CN110842683A - 一种基于机器视觉的焊缝打磨装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，属于焊缝打磨技术领域，一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，包括工作台，工作台上固定连接有一对带有旋转夹紧机构的壳体，壳体上固定连接有电动机，壳体内设有传动齿轮组，传动齿轮组与电动机的动力输出端固定连接，旋转夹紧机构的外壁上固定连接有与传动齿轮组相匹配的环形齿条，一对壳体之间设有支撑座，支撑座固定在工作台上，支撑座的上端固定连接有支架，支架的顶端固定连接有垂直调节气缸，垂直调节气缸的伸缩端上固定连接有电动导轨，电动导轨上滑动连接有打磨装置，打磨装置上连接有图像采集装置，本方案方便对管道的不规则焊缝打磨，提高对焊缝的打磨质量和打磨速度。

Description

一种基于机器视觉的焊缝打磨装置及其系统

技术领域

本发明涉及焊缝打磨技术领域，更具体地说，涉及一种基于机器视觉的焊缝打磨装置。

背景技术

伴随着我国制造业、建筑业和水利、环境等行业的快速发展以及对外贸易持续增长，我国质量检验检测行业也迎来了快速发展。机器视觉系统是指通过机器视觉产品，如CCD、CMOS和光电管等，将被摄取的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，再根据判别的结果控制现场的设备。可以提高产品质量、降低废品率，提高企业经济效益。

不锈钢焊管在生产时需要对焊缝进行打磨，对焊缝的余高进行打磨，使焊缝余高厚度达到标准厚度，以降低焊接处的集中应力，从而使得不锈钢焊管的管体与焊缝之间均匀过度，提高了不锈钢焊管的强度同时使得不锈钢焊管更加美观，但是目前焊缝的打磨处理还主要依靠人工手动打磨，自动化程度低，打磨效率低下，且工人所处的打磨作业环境恶劣，不利于工人的身体健康。此外，人工打磨的质量很大程度上取决于工人的操作技术水平，不同工人的打磨水平不同，致使打磨出来的产品质量无法保证，不利于企业的高效高质量生产。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，它使用图像采集装置对管道的焊缝进行环绕拍摄，同时使用激光测距传感器进行测距，以获得焊缝各点的厚度，通过各个焊缝的高点与标准焊缝厚度数据进行对比分析，并根据分析结果设计打磨装置垂直位置调节轨迹和管道旋转控制轨迹，根据打磨装置垂直位置调节轨迹和管道旋转控制轨迹对焊缝上的各个高点进行精确打磨，以此提高焊缝打磨的质量和速度。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，包括工作台，所述工作台上固定连接有一对壳体，一对所述壳体上均转动连接有旋转夹紧机构，所述壳体上固定连接有电动机，所述壳体内设有传动齿轮组，所述传动齿轮组与电动机的动力输出端固定连接，所述旋转夹紧机构的外壁上固定连接有与传动齿轮组相匹配的环形齿条，一对所述壳体之间设有支撑座，所述支撑座固定在工作台上，所述支撑座的上端固定连接有支架，所述支架的顶端固定连接有垂直调节气缸，所述垂直调节气缸的伸缩端上固定连接有电动导轨，所述电动导轨上滑动连接有打磨装置，所述打磨装置的一端固定连接有图像采集装置，所述图像采集装置上连接有激光测距传感器和无线信号传输模块，所述垂直调节气缸、电动导轨和打磨装置均与无线信号传输模块信号连接。

一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，包括一种焊缝打磨控制系统，一种焊缝打磨控制系统包括控制模块，所述控制模块上连接有数据分析模块，所述电动机、激光测距传感器、垂直调节气缸、电动导轨和打磨装置均与控制模块信号连接，所述图像采集装置与数据分析模块之间连接有图像处理模块，所述控制模块、数据分析模块和图像处理模块均安装在计算机内。

一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，其工作流程为：

A1.调节图像采集装置的位置，使图像采集装置靠近管道的焊缝；

A2.使用图像采集装置拍摄焊缝处的图像，同时控制电动机工作，使传动齿轮组带动旋转夹紧机构转动，从而使管道旋转，使图像采集装置对管道上的焊缝进行环绕拍摄，获得焊缝图像和图像采集装置相对焊缝的距离；

A3.无线信号传输模块将图像采集装置收集到的数据传输至数据分析模块中，数据分析模块根据焊缝图像和图像采集装置相对焊缝的距离生成管道焊缝处的图像模型，并对根据图像模型和标准焊缝厚度设计打磨装置调节轨迹和管道旋转控制轨迹；

A4、控制模块判断是否完成打磨装置调节轨迹和管道旋转控制轨迹，当判断完成时，则数据分析模块生成打磨控制文件，并发送给控制模块然后执行A5，否则返回A3；

A5、打磨工作前，技术人员控制电动导轨将图像采集装置移动移动至焊缝处，然后开始打磨工作；

A6、打磨时垂直调节气缸根据打磨控制文件对调节打磨装置的位置，使打磨装置可针对各个焊缝的高点进行打磨，一处焊缝的高点打磨完成后垂直调节气缸驱动打磨装置复位，然后电动机工作，使传动齿轮组带动旋转夹紧机构旋转，从而使管道转动，让焊缝上另一处高点与打磨装置的位置匹配，再次进行打磨工作，重复上述步骤，使管道旋转1.5-2周后，完成打磨工作。

进一步的，打磨装置的调节轨迹的设计为，将图像模型与标准焊缝厚度参数对比，记录各个焊缝的高点并对比焊缝图像模型高点相对标准焊缝厚度的距离，生成打磨装置经过焊缝上各个高点时的调节轨迹，使打磨装置经过焊缝高点使垂直调节气缸驱动打磨装置向下运动，使打磨装置将焊缝的高点打磨至标准厚度。

进一步的，所述打磨装置的下端固定连接有护板，防止打磨产生送的碎屑飞溅至图像采集装置上。

进一步的，所述图像处理模块的工作包括：将图像采集装置拍摄得到的图像进行融合，调节图像的对比度、饱和度和亮度，图像去噪和图像滤波，易于提高图像的清晰度，提高焊缝图像分析的准确性。

进一步的，所述旋转夹紧机构包括空心管柱，所述空心管柱上固定连接有两对夹紧气缸，所述夹紧气缸的活动端上固定连接有夹板。

进一步的，所述支撑座的上端固定连接有电动推杆，所述电动推杆的伸缩端上固定连接有弧形支撑板，所述弧形支撑板的上表面打磨光滑并开凿有与焊缝相匹配的凹槽，对管道进行支持，防止打磨时管道断裂。

进一步的，所述传动齿轮组包括一对相互啮合的齿轮，一个齿轮与电动机的动力输出端固定连接，另一个齿轮与旋转夹紧机构上的环形齿条啮合连接，使电动机可控制旋转夹紧机构旋转。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明使用图像采集装置对管道的焊缝进行环绕拍摄，同时使用激光测距传感器进行测距，以获得焊缝各点的厚度，通过各个焊缝的高点与标准焊缝厚度数据进行对比分析，并根据分析结果设计打磨装置垂直位置调节轨迹和管道旋转控制轨迹，根据打磨装置垂直位置调节轨迹和管道旋转控制轨迹对焊缝上的各个高点进行精确打磨，以此提高焊缝打磨的质量和速度。

（2）本发明在图像采集后使用图像处理模块进行图像预处理，提高焊缝图像分析的准确性。

（3）本发明使用无线信号传输模块进行垂直调节气缸、电动导轨和打磨装置的远程控制，使技术人员可使用远程控制多个装置进行打磨工作，易于提高生产效率。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的剖视图；

图3为图2中A处的结构示意图；

图4为图2中B处的结构示意图；

图5为本发明的电路原理图；

图6为本发明的侧视图；

图7为本发明的俯视图。

1工作台、2壳体、201传动齿轮、3旋转夹紧机构、4电动机、5支撑座、6支架、7垂直调节气缸、8电动导轨、9打磨装置、901护板、10图像采集装置、1001激光测距传感器、1002无线信号传输模块、11电动推杆、12支撑板、13控制模块、14数据分析模块、15图像处理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，包括工作台1，工作台1上固定连接有一对壳体2，一对壳体2上均转动连接有旋转夹紧机构3，旋转夹紧机构3包括空心管柱，空心管柱上固定连接有两对夹紧气缸，壳体2上固定连接有电动机4，壳体2内设有传动齿轮组201，旋转夹紧机构3的外壁上固定连接有与传动齿轮组201相匹配的环形齿条，传动齿轮组201包括一对相互啮合的齿轮，一个齿轮与电动机4的动力输出端固定连接，另一个齿轮与旋转夹紧机构3上的环形齿条啮合连接，一对壳体2之间设有支撑座5，支撑座5固定在工作台1上，支撑座5的上端固定连接有电动推杆11，电动推杆11的伸缩端上固定连接有弧形支撑板12，弧形支撑板12的上表面打磨光滑并开凿有与焊缝相匹配的凹槽，支撑座5的上端固定连接有支架6，支架6的顶端固定连接有垂直调节气缸7，垂直调节气缸7的伸缩端上固定连接有电动导轨8，电动导轨8上滑动连接有打磨装置9，打磨装置9的下端固定连接有护板901，防止打磨产生送的碎屑飞溅至图像采集装置10处，防止图像采集装置10受损，打磨装置9的一端固定连接有图像采集装置10，图像采集装置10上连接有激光测距传感器1001和无线信号传输模块1002，垂直调节气缸7、电动导轨8和打磨装置9均与无线信号传输模块1002信号连接，本发明使用无线信号传输模块1002进行垂直调节气缸7、电动导轨8和打磨装置9的远程控制，使技术人员可使用远程控制多个装置进行打磨工作，易于提高生产效率。

请参阅图1-3，一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，包括一种焊缝打磨控制系统，焊缝打磨控制系统包括控制模块13，控制模块13上连接有数据分析模块14，电动机4、激光测距传感器1001、垂直调节气缸7、电动导轨8和打磨装置9均与控制模块13信号连接，图像采集装置10与数据分析模块14之间连接有图像处理模块15，控制模块13、数据分析模块14和图像处理模块15均安装在计算机内。

图像处理模块15的工作包括：将图像采集装置10拍摄得到的图像进行融合，调节图像的对比度、饱和度和亮度，使图像更清晰；图像去噪消除图像中的噪点；图像滤波，进一步消除图像中的噪点，提高图像质量，提高焊缝图像分析的准确性。

一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，其工作流程为：

A1.调节图像采集装置10的位置，使图像采集装置10靠近管道的焊缝；

A2.使用图像采集装置10拍摄焊缝处的图像，同时控制电动机4工作，使传动齿轮组201带动旋转夹紧机构3转动，从而使管道旋转，使图像采集装置10对管道上的焊缝进行环绕拍摄，环绕拍摄过程中电动导轨8驱动图像采集装置10在焊缝附近进行往返运动，使激光测距传感器1001可测定管道与焊缝相接处附近的数据，环绕拍摄后即可获得焊缝图像数据、图像采集装置10相对焊缝的距离和焊缝上各点高度；

A3.无线信号传输模块1002将图像采集装置10收集到的数据传输至图像处理模块15，图像处理模块15对图像进行预处理后发送给数据分析模块14，数据分析模块14根据焊缝图像和图像采集装置10相对焊缝的距离生成管道焊缝处的图像模型，并对根据图像模型和标准焊缝厚度设计打磨装置9调节轨迹和管道旋转控制轨迹；

打磨装置9的调节轨迹的设计为：将图像模型与标准焊缝厚度参数对比，记录各个焊缝的高点并对比焊缝图像模型高点相对标准焊缝厚度的距离，生成打磨装置9经过焊缝上各个高点时的调节轨迹，使打磨装置9经过焊缝高点使垂直调节气缸7驱动打磨装置9向下运动，使打磨装置9将焊缝的高点打磨至标准厚度。

管道旋转控制轨迹为：使旋转夹紧机构3带动管道旋转，从而让管道焊缝上的各个高点与打磨装置匹配的电动机4控制文件。

A4、控制装置13判断是否完成打磨装置9调节轨迹和管道旋转控制轨迹，当判断完成时，则数据分析模块14生成打磨控制文件，并发送给控制模块13然后执行A5，否则返回A3；

A5、打磨工作前，技术人员控制电动导轨8将图像采集装置10移动移动至焊缝处，然后开始打磨工作；

A6、打磨时垂直调节气缸7根据打磨控制文件对调节打磨装置9的位置，使打磨装置9可针对各个焊缝的高点进行打磨，一处焊缝的高点打磨完成后垂直调节气缸7驱动打磨装置9复位，然后电动机4工作，使传动齿轮组201带动旋转夹紧机构3旋转，从而使管道转动，让焊缝上另一处高点与打磨装置9的位置匹配，再次进行打磨工作，重复上述步骤，使管道旋转1.5-2周后，完成打磨工作。

本发明使用图像采集装置10对管道的焊缝进行环绕拍摄，同时使用激光测距传感器1001进行测距，以获得焊缝各点的厚度，通过各个焊缝的高点与标准焊缝厚度数据进行对比分析，并根据分析结果设计打磨装置9垂直位置调节轨迹和管道旋转控制轨迹，根据打磨装置9垂直位置调节轨迹和管道旋转控制轨迹对焊缝上的各个高点进行精确打磨，以此提高焊缝打磨的质量和速度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，包括工作台（1），其特征在于：所述工作台（1）上固定连接有一对壳体（2），一对所述壳体（2）上均转动连接有旋转夹紧机构（3），所述壳体（2）上固定连接有电动机（4），所述壳体（2）内设有传动齿轮组（201），所述传动齿轮组（201）与电动机（4）的动力输出端固定连接，所述旋转夹紧机构（3）的外壁上固定连接有与传动齿轮组（201）相匹配的环形齿条，一对所述壳体（2）之间设有支撑座（5），所述支撑座（5）固定在工作台（1）上，所述支撑座（5）的上端固定连接有支架（6），所述支架（6）的顶端固定连接有垂直调节气缸（7），所述垂直调节气缸（7）的伸缩端上固定连接有电动导轨（8），所述电动导轨（8）上滑动连接有打磨装置（9），所述打磨装置（9）的一端固定连接有图像采集装置（10），所述图像采集装置（10）上连接有激光测距传感器（1001）和无线信号传输模块（1002），所述垂直调节气缸（7）、电动导轨（8）和打磨装置（9）均与无线信号传输模块（1002）信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，包括一种焊缝打磨控制系统，所述焊缝打磨控制系统包括控制模块（13），其特征在于：所述控制模块（13）上连接有数据分析模块（14），所述电动机（4）、激光测距传感器（1001）、垂直调节气缸（7）、电动导轨（8）和打磨装置（9）均与控制模块（13）信号连接，所述图像采集装置（10）与数据分析模块（14）之间连接有图像处理模块（15），所述控制模块（13）、数据分析模块（14）和图像处理模块（15）均安装在计算机内。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，其特征在于：其工作流程为：

A1.调节图像采集装置（10）的位置，使图像采集装置（10）靠近管道的焊缝；

A2.使用图像采集装置（10）拍摄焊缝处的图像，同时控制电动机（4）工作，使传动齿轮组（201）带动旋转夹紧机构（3）转动，从而使管道旋转，使图像采集装置（10）对管道上的焊缝进行环绕拍摄，获得焊缝图像和图像采集装置（10）相对焊缝的距离；

A3.无线信号传输模块（1002）将图像采集装置（10）收集到的数据传输至数据分析模块（14）中，数据分析模块（14）根据焊缝图像和图像采集装置（10）相对焊缝的距离生成管道焊缝处的图像模型，并对根据图像模型和标准焊缝厚度设计打磨装置（9）位置调节轨迹和管道旋转控制轨迹；

A4、控制模块（13）判断是否完成打磨装置（9）位置调节轨迹和电动机（4）旋转轨迹，当判断完成时，则数据分析模块（14）生成打磨控制文件，并发送给控制模块（13）然后执行A5，否则返回A3；

A5、打磨工作前，技术人员控制电动导轨（8）将图像采集装置（10）移动移动至焊缝处，然后开始打磨工作；

A6、打磨时垂直调节气缸（7）根据打磨控制文件对调节打磨装置（9）的位置，使打磨装置（9）可针对各个焊缝的高点进行打磨，一处焊缝的高点打磨完成后垂直调节气缸（7）驱动打磨装置（9）复位，然后电动机（4）工作，使传动齿轮组（201）带动旋转夹紧机构（3）旋转，从而使管道转动，让焊缝上另一处高点与打磨装置（9）的位置匹配，再次进行打磨工作，重复上述步骤，管道旋转1.5-2周后，完成打磨工作。

4.据权利要求1或3所述的一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，其特征在于：打磨装置（9）的调节轨迹的设计为，将图像模型与标准焊缝厚度参数对比，记录各个焊缝的高点并对比焊缝图像模型高点相对标准焊缝厚度的距离，生成打磨装置（9）经过焊缝上各个高点时的调节轨迹，使打磨装置（9）经过焊缝高点使垂直调节气缸（7）驱动打磨装置（9）向下运动，使打磨装置（9）将焊缝的高点打磨至标准厚度。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，其特征在于：所述打磨装置（9）的下端固定连接有护板（901）。

6.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，其特征在于：所述图像处理模块（15）的工作包括：将图像采集装置（10）拍摄得到的图像进行融合，调节图像的对比度、饱和度和亮度，图像去噪和图像滤波。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，其特征在于：所述旋转夹紧机构（3）包括空心管柱，所述空心管柱上固定连接有两对夹紧气缸，所述夹紧气缸的活动端上固定连接有夹板。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，其特征在于：所述支撑座（5）的上端固定连接有电动推杆（11），所述电动推杆（11）的伸缩端上固定连接有弧形支撑板（12）。

9.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的焊缝打磨装置，其特征在于：所述传动齿轮组（201）包括一对相互啮合的齿轮，一个齿轮与电动机（4）的动力输出端固定连接，另一个齿轮与旋转夹紧机构（3）上的环形齿条啮合连接。

Images