电机控制所述龙门式机器人按照所述运动路径和/或所述焊接顺序运动，以使所述三维视觉采集装置在所述坡口位置进行扫描。
依据本发明上述方面的系统，其中所述控制模块用于通过所述一个或多个运动控制卡和/或所述一个或多个驱动电机控制所述龙门式机器人按照对应于所述坡口的焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数运动，以使所述龙门式机器人对所述第一工件进行自动焊接。
依据本发明上述方面的系统，其中所述控制模块响应于第一工件的焊接完成，控制所述三维视觉采集装置对所述焊接顺序中的下一个工件的坡口信息进行采集，以通过数模匹配获得用于所述下一个工件的坡口焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数。
依据本发明上述方面的系统，其中所述控制模块控制所述龙门式机器人根据用于所述下一个工件的坡口焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数对所述下一个工件进行自动焊接。
依据本发明上述方面的系统，其中所述视觉检测轴包括一半径轴和一升降轴，以用于所述三维视觉采集装置的定位和跟踪调整。
依据本发明上述方面的系统，其中所述系统还包括手操控制器、测量传感模块、阀门接口、激光位移传感器、电涡流开关传感器、限位开关、电磁阀和/或远控器中的一个或多个。
依据本发明上述方面的系统，其中所述控制模块经由一视觉采集卡与所述视觉跟踪模块通信。
依据本发明上述方面的系统，其中所述控制模块根据所述整体图像和所述龙门式机器人的龙门架的高度来估算坡口位置的三维信息，并控制龙门式机器人根据所述三维信息靠近所述坡口位置，以使所述三维视觉采集装置获取所述坡口信息。
依据本发明的一个方面，提供了一种设备，所述设备包括二维视觉识别装置，用于采集一个或多个工件的整体图像，以获得各个工件的工件轮廓信息和/或位置信息；和/或三维视觉采集装置，用于对所述一个或多个工件的坡口位置进行扫描，以采集所述坡口信息。
依据本发明上述方面的设备，其中所述二维视觉识别装置用于对所述一个或多个工件进行全范围二维视觉拍摄来获得所述一个或多个工件的整体图像，以用于基于数模来识别各个工件。
依据本发明上述方面的设备，其中所述三维视觉采集装置用于对所述工件中第一工件的坡口位置进行激光扫描来获得对应于所述工件的坡口的激光折线信息，以用于基于数模来识别所述坡口。
依据本发明上述方面的设备，其中所述三维视觉采集装置用于按照基于所识别的工件而获得的焊接顺序和视觉采集运动路径对所述第一工件的坡口位置进行激光扫描。
依据本发明上述方面的设备，其中所述控制模块根据各个工件的轮廓信息和/或位置信息来确定所述三维视觉采集装置的运动路径和/或自动焊路径，和/或根据各个工件与数模的匹配度和/或位置顺序来确定所述焊接顺序。
依据本发明上述方面的设备，其中所述设备还包括龙门式机器人，用于按照对应于所述坡口的焊接焊道填充顺序和/或焊接路径和/或工艺参数对所述第一工件进行自动焊接。
依据本发明上述方面的设备，其中所述龙门式机器人在完成对所述第一工件的焊接时，带动所述三维视觉采集装置移动至所述一个或多个工件中的下一个工件，以采集所述下一个工件的坡口信息。
依据本发明上述方面的设备，其中所述龙门式机器人按照根据所述工件的识别信息而获得的工件焊接顺序而移动至所述下一个工件。
依据本发明上述方面的设备，其中所述二维视觉识别装置位于所述龙门式机器人的横梁的中间位置，和/或所述三维视觉采集模块位于所述龙门式机器人的立柱下端的视觉检测轴上。
依据本发明上述方面的设备，其中所述龙门式机器人包括位于所述立柱下部的焊接机器人。
依据本发明上述方面的设备，其中所述设备还包括位于所述龙门式机器人的龙门架上的一个或多个辅助光源。
依据本发明上述方面的设备，其中所述二维视觉识别装置包括视野覆盖所述一个或多个工件所在工作平台的二维工业相机。
依据本发明上述方面的设备，其中所述三维视觉采集装置包括三维激光视觉传感器。
依据本发明上述方面的设备，其中所述设备还包括用于产生方向和/或脉冲信号的一个或多个运动控制卡，以及用于接收来自相应运动控制卡的方向和/或脉冲信号，以控制龙门式机器人的运动的一个或多个驱动电机。
依据本发明上述方面的设备，其中所述视觉检测轴包括一半径轴和一升降轴，以用于所述三维视觉采集装置的定位和跟踪调整。
依据本发明上述方面的设备，其中所述龙门式机器人包括六个本体轴，以用于龙门式机器人的空间定位和空间定向。
依据本发明上述方面的设备，其中龙门式机器人根据基于所述整体图像和龙门架高度的坡口位置的三维信息，运动至靠近所述坡口位置，以使所述三维视觉采集装置获取所述坡口信息。
依据本发明的一个方面，提供了一种方法，所述方法包括对一个或多个工件进行视觉跟踪，以获得各个工件的工件轮廓信息和/或坡口信息；以及根据所述工件轮廓信息和/或坡口信息进行数模匹配，以识别所述工件和/或所述坡口。
依据本发明上述方面的方法，还包括采集一个或多个工件的整体图像，以获得所述工件轮廓信息；和/或对所述一个或多个工件的坡口位置进行扫描，以采集所述坡口信息。
依据本发明上述方面的方法，还包括对所述一个或多个工件进行全范围二维视觉拍摄，以获得所述一个或多个工件的整体图像。
依据本发明上述方面的方法，还包括对所述工件中第一工件的坡口位置进行激光扫描，以获得对应于所述工件的坡口的激光折线信息。
依据本发明上述方面的方法，还包括根据所述整体图像而得到各个工件的所述工件轮廓信息和/或位置信息，并把所述轮廓信息与一个或多个构件数模进行比对来识别所述各个工件。
依据本发明上述方面的方法，还包括响应于确定所述工件识别成功，规划用于所述三维视觉采集装置的运动路径和/或自动焊路径和/或所述一个或多个工件的焊接顺序。
依据本发明上述方面的方法，其中所述控制模块根据各个工件的轮廓信息和/或位置信息来确定所述三维视觉采集装置的运动路径和/或自动焊路径，和/或根据各个工件与数模的匹配度和/或位置顺序来确定所述焊接顺序。
依据本发明上述方面的方法，还包括响应于确定所述工件识别成功，从所述激光折线信息中得到所述第一工件的坡口信息，并把所述坡口信息与一个或多个构件数模的坡口信息进行比对来识别所述坡口，所述坡口信息可包括工件构件板厚度和/或坡口尺寸。
依据本发明上述方面的方法，还包括响应于确定所述坡口识别成功，规划对应于所述坡口的焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数。
依据本发明上述方面的方法，还包括控制机器人根据所述运动路径和/或所述焊接顺序运动，以在所述坡口位置进行扫描。
依据本发明上述方面的方法，还包括通过控制机器人按照对应于所述坡口的焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数运动，以对所述第一工件进行自动焊接。
依据本发明上述方面的方法，还包括响应于第一工件的焊接完成，控制对所述焊接顺序中的下一个工件的坡口信息进行采集，以通过数模匹配获得用于所述下一个工件的坡口焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数。
依据本发明上述方面的方法，还包括控制机器人根据用于所述下一个工件的坡口焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数对所述下一个工件进行自动焊接。
依据本发明上述方面中的任一个，可实现清晰地辨识焊缝，及自动检测和导引功能，从而可实现高效焊接生产。还可通过自动工件轮廓、坡口尺寸等模型匹配以及运动路径、焊接顺序、焊道排布、工艺规程等参数规划，来实现对诸如圆弧、整圆、椭圆等各种异环形吊耳构件或其他构件的免示教智能化焊接。针对面向用户定制的异环形焊接等，可实现三维视觉拍照、激光视觉测量及焊缝跟踪、基于工艺数据库、机器人路径自主规划、机器人自主识别工件、自主编程、自主焊接等。
在一个实施例中，依据本发明上述方面中的任一个，可实现开发集视觉图像传感异种圆形构件自动化识别、基于激光条纹图像传感实现坡口焊缝形状及参数精确检测、多层多道焊缝路径自动化规划、机器人自动化焊接，激光视觉焊缝自动化跟踪、封闭焊缝自动化收弧和压道、和/或建立不同坡口大小横焊多层多道焊接参数专家库。
附图说明
图1示出依据本发明一个实施例的系统的示意图；
图2A为依据本发明一个实施例的系统架构的示意图；
图2B为依据本发明另一个实施例的系统架构的示意图；
图3为依据本发明一个实施例的方法的流程图；
图4A和4B为依据本发明一个实施例的二维全景视觉识别的示意图；
图5A到5C为依据本发明一个实施例的数模的示意图；
图6为依据本发明一个实施例的三维视觉信息采集的示意图；以及
图7A到7F为依据本发明一个实施例的多层多道焊路径的例子的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出依据本发明的一个实施例的系统的一个例子。在一个实施例中，所述系统100包括机器人智能化焊接系统。例如，所述系统可包括一用于异环形吊耳构件的机器人免示教智能化焊接工作站。在一些实施例中，本发明并不限于异环形吊耳构件，而可适用于其他结构件。以下以机器人免示教智能化焊接工作站来描述所述系统100，但本发明不限于所述工作站，而可用于其他机器人智能化焊接系统。在一个实施例中，所述工作站100可包括龙门式机器人，但本发明不限于此。
如图1所示，所述工作站100配置有二维(2D)视觉识别装置130，例如，可用于二维大视角全景视觉识别和/或定位。所述二维视觉识别装置130可包括工业相机，但本发明不限于此。例如，所述二维视觉识别装置130具有可覆盖一个或多个工作平台或焊接平台150的视野范围，以采集工作平台150上的工件的图像，从而对所述工件进行识别。所述工作平台150可用于放置一个或多个吊耳构件等工件(例如，如图4所示)。所述工作站100还配置有三维(3D)视觉采集装置140，可用于激光视觉采集和/或跟踪。例如，三维视觉采集装置140可根据对所述二维视觉识别装置130的二维视觉图像的识别信息，对工件进行激光扫描，以采集工件的构件板和/或焊缝坡口信息。在一个实施例中，所述三维视觉采集装置140可包括三维激光视觉传感器，但本发明不限于此。
如图1所示，在一个实施例中，工作站100可包括龙门架110。参考图1、图4A和4B，所述龙门架110可包括横梁112，所述横梁112(例如，端部)可设在支架118上。所述支架118可与滑座116相连接。继而，所述滑座116可通过支架118带动横梁112沿轨道114移动(例如，沿基本上垂直于所述轨道114的方向)。在一个实施例中，所述横梁112可水平移动和/或上下移动，但本发明不限于此。在所述横梁112上可设置立柱102。所述立柱102可随所述横梁112带动而水平移动和/或上下移动。
如图2A所示，二维视觉识别装置130可安装在横梁112(例如，下部)的基本上中间位置，但本发明不限于此。在一些实施例中，二维视觉识别装置130位于横梁112上可对工作平台150上的工件进行整体拍摄的其他位置。机器人120可安装于立柱102的下部。例如，所述机器人120可以是多关节式机器人，但本发明不限于此。在一个实施例中，所述机器人120可用于对工作平台150上的工件进行焊接，但本发明不限于此。所述三维视觉采集装置140可安装在所述立柱102下端的视觉检测轴142上。在另一个实施例中，工作站100可包括位于龙门架110的支架118上的辅助光源160。在一些实施例中，所述辅助光源160不限于安装于图1所示的位置，而可安装于其他位置，例如，横梁112上或龙门架110的其他位置。在另一些实施例中，所述辅助光源160不是必需的。
在一个实施例中，工作站100可采用机器人120的例如8轴联动方式，但本发明不限于此，而可适用于其他方式。在一个实施例中，所述8轴联动方式包括机器人120的本体轴(例如，6轴)和视觉检测轴(例如，2轴)。在一个实施例中，混联机器人的X/Y/Z轴(例如，如图2A所示)通过双边同步伺服驱动来实现焊炬的空间定位，通过机器人腕部(未示出)的两个旋转轴(例如，图2A所示的U/V轴)及一半径轴(R)来实现焊炬的空间定向。在一个实施例中，视觉检测轴142(例如，半径轴R1/升降轴Z1)可用于三维视觉采集装置140的定位和/或跟踪调整。
图2A示出依据本发明一个实施例的控制系统架构的一个例子。在一个实施例中，所述控制系统架构200可用于控制例如图1所示的机器人智能化焊接工作站等机器人智能化焊接系统100。如图2A所示，控制系统架构200可采用例如基于工业计算机的多轴数控系统，利用总线控制方式，由一个或多个下位机(例如，多轴运动控制卡2101-2105等)来实现多轴全数字交流伺服电机与步进电机的实时联动控制。
如图2A所示，所示系统架构200可包括控制模块202、视觉采集卡204、视觉跟踪模块206、一个或多个运动控制卡2101-2105、、一个或多个驱动器和电机(或驱动电机)2181-2185、手操控制器212、测量/传感模块216、阀门接口226、和/或其他模块和/或装置。
如图2A所示，所述控制模块202可与视觉采集卡204电气耦合或通信，以经由视觉采集卡204接收视觉跟踪模块206所获得的信息或数据。例如，所述视觉跟踪模块206可对一个或多个工件进行视觉跟踪，以获得各个工件的工件轮廓信息和/或坡口信息。所述控制模块202可根据所述工件轮廓信息和/或坡口信息进行模型匹配，以识别所述工件和/或所述坡口。在一个实施例中，所述视觉跟踪模块206可包括例如图1所示的二维视觉识别装置130和/或三维视觉采集装置140。例如，二维视觉识别装置130可采集一个或多个工件的整体图像，以获得工件轮廓信息。三维视觉采集装置140可对所述一个或多个工件的坡口位置进行扫描，以采集坡口信息。
例如，所述二维视觉识别装置130可对工作平台150上的一个或多个工件(例如，待焊吊耳构件)进行整体拍照，以生成构件的视觉图像，并经由视觉采集卡204传送到控制模块202。控制模块202可利用系统内部计算机图像处理来提取所述一个或多个工件的信息，例如轮廓信息和/或中心点等位置信息等，以进行粗定位。控制模块202可把所获得的每个工件的信息与存储在控制模块202中的一个或多个吊耳构件数模的内径、外径、和/或直边长度等几何参数进行比对，以识别每个工件。例如，控制模块202可识别所述工件与哪个数模匹配，从而确定所述工作是哪种构件,例如,圆弧形、圆形或椭圆形吊耳构件等，但本发明不限于此。若识别成功，控制系统202可自主规划用于所识别的各个工件的自动焊路径和/或精确视觉采集(例如，激光扫描)的运动轨迹或路径(例如，沿吊耳构件的重磅板外轮廓)和/或平台上工件的焊接顺序(例如，按照工件的视觉图像与数模的匹配度等，和/或按照从左到右或从上到下等位置顺序，或者其他各种焊接顺序)。
响应于控制系统202规划完精确视觉采集路径和/或焊接路径和/或焊接顺序，控制系统202可经由一个或多个运动控制卡2101-2105来控制机器人(例如，图1的120)的对应驱动器和电机2181-2185，以控制机器人120的运动。例如，控制系统202可控制机器人120移至首焊工件(例如，按照所述焊接顺序第一个焊接的吊耳构件)上方，利用视觉检测轴(例如，图1的142)带动三维视觉采集装置140(例如，利用激光)精确采集吊耳构件重磅板的几何参数，例如第二构件重磅板的厚度和/或坡口尺寸(例如，坡口角度和/或坡口深度)。
控制模块202可经由视觉采集卡204获取所述三维视觉采集装置140所采集的吊耳构件重磅板的几何参数与存储在控制模块202中的数模厚度和/或坡口尺寸等进行比对，以进行识别。若识别成功，控制模块202可自主规划焊道填充顺序和/或焊接路径(例如，如图7所示)。
响应于生成所述规划焊道填充顺序和/或焊接路径，控制模块202可自动调用例如焊接专家数据库中的工艺参数，生成焊接任务程序。控制模块202可按照所述焊接任务程序，经由一个或多个运动控制卡2101-2105来控制机器人120的相应驱动器和电机2181-2185，以自动导引机器人120的手腕末端焊炬沿焊缝中心进行自动化焊接，所述自动化焊接可按照路径规划数据直至所述吊耳构件焊接完成。在工作平台(例如，图1的150)上放置多个工件时，工作站(例如图1的100)可经由控制模块202控制自动转移至下一个待焊吊耳构件上方，进行例如视觉采集、识别、导引、和/或焊接等，直到全部焊接完毕。
如图2A所示，所述控制模块202与系统架构200中的一个或多个模块和/或装置可经由一个或多个总线/接口208进行通信，以来往于所述总线/接口208传送和/或接收信息。例如，总线/接口208可包括外设部件互连(peripheral component interconnect(PCI))总线208A、串口通讯接口208B、输入/输出(I/O)接口208C、和/或其他总线和/或接口。控制模块202可经由总线/接口208传送和接收总线信息。
所述运动控制卡2101-2105可根据来自控制模块202的控制信息产生方向(DIR)和/或脉冲(PULSE)信号，并提供给相应的驱动器和电机2181-2185，以控制机器人120的运动。例如，驱动器和电机2181可用于纵向运动轴(X)，驱动器和电机2182可用于横向运动轴(Y)，驱动器和电机2183可用于切割头升降运动轴(Z)，驱动器和电机2184可用于切割头旋转运动轴(U)，和/或驱动器和电机2185可用于割枪摆角运动轴(V)。虽然图2A中示出用于机器人120的所述运动控制卡和/或驱动器和电机，但本发明不限于此。在一些实施例中，运动控制卡和/或驱动器和电机的数目和/或功能可根据机器人的运动方式而改变。
如图2A所示，控制模块202可经由串口通讯接口208B与手操控制器212通信。所述手操控制器212可与远控器214通信，以接收来自远控器220的例如按键消息等并传送到控制模块202，和/或接收来自控制模块202的信息并传送到远控器220，从而可进行远程控制等。
控制模块202可经由串口通讯接口208B与激光位移传感器220和/或限位开关224进行通信，以控制例如龙门架的移动和/或限位等。控制模块202可经由I/O接口208C与测量/传感模块216通信，以控制电涡流开关传感器222。控制模块202还可经由I/O接口208C与阀门接口226通信，以控制电磁阀228。
如图2A所示，所述系统架构200还可包括稳压电源230、不间断电源(uninterruptible power supply(UPS))232、和/或一个或多个电源模块234以用于给所述控制模块202和/或所述系统架构200中一个或多个模块和/或装置供电。所述系统架构200还可包括键盘/鼠标等外设236。
虽然图2A中示出一个或多个模块和/或装置，但其他实施例可包括所述模块和/或装置中的一个或多个，和/或其他模块/装置。在一个实施例中，所述一个或多个模块和/或装置中的一个或多个可包括软件、硬件、和/或固件、和/或其各种组合。在一个实施例中，所述控制模块202可包括软件、硬件、和/或固件、和/或其各种组合。所述系统100和/或所述控制模块202还可包括一存储器(未示出)，用于存储如上所述的一个或多个构件数模及几何参数、焊接专家数据库、焊接工艺参数等。所述存储器还用于存储系统自主规划的精确视觉采集运动轨迹、工件焊接顺序、焊道填充顺序和/或焊道路径等。
图2B示出依据本发明另一个实施例的系统架构的示意图。如图2B所示，对于图2B中与图2A相同的标号说明可参考以上对图2A的描述。
与图2A相类似，图2B所示的系统200可包括经由串口通讯接口208B与控制模块202通信的远控器214和/或计算机240等一个或多个电子设备。操作人员可利用所述一个或多个电子设备来确认机器人图像识别结果和/或按照实际需求对生成的自动焊路径规划和/或焊接顺序进行添加或修改，和/或进行其他控制。
与图2A相类似，所述系统架构200可包括经由图像采集卡(和/或PCI总线)204与控制模块202通信的视觉跟踪模块206。例如，所述视觉跟踪模块206可包括二维视觉识别装置130和/或三维视觉采集装置140。
与图2A相类似，系统架构200还可包括用于机器人120的第一驱动器和/或电机模块218A。所述第一驱动器和/电机模块218A可包括对应于机器人120的各个本体轴(例如，6轴，但此并非对本发明的限制)的一个或多个驱动器和/或电机，以如上所述用于机器人120的焊炬的空间定位和/或空间定向。
如图2B所示，系统架构200还可包括用于视觉检测轴142的第二驱动器和/电机模块218B。所述第二驱动器和/电机模块218B可包括对应于视觉检测轴142(例如，R1轴/Z1轴，但本发明不限于此)的一个或多个驱动器和/或电机，以如上所述用于三维视觉采集装置140的定位和/或跟踪调整。
在一个实施例中，第一驱动器和/电机模块218A和/或第二驱动器和/电机模块218B可经由运动控制卡210和/或PCI总线208A与控制模块202通信。
对图2B的其他描述，可参考如上所述对图2A的描述。
图3示出依据本发明一个实施例的方法的一个例子。参考图1和3，系统100可利用所述方法对吊耳构件等工件进行机器人自主焊接，例如复合视觉传感吊耳构件机器人智能化焊接。在一个实施例中，图2A和图2B所示的系统架构200按照所述流程来执行机器人自主焊接，和/或控制模块202可按照所述流程进行控制。以下，参考图1-3对所述方法进行说明，但图1、2A和2B并非对所述方法的限制。
如图3所示，在框302开始所述流程。例如，机器人系统100可一键启动。在框304，可进行二维视觉拍摄。例如，焊接前，机器人120可在控制模块202控制下移动至工作台面150的正上方。二维视觉识别装置130可在控制模块202控制下对工作台面150上的工件进行全范围二维视觉拍摄，以获得工件的图像(例如，二维视觉图像)。在一些实施例中，二维视觉识别装置130还可用于获得所述工件的视频等。控制系统202可自动打开辅助光源160，以辅助二维视觉识别装置130的拍摄。
参考图4A和4B，其中分别示出二维全景视觉拍摄的例子的侧视图和俯视图。如图4A和4B所示，控制模块202可控制龙门架110沿轨道114移动。在进行二维全景视觉拍摄时，二维视觉识别装置130可随龙门架110移动至一焊接工作平台150A，其上可任意摆放一个或多个待焊接工件402(例如，吊耳构件)。二维视觉识别装置130包括可覆盖工作平台150A的视野范围，以对工作平台150A上的所述一个或多个待焊工件402进行整体拍摄，从而生成全范围二维视觉图像。
继而，流程进到框306，可进行工件轮廓提取和/或粗定位。例如，控制模块202可利用内部计算机图像处理从框304所获得的工件图像中提取各个工件的轮廓，和/或确定其中心点位置来进行粗定位。
流程进到框308，可基于数模进行工件识别。例如，控制模块202可把所提取的各个工件轮廓与存储在控制模块202中的数模的内径外径直边长度(L)等几何参数进行比对，以识别各个工件。例如，图5A到5C分别示出不同吊耳构件数模形式的几个例子的俯视图(左侧)和侧视图(右侧)，其中标号502指示吊耳构件数模的重磅板，标号504指示吊耳构件数模的耳板。在一个实施例中，图5A对应于圆弧形构件数模，图5B对应于圆形构件数模，图5C对应于椭圆形构件数模。但本发明不限于此，在其他实施例中，可使用其他各种形状的构件数模。下表1示出吊耳构件数模的几何尺寸的一个例子。
本发明不限于图5A-5C及表1所示的数模和规格等，而可使用其他各种数模、规格和参数等。在工作平台150上有多个工件时，控制模块202可对每个工件进行基于数模的工件识别，继而实现视觉图像传感异种圆形构件等自动化识别。例如，控制模块202可利用图像处理算法，通过基于数模的工件识别生成工件与数模的匹配程度等识别信息。在一个实施例中，识别信息还可包括工件的形状、几何尺寸、图像大小、工件所匹配的数模等各种识别信息。
在判断框310，可判断识别是否成功。例如，控制模块202可判断所述各个工件是否与一数模匹配成功。若识别不成功(例如，各个工件与数模都不匹配，或工件与数模的匹配度低于一预定值)，则流程结束(框328)。相反，如果识别成功(例如，至少有一个工件与一数模匹配，或至少一个工件与一数模的匹配度高于预定值)，则流程进到框312。另一个实施例中，可由操作人员来确认上述机器人图像识别结果，在确认构件数模及尺寸识别无误后可启动例如框312等下一步自动焊工作。例如，操作人员可利用一个或多个电子设备来进行所述确认。在一个实施例中，可利用可经由串口通讯接口208B与控制模块202通信的一个或多个电子设备，例如，图2A所示的远控器214或图2B所示的计算机240等。但本发明不限于此。在其他实施例中，还可利用以有线/无线等方式与控制模块202通信的其他电子设备等。
在框312，可进行精定位路径和/或焊接顺序的规划。例如，控制模块202可根据框310获得的所述二维视觉图像的识别信息(例如，工件与数模的匹配度等)，对各个工件进行自动焊路径规划和/或对焊接顺序进行规划。在另一个实施例中，操作人员可按照实际需求对生成的自动焊路径规划和/或焊接顺序进行添加或修改(例如，可利用远控器214或计算机240等一个或多个电子设备)。在一个实施例中，所述自动焊路径规划还可包括对工件进行更精确视觉采集的运动轨迹(例如，吊耳构件重磅板外轮廓)。
继而，流程进到框314和316。在框314，可读取工件构件板(例如，吊耳重磅板)的厚度；在框316，可进行三维激光视觉坡口信息采集与精确寻位，从而实现激光视觉焊缝自动化跟踪。在一个实施例中，控制模块202可结合二维视觉识别装置130采集的二维宏观视觉采集的图像信息和/或识别信息，根据图像大小和/或龙门架110(或二维视觉识别装置130)的高度粗略计算出工件焊缝或坡口位置的三维信息。控制模块202可控制机器人120运动，以使焊枪根据所述工件焊缝或坡口位置的三维信息运动至工件的焊缝位置附近，以靠近所述坡口位置。控制模块202可控制三维视觉采集装置140(例如，利用三维视觉激光扫描传感器等)扫描工件焊缝坡口位置(参考图6)，以基于激光条纹图像传感实现坡口焊缝形状及参数精确检测。
如图6所示，其中示出示例工件602的一部分。所述工件602包括坡口604。三维视觉采集装置140可沿图6所示的折线606来扫描工件602的焊缝坡口位置。在一个实施例中，控制模块202可计算激光扫描折线信息，以得出焊缝坡口根部位置(C点)。控制模块202(三维激光传感器系统)可自动根据A点、C点激光折线信息识别出构件板(例如，重磅板)的板厚信息，和/或根据B点、C点激光折线信息识别出重磅板上坡口604的大小信息(例如，坡口角度和/或坡口深度等)。
继而，流程进到框318，以进行基于数模的坡口识别。例如，控制模块202可把如上所述在例如框314和316获取的构件板几何参数(例如，重磅板厚度、坡口角度和/或坡口深度等焊缝信息)与存储在控制模块202中的数模(例如，图5A到5C所示)的厚度和坡口尺寸进行比对，以进行坡口识别。
在判断框320，可判断坡口识别是否成功。例如，控制模块202可判断所述构件板几何参数与数模的厚度和坡口尺寸等是否匹配。如果判定所述构件板几何参数与数模的厚度和坡口尺寸等不匹配，则识别不成功，流程结束(框328)。
如果坡口识别成功，则流程进到框322，以自主规划焊道排布和/或工艺参数，从而可生成焊接任务程序。在一个实施例中，控制模块202可根据三维视觉采集装置140识别的诸如构件板厚度和/或坡口尺寸等坡口信息，自主规划焊道填充顺序和/或焊接路径。参考图7A到7F，其中示出对应于不同坡口尺寸的焊道规划的例子。例如，图7A示出直角无坡口焊道规划的例子。图7B示出6mm坡口焊道规划的例子。图7C示出10～12mm坡口焊道规划的例子。图7D示出14～16mm坡口焊道规划的例子。图7E示出18mm坡口焊道规划的例子。图7F示出20mm坡口焊道规划的例子。控制模块202可根据识别的坡口信息自动规划焊道路径。例如，以10mm的坡口为例，控制模块202可如图7C所示规划焊道路径。图7A到7F仅示出焊道规划的一些例子，而非对本发明的限制，在一些实施例中，可利用其他路径规划。
控制模块202还可根据所述识别的所述坡口信息等，调用焊接专家数据库信息(例如，存储在控制模块202或在线获取等)，以根据对应坡口提取焊接工艺参数。例如，所述专家库还可包括对应于不同坡口大小横焊多层多道焊接参数等。下表2示出以10mm坡口为例(坡口深度10mm±1mm)的数据信息，但本发明不限于所述工艺参数。
继而，流程进到框324，以使机器人120来进行自动化焊接。例如，控制模块202可自动导引机器人120根据对应坡口提取的焊接工艺参数和/或坡口焊道规划进行自动化焊接。例如，控制模块202可自动导引机器人120的手腕末端焊炬沿焊缝中心按照所述路径规划和工艺数据进行自动化焊接。例如，控制模块202还可控制机器人120封闭焊缝自动化收弧和压道。在该工件焊接完成后，控制模块202可控制机器人120自动化清枪，并控制机器人120自动化移位至工作平台150上的下一个工件。
响应于所述工件焊接完成，可在判断框326判断对所述工件的焊接是否完毕。例如，如果在工作平台150上放置有一个或多个其他工件时，控制模块202将控制工作站100自动转移至焊接顺序中的下一个待焊工件上方，以对该下一个工件实行视觉采集、识别、导引、焊接等(例如，312到326)，直到工作平台150上的全部工件焊接完毕，流程结束(框328)。
参考本发明的上述实施例，可形成将二维宏观视觉全景拍照识别与三维激光视觉精确测量跟踪相结合的复合传感方式，从而模拟人眼做测量和判断，以实现识别、分析、处理等较高级功能。依据本发明上述实施例，可实现清晰地辨识焊缝，及自动检测和导引功能，从而可实现高效焊接生产。还可通过自动工件轮廓、坡口尺寸等模型匹配以及运动路径、焊接顺序、焊道排布、工艺规程等参数规划，来实现对诸如圆弧、整圆、椭圆等各种异环形吊耳构件的免示教智能化焊接。针对面向用户定制的异环形焊接等，可实现三维视觉拍照、激光视觉测量及焊缝跟踪、基于工艺数据库、机器人路径自主规划、机器人自主识别工件、自主编程、自主焊接等。
依据本发明的上述实施例，可实现开发集视觉图像传感异种圆形构件自动化识别、基于激光条纹图像传感实现坡口焊缝形状及参数精确检测、多层多道焊缝路径自动化规划、机器人自动化焊接，激光视觉焊缝自动化跟踪、封闭焊缝自动化收弧和压道、和/或建立不同坡口大小横焊多层多道焊接参数专家库。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (15)

1.一种系统，其特征在于包括：
视觉跟踪模块，用于对一个或多个工件进行视觉跟踪，以获得各个工件的工件轮廓信息和/或坡口信息；和/或
控制模块，用于根据所述工件轮廓信息和/或坡口信息进行数模匹配，以识别所述工件和/或所述坡口。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述视觉跟踪模块包括二维视觉识别装置，用于采集一个或多个工件的整体图像，以获得所述工件轮廓信息；和/或三维视觉采集装置，用于对所述一个或多个工件的坡口位置进行扫描，以采集所述坡口信息。
3.如以上权利要求中任一个所述的系统，其特征在于所述二维视觉识别装置可用于对所述一个或多个工件进行全范围二维视觉拍摄，以获得所述一个或多个工件的整体图像；和/或所述三维视觉采集装置可用于对所述工件中第一工件的坡口位置进行激光扫描，以获得对应于所述工件的坡口的激光折线信息。
4.如以上权利要求中任一个所述的系统，其特征在于所述控制模块用于根据所述二维视觉识别装置获得的整体图像而得到各个工件的所述工件轮廓信息和/或位置信息，并把所述轮廓信息与一个或多个构件数模进行比对来识别所述各个工件；和/或响应于确定所述工件识别成功，规划用于所述三维视觉采集装置的运动路径和/或自动焊路径和/或所述工件的焊接顺序；和/或响应于确定所述工件识别成功，从所述三维视觉采集装置获得的激光折线信息中得到所述第一工件的坡口信息，并把所述坡口信息与一个或多个构件数模的坡口信息进行比对来识别所述坡口；和/或响应于确定所述坡口识别成功，规划对应于所述坡口的焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数。
5.如以上权利要求中任一个所述的系统，其特征在于所述系统还包括：
龙门式机器人，所述二维视觉识别装置位于所述龙门式机器人的横梁的中间，所述三维视觉采集装置位于所述龙门式机器人的立柱下端的视觉检测轴上，和/或所述视觉检测轴包括一半径轴和一升降轴，以用于所述三维视觉采集装置的定位和跟踪，和/或所述二维视觉识别装置包括视野覆盖所述一个或多个工件所在工作平台的二维工业相机，和/或所述三维视觉采集装置包括三维激光视觉传感器；和/或所述龙门式机器人包括位于所述立柱下部的焊接机器人；和/或
用于根据控制模块的控制产生方向和/或脉冲信号的一个或多个运动控制卡；和/或
用于接收来自相应运动控制卡的方向和/或脉冲信号，以控制龙门式机器人的运动的一个或多个驱动电机；和/或
用于所述控制模块与所述视觉跟踪模块通信的视觉采集卡；和/或
调整手操控制器、测量传感模块、阀门接口、激光位移传感器、电涡流开关传感器、限位开关、电磁阀和/或远控器中的一个或多个。
6.如以上权利要求中任一个所述的系统，其特征在于所述控制模块用于通过所述一个或多个运动控制卡和/或所述一个或多个驱动电机控制所述龙门式机器人按照所述运动路径和/或所述焊接顺序运动，以使所述三维视觉采集装置在所述坡口位置进行扫描；和/或通过所述一个或多个运动控制卡和/或所述一个或多个驱动电机控制所述龙门式机器人按照对应于所述坡口的焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数运动，以使所述龙门式机器人对所述第一工件进行自动焊接；和/或响应于第一工件的焊接完成，控制所述三维视觉采集装置对所述焊接顺序中的下一个工件的坡口信息进行采集，以通过数模匹配获得用于所述下一个工件的坡口焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数；和/或控制所述龙门式机器人根据用于所述下一个工件的坡口焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数对所述下一个工件进行自动焊接；和/或根据所述整体图像和所述龙门式机器人的龙门架的高度来估算坡口位置的三维信息，并控制龙门式机器人根据所述三维信息靠近所述坡口位置，以使所述三维视觉采集装置获取所述坡口信息。
7.一种设备，其特征在于包括：
二维视觉识别装置，用于采集一个或多个工件的整体图像，以获得各个工件的工件轮廓信息和/或位置信息；和/或
三维视觉采集装置，用于对所述一个或多个工件的坡口位置进行扫描，以采集所述坡口信息。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于所述二维视觉识别装置用于对所述一个或多个工件进行全范围二维视觉拍摄来获得所述一个或多个工件的整体图像，以用于基于数模来识别各个工件；和/或所述三维视觉采集装置用于对所述工件中第一工件的坡口位置进行激光扫描来获得对应于所述工件的坡口的激光折线信息，以用于基于数模来识别所述坡口，和/或按照基于所识别的工件而获得的焊接顺序和视觉采集运动路径对所述第一工件的坡口位置进行激光扫描。
9.如以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于还包括：
龙门式机器人，用于按照对应于所述坡口的焊接焊道填充顺序和/或焊接路径和/或工艺参数对所述第一工件进行自动焊接，和/或在完成对所述第一工件的焊接时，带动所述三维视觉采集装置移动至所述一个或多个工件中的下一个工件，以采集所述下一个工件的坡口信息，和/或按照根据所述工件的识别信息而获得的工件焊接顺序而移动至所述下一个工件，和/或根据基于所述整体图像和龙门架高度的坡口位置的三维信息，运动至靠近所述坡口位置，以使所述三维视觉采集装置获取所述坡口信息，和/或所述二维视觉识别装置位于所述龙门式机器人的横梁的中间位置，和/或所述三维视觉采集模块位于所述龙门式机器人的立柱下端的视觉检测轴上；和/或所述龙门式机器人包括位于所述立柱下部的焊接机器人；和/或
用于产生方向和/或脉冲信号的一个或多个运动控制卡；和/或
用于接收来自相应运动控制卡的方向和/或脉冲信号，以控制龙门式机器人的运动的一个或多个驱动电机；和/或
位于所述龙门式机器人的龙门架上的一个或多个辅助光源。
10.如以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于所述二维视觉识别装置包括视野覆盖所述一个或多个工件所在工作平台的二维工业相机；和/或所述三维视觉采集装置包括三维激光视觉传感器，其中所述视觉检测轴包括一半径轴和一升降轴，以用于所述三维视觉采集装置的定位和跟踪调整；和/或所述龙门式机器人包括六个本体轴，以用于龙门式机器人的空间定位和空间定向。
11.一种方法，其特征在于包括：
对一个或多个工件进行视觉跟踪，以获得各个工件的工件轮廓信息和/或坡口信息；以及
根据所述工件轮廓信息和/或坡口信息进行数模匹配，以识别所述工件和/或所述坡口。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括：
采集一个或多个工件的整体图像，以获得所述工件轮廓信息；和/或
对所述一个或多个工件进行全范围二维视觉拍摄，以获得所述一个或多个工件的整体图像；和/或
对所述一个或多个工件的坡口位置进行扫描，以采集所述坡口信息；和/或
对所述工件中第一工件的坡口位置进行激光扫描，以获得对应于所述工件的坡口的激光折线信息。
13.如以上权利要求中任一个所述的方法，其特征在于还包括：
根据所述整体图像而得到各个工件的所述工件轮廓信息和/或位置信息，并把所述轮廓信息与一个或多个构件数模进行比对来识别所述各个工件；和/或
响应于确定所述工件识别成功，规划用于所述三维视觉采集装置的运动路径和/或自动焊路径和/或所述一个或多个工件的焊接顺序；和/或
响应于确定所述工件识别成功，从所述激光折线信息中得到所述第一工件的坡口信息，并把所述坡口信息与一个或多个构件数模的坡口信息进行比对来识别所述坡口，所述坡口信息可包括工件构件板厚度和/或坡口尺寸；和/或
响应于确定所述坡口识别成功，规划对应于所述坡口的焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数。
依据本发明上述方面的方法，还包括控制机器人根据所述运动路径和/或所述焊接顺序运动，以在所述坡口位置进行扫描。
依据本发明上述方面的方法，还包括通过控制机器人按照对应于所述坡口的焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数运动，以对所述第一工件进行自动焊接。
14.如以上权利要求中任一个所述的方法，其特征在于还包括：
响应于第一工件的焊接完成，控制机器人对所述焊接顺序中的下一个工件的坡口信息进行采集，以通过数模匹配获得用于所述下一个工件的坡口焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数；和/或
控制机器人根据用于所述下一个工件的坡口焊道填充顺序和/或焊接路径和/或焊接工艺参数对所述下一个工件进行自动焊接。
15.如以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于还包括：
根据各个工件的轮廓信息和/或位置信息来确定所述三维视觉采集装置的运动路径和/或自动焊路径；和/或
根据各个工件与数模的匹配度和/或位置顺序来确定所述焊接顺序。
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