CN110807802B - 焊接方法、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种焊接方法，通过图像采集设备获取器件的当前图像；识别当前图像中满足预设条件的目标图像，其中，目标图像为器件的待焊接部位的图像；根据目标图像确定器件的待焊接部位的位置信息；根据位置信息控制焊接装置对待焊接部位进行焊接。本申请还提供了焊接装置和存储介质。通过本申请提供的焊接方法、设备和计算机存储介质可实现对待焊接部位边缘轮廓的高精度识别，同时，焊接速度可达到速度要求，通过此种方式实现精确自动焊接的目的。

Description

焊接方法、设备和存储介质

技术领域

本申请涉及工件自动化加工控制领域，尤其涉及一种焊接方法、设备和存储介质。

背景技术

随着自动化应用的普及以及机器视觉的发展，自动化焊接已然成为趋势，激光焊接更是因为其焊接精度高，无污染的特点而被广泛应用。金属性器具用品每年的产量非常大，如热水壶，保温瓶等等，焊接是其加工的一道关键工序，但目前焊接方式大多还是采用手工焊接，其焊接效率低且效果一般。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本申请的目的在于，提供一种焊接方法、设备和存储介质，以解决现有焊接方式效率低下且精度不高的问题。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种焊接方法，所述方法包括：通过图像采集设备获取器件的当前图像；识别所述当前图像中满足预设条件的目标图像，其中，所述目标图像为所述器件的待焊接部位的图像；根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息；根据所述位置信息控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接。

可选地，所述图像采集设备为200～1000万像素工业相机。

可选地，预先采集所述待焊接部位图像，以作为基准图像；所述识别所述当前图像中满足预设条件的目标图像的步骤包括：根据所述基准图像确定所述当前图像中是否包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像；如果包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像，则确定所述子图像为满足预设条件的目标图像。

可选地，所述根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息的步骤包括：获取所述目标图像在所述当前图像中的第一位置信息；根据预设映射关系将所述第一位置信息映射出所述待焊接部位的实际位置信息。

可选地，所述预设映射关系为通过黑白棋盘格标定的方式确定的图像采集设备的图像坐标系与世界坐标系的映射关系。

可选地，所述根据所述位置信息控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接的步骤包括：根据所述位置信息生成数控程序指令；根据所述数控程序指令控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接。

可选地，所述位置信息为坐标值，所述根据所述数控程序指令控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接的步骤包括：响应所述数控程序指令，根据所述位置信息确定插补坐标；根据所述插补坐标控制焊接装置移动对所述待焊接部位进行焊接。

可选地，所述根据所述位置信息确定插补坐标的步骤包括：根据位置信息确定数N个精确插补坐标；获取相邻的M个所述精确插补坐标，其中，M小于N；根据所述M个精确插补坐标计算平均插补坐标，以作为所述插补坐标。

本申请还提供一种焊接设备，所述设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其中，处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述焊接方法的步骤。

本申请还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质有一个或多个程序，所述一个或多个程序被一个或多个处理器执行，以实现如权利要求1至8任一项所述焊接方法的步骤。

本申请提供的焊接方法、设备和计算机存储介质通过采用工业相机获取器件的当前图像，并通过图像识别的方法确定图像中的代表器件的待焊接部位的目标图像，通过获取目标图像在图像坐标系中的坐标值，并将该坐标值转换为待焊接部位在世界坐标系中的坐标值后，通过插补计算出插补坐标，进而根据插补坐标控制焊接装置对待焊可实现对待焊接部位边缘轮廓的高精度识别，同时，焊接速度可达到速度要求，通过此种方式实现精确自动焊接的目的。

附图说明

图1为一实施例的焊接方法的流程图；

图2为建立图像坐标系与世界坐标系的映射关系的示意图；

图3A为根据待焊接部位的位置信息确定的精确插补坐标的示意图；

图3B为根据图3A确定的精确插补坐标计算得到平均插补坐标的示意图；

图4为一实施例的焊接设备的结构图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对焊接方法及设备进行更全面的描述。附图中给出了焊接方法及设备的首选实施例。但是，焊接方法及设备可以采用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对焊接方法及设备的公开内容更加透彻全面。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在焊接方法及设备的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。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。

图1是本申请提供的一用于控制焊接系统自动识别器件的待焊接部分，并控制焊接装置自动进行焊接的焊接方法一实施例的流程图。该实施例的方法一旦被用户触发，则该实施例中的流程通过焊接系统自动运行，其中，各个步骤在运行的时候可以是按照如流程图中的顺序先后进行，也可以是根据实际情况多个步骤同时进行，在此并不做限定，其中，焊接系统中检测装置、运动装置和焊接装置，控制器中通过运行本申请提供的焊接方法控制运动装置带动焊接装置移动，并通过焊接装置对待焊接部位进行焊接。

步骤S310，通过图像采集设备获取器件的当前图像。

本方法应用于焊接系统等设备中，焊接机床包括检测装置、运动装置和焊接装置。在本实施方式中，检测装置为图像采集设备，图像采集设备具有高速捕捉图像功能，可以精确获取器件图像。在本实施方式中，图像采集设备为200～1000万像素的工业相机。在其他实施方式中，也可以为其他可以获取器件轮廓信息的设备，具体不做限定。运动装置为数控机床，其中，数控机床中具有承载设备，用于固定承载待焊接的器件等。在运行时，将器件放置于数控机床中，并触发启动指令，调用图像采集设备的开发包，实现获取器件的源图像的采集。

步骤S320，识别所述当前图像中满足预设条件的目标图像，其中，所述目标图像为所述器件的待焊接部位的图像。

在本实施方式中，待焊接部分为器件的边缘轮廓部位。在其他实施方式中，也可以是器件的其他需要焊接的部位，具体根据操作人员的设定而确定。在本实施方式中，通过图像识别的方法识别出当前图像中满足预设条件的目标图像。具体地，预先采集所述待焊接部位图像，以作为基准图像，其中，基准图像用于辨认获取的当前图像中是否包含于基准图像相同或相似的目标图像，具体通过如下步骤实现：

步骤S3201，根据所述基准图像确定所述当前图像中是否包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像。在本实施方式中，相似度阈值为图像的像素的灰度值差值是否在预设范围内，预先提取基准图像的像素灰度值，当通过图像采集设备获取当前图像后，通过获取当前图像的像素的灰度值信息逐一与基准图像的像素灰度值信息进行比对做差值，当差值在预设范围内时，则确定当前图像中是否包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像。在其他实施方式中，相似度阈值也可以是图像像素的其他参数值，例如，亮度、对比度等参数的组合或单独一类参数，在图像采集设备具有景深计算功能时，相似度阈值还可以包括景深信息，具体不做限定。

步骤S3202，如果包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像，则确定所述子图像为满足预设条件的目标图像。

在其他实施方式中，步骤S320中的识别当前图像中满足预设条件的目标图像也可以不需要将获取的当前图像与基准图像进行比对，满足预设条件为满足图像清晰度阈值，具体地，当获取当前图像后，通过图像识别判断当前图像的清晰度是否满足预设图像清晰度阈值，当满足该清晰度阈值时，则确定当前图像为满足预设条件的目标图像。在其他实施方式中，预设条件也可以是其他可以限定当前图像相关条件的参数值。

在其他实施方式中，识别当前图像中满足预设条件的目标图像也可以是根据用户的选择指令进行确定，举例而言，图像采集设备将采集的当前图像显示于数控机床的显示设备上，用户通过输入设备输入对显示设备中的当前图像的特定部分的选择指令，根据该选择指令确定目标图像，举例而言，选择指令可以是滑动轨迹等。

步骤S330，根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息。

具体地，待焊接部位的位置信息为待焊接部位在现实世界的实际位置信息，在本实施方式中，位置信息为构成待焊接部位的轮廓的离散坐标值，例如，当焊接部位是水壶的底部边缘时，则位置信息是构成底部边缘轮廓的多个坐标值，具体由多少个坐标值构成取决于图像采集设备的像素参数以及焊接装置的运动装置的可控精度。具体地，根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息的步骤可以通过如下方式实现。

步骤S3301，获取所述目标图像在所述当前图像中的第一位置信息。在本实施方式中，图像采集设备具有内置的图像坐标系，图像中的每个像素的位置通过该图像坐标系中的坐标值进行确定。获取目标图像包含的像素，进而读取这些像素在图像坐标系中的坐标值作为第一位置信息。举例而言，当目标图像为水壶的边缘部位时，通过边缘识别技术获取该边缘的轮廓点，即，构成轮廓点的像素，进而获取这些像素在图像坐标系中的坐标值作为第一位置信息。在其他实施方式中，可以通过其他坐标系确定目标图像在所述当前图像中的第一位置信息，例如，相机坐标系、像素坐标系、世界坐标系等，具体不做限定。

步骤S3302，根据预设映射关系将所述第一位置信息映射出所述待焊接部位的实际位置信息。在实际工作中，是根据待焊接部分的实际位置控制焊接装置移动，因此，需要将代表待焊接部分的目标图像在当前图像中的第一位置信息转化为待焊接部分在现实世界中的实际位置信息。在本实施方式中，实际位置信息为世界坐标系中的坐标值，其中，世界坐标系可以是机床坐标系，世界坐标系也可以是其他可以确定待焊接部位的实际的相对位置的坐标系。在其他实施方式中，也可以通过图像跟踪的方式确定待焊接图像的实际位置信息，具体不做限定。其中，所述预设映射关系为通过黑白棋盘格标定的方式确定的图像采集设备的图像坐标系与世界坐标系的映射关系。如图2 所示，预先调节图像采集设备的焦距，使得图像采集设备可以清晰地采集数控机床的承载装置区域的图像，然后根据黑白棋盘格标定的方式使得图像坐标系映射到世界坐标系，例如，机床坐标系或是焊接装置坐标系。在其他实施方式中，也可以通过其他的标定方式将图像坐标系与世界坐标系建立映射关系。

步骤S340，根据所述位置信息控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接。数控机床在通过图像采集设备检测到目标图像并获取位置信息后生成控制指令，以触发焊接装置工作，具体地，可以通过如下步骤实现：

步骤S3401，根据所述位置信息生成数控程序指令。其中，数控程序指令中包含位置移动信息、焊接装置的出光强度、方向以及功率等相关的参数。在生成位置移动信息时，可以通过采用C语言将提取到的目标图像的第一位置信息转为数控代码，并保存为“.txt”文件，然后，数控机床自动读取“.txt”文件里的NC代码，以生成数控程序指令。对于数控程序中的出光强度、方向以及功率等相关的参数可以是预先设定的固定值，也可以是通过建立目标图像所代表的待焊接诶部位的类型与参数的对应关系表的方式，当确定待焊接诶部位的类型时，读取该对应关系表以获得相应的参数。

步骤S3402，根据所述数控程序指令控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接。

该步骤包括：步骤34021，响应所述数控程序指令，根据所述位置信息确定插补坐标；步骤S34022，根据所述插补坐标控制焊接装置移动对所述待焊接部位进行焊接。在本实施方式中，获取数控程序指令中的待焊接部位在世界坐标系中的位置信息，由于机床设备是由2轴或3轴驱动焊接装置，因此，需要进行插补处理，以确定焊接装置的具体焊接点。在本实施方式中，采用小线段的直线插补方式，在其他实施方式中，也可以采用圆弧插补或是样条插补的方式，也可以是多种插补方式相结合的方式，具体不做限定。

进一步地，由于图像采集设备可以检测到的插补坐标数量将近10000点，如果全用于直线插补，那么，数控机床的运动速度会很慢，效率太低，但如果选取到的点数量太少又会影响跟踪的精度。因此，在根据所述位置信息确定插补坐标时，可以通过了如下步骤实现，同时，参照图3A和3B。

步骤A，根据位置信息确定数N个精确插补坐标，其中，精确插补坐标为根据获取的位置信息计算得到的最大数量的插补坐标，如图3A所示。

步骤B，获取相邻的M个所述精确插补坐标，其中，M小于N。在本实施方式中，M 的数值是可以根据操作人员的具体设定而定。在其他实施方式中，通过确定被逼近的位置信息所形成的形状类型确定M的具体数值，例如，当逼近直线的区域的精确插补坐标有100个时，那么每次可以获取相邻的20个，当逼近曲线的区域的精确插补坐标有100个时，那么每次可以获取相邻的5个。

步骤C，根据所述M个精确插补坐标计算平均插补坐标，以作为所述插补坐标。通过对在步骤B中获取的M个精确插补坐标求平均值，以获得代表该M个精确插补坐标的平均插补坐标，如图3B所示。

通过上述实施方式，可以有效减少用于控制焊接装置移动的插补坐标，以提高焊接速度，同时，根据不同的区域确定不同数量的用于确定平均插补坐标的精确插补坐标，可以在保证焊接速度的同时保证焊接的精确程度。

如图4所示，本申请还提供一种焊接设备，该设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行计算机程序时实现如下步骤：通过图像采集设备获取器件的当前图像；识别所述图像中满足预设条件的目标图像，其中，所述目标图像为所述器件的待焊接部位的图像；根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息；根据所述位置信息控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接。

具体地，关于通过图像采集设备获取器件的当前图像。在本实施方式中，检测装置为图像采集设备，图像采集设备具有高速捕捉图像功能，可以精确获取器件图像。在本实施方式中，图像采集设备为200～1000万像素的工业相机。

关于识别所述当前图像中满足预设条件的目标图像。在本实施方式中，通过图像识别的方法识别出当前图像中满足预设条件的目标图像。具体地，预先采集所述待焊接部位图像，以作为基准图像，其中，基准图像用于辨认获取的当前图像中是否包含于基准图像相同或相似的目标图像，具体通过如下步骤实现：

根据所述基准图像确定所述当前图像中是否包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像。在本实施方式中，相似度阈值为图像的像素的灰度值差值是否在预设范围内，在其他实施方式中，相似度阈值也可以是图像像素的其他参数值，例如，亮度、对比度等参数的组合或单独一类参数，在图像采集设备具有景深计算功能时，相似度阈值还可以包括景深信息，具体不做限定。

如果包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像，则确定所述子图像为满足预设条件的目标图像。

需要说明的是，关于识别当前图像中满足预设条件的目标图像也可以不需要将获取的当前图像与基准图像进行比对，满足预设条件为满足图像清晰度阈值。识别当前图像中满足预设条件的目标图像也可以是根据用户的选择指令进行确定。

关于根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息。具体地，待焊接部位的位置信息为待焊接部位在现实世界的实际位置信息，在本实施方式中，位置信息为构成待焊接部位的轮廓的离散坐标值。具体地，根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息的步骤可以通过如下方式实现：获取所述目标图像在所述当前图像中的第一位置信息；根据预设映射关系将所述第一位置信息映射出所述待焊接部位的实际位置信息。在操作过程中，预先调节图像采集设备的焦距，使得图像采集设备可以清晰地采集数控机床的承载装置区域的图像，然后根据黑白棋盘格标定的方式使得图像坐标系映射到世界坐标系，例如，机床坐标系或是焊接装置坐标系。在其他实施方式中，也可以通过其他的标定方式将图像坐标系与世界坐标系建立映射关系。

关于根据所述位置信息控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接。数控机床在通过图像采集设备检测到目标图像并获取位置信息后生成控制指令，以触发焊接装置工作，响应所述控制指令，根据所述位置信息确定插补坐标；根据所述插补坐标控制焊接装置移动对所述待焊接部位进行焊接。

进一步地，根据位置信息确定数N个精确插补坐标，其中，精确插补坐标为根据获取的位置信息计算得到的最大数量的插补坐标。获取相邻的M个所述精确插补坐标，其中，M小于N。根据所述M个精确插补坐标计算平均插补坐标，以作为所述插补坐标。通过对在步骤B中获取的M个精确插补坐标求平均值，以获得代表该M个精确插补坐标的平均插补坐标。通过该实施方式，通过上述实施方式，可以有效减少用于控制焊接装置移动的插补坐标，以提高焊接速度，同时，根据不同的区域确定不同数量的用于确定平均插补坐标的精确插补坐标，可以在保证焊接速度的同时保证焊接的精确程度。

需要说明的是，上文关于焊接方法部分的具体技术细节同样适用于焊接装置中的内容，故，在此不做赘述。

本申请还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如下步骤：通过图像采集设备获取器件的当前图像；识别所述图像中满足预设条件的目标图像，其中，所述目标图像为所述器件的待焊接部位的图像；根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息；根据所述位置信息控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接。

进一步地，所述图像采集设备为200～1000万像素工业相机。

进一步地，预先采集所述待焊接部位图像，以作为基准图像；所述识别所述图像中满足预设条件的目标图像的步骤包括：根据所述基准图像确定所述当前图像中是否包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像；如果包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像，则确定所述子图像为满足预设条件的目标图像。

进一步地，所述根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息的步骤包括：获取所述目标图像在所述当前图像中的第一位置信息；根据预设映射关系将所述第一位置信息映射出所述待焊接部位的实际位置信息。

进一步地，所述预设映射关系为通过黑白棋盘格标定的方式确定的图像采集设备的图像坐标系与世界坐标系的映射关系。

进一步地，所述根据所述位置信息控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接的步骤包括：根据所述位置信息生成数控程序指令；根据所述数控程序指令控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接。

进一步地，所述位置信息为坐标值，所述根据所述数控程序指令控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接的步骤包括：响应所述数控程序指令，根据所述位置信息确定插补坐标；根据所述插补坐标控制焊接装置移动对所述待焊接部位进行焊接。

进一步地，所述根据所述位置信息确定插补坐标的步骤包括：根据位置信息确定数N个精确插补坐标；获取相邻的M个所述精确插补坐标，其中，M小于N；根据所述 M个精确插补坐标计算平均插补坐标，以作为所述插补坐标。

需要说明的是，上文关于焊接方法部分的具体技术细节同样适用于计算机存储介质中的内容，故，在此不做赘述。

通过本申请提供的焊接方法、设备和计算机存储介质通过采用工业相机获取器件的当前图像，并通过图像识别的方法确定图像中的代表器件的待焊接部位的目标图像，通过获取目标图像在图像坐标系中的坐标值，并将该坐标值转换为待焊接部位在世界坐标系中的坐标值后，通过插补计算出插补坐标，进而根据插补坐标控制焊接装置对待焊可实现对待焊接部位边缘轮廓的高精度识别，同时，焊接速度可达到速度要求，通过此种方式实现精确自动焊接的目的。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种焊接方法，其特征在于，所述方法包括：

通过图像采集设备获取器件的当前图像；

识别所述当前图像中满足预设条件的目标图像，其中，所述目标图像为所述器件的待焊接部位的图像；

根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息；

根据所述位置信息控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接；

根据所述位置信息生成数控程序指令；所述位置信息为坐标值，所述根据所述数控程序指令控制焊接装置对所述待焊接部位进行焊接的步骤包括：

响应所述数控程序指令，根据所述位置信息确定数N个精确插补坐标；

通过确定被逼近的位置信息，所形成的形状类型确定相邻的M个所述精确插补坐标的具体数值，其中，M小于N，且所述形状类型弧度越大，确定M的数值越小；

根据M个精确插补坐标计算平均插补坐标，作为插补坐标；根据所述插补坐标控制焊接装置移动对所述待焊接部位进行焊接。

2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述图像采集设备为200～1000万像素工业相机。

3.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，预先采集所述待焊接部位图像，以作为基准图像；所述识别所述当前图像中满足预设条件的目标图像的步骤包括：

根据所述基准图像确定所述当前图像中是否包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像；

如果包含与所述基准图像满足预设相似度阈值的子图像，则确定所述子图像为满足预设条件的目标图像。

4.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述根据所述目标图像确定所述器件的待焊接部位的位置信息的步骤包括：

获取所述目标图像在所述当前图像中的第一位置信息；

根据预设映射关系将所述第一位置信息映射出所述待焊接部位的实际位置信息。

5.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述预设映射关系为通过黑白棋盘格标定的方式确定的图像采集设备的图像坐标系与世界坐标系的映射关系。

6.一种焊接设备，其特征在于，所述设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其中，处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述焊接方法的步骤。

7.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质有一个或多个程序，所述一个或多个程序被一个或多个处理器执行，以实现如权利要求1至5任一项所述焊接方法的步骤。

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