CN111975200A - 一种基于视觉示教技术的智能焊接方法及智能焊接系统 - Google Patents

一种基于视觉示教技术的智能焊接方法及智能焊接系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于视觉示教技术的智能焊接方法及焊接系统，属于焊接技术领域，焊接方法在于：焊接前，扫描焊缝并进行拍照得到焊缝姿态数据；激光追踪焊缝得到焊缝坐标；将焊缝姿态数据和焊缝坐标融合得到焊接数据，通过焊接数据实时控制焊接机器人的动作。焊接系统包括焊接机器人；视觉示教模块，用于形成焊缝姿态数据；激光焊缝跟踪传感器，设置在焊接机器人的焊枪上，用于扫描焊缝并形成焊缝坐标；工控机，分别与所述视觉示教模块、激光焊缝跟踪传感器连接，用于融合所述焊缝姿态数据和焊缝坐标，以控制焊接机器人动作。本发明解决了现有技术焊接过程中编程时间过长的问题，并能够消除因工件一致性差带来的影响，保证了焊接质量。

Description

一种基于视觉示教技术的智能焊接方法及智能焊接系统
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种基于视觉示教技术的智能焊接方法，另外，本发明还涉及一种基于视觉示教技术的智能焊接系统。
背景技术
焊接机器人是从事焊接工作的工业机器人，而工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，因此可以通过程序的设计实现不同接头的焊接，具体是通过示教编程器(示教器)进行程序编写、参数配置等操作。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有的焊接机器人至少存在以下缺陷：
目前的焊接机器人智能化程度较低，绝大多数焊接工作要进行大量的手持示教器编程工作，在种类多、小批量、焊接变形、焊接工件不一致的情况下，焊接机器人很难完成这种柔性焊接工作，导致大量的焊接工作依赖人工来完成。
发明内容
基于上述背景问题，本发明旨在提供一种基于视觉示教技术的智能焊接方法，焊接前扫描焊缝并进行拍照得到焊缝姿态数据，采用激光追踪焊缝得到焊缝坐标，将焊缝姿态数据和焊缝坐标融合得到焊接数据，通过焊接数据实时控制焊接机器人的动作，解决了现有技术焊接过程中编程时间过长的问题，并能够消除因工件一致性差带来的影响，保证了焊接质量。本发明的另一目的是提供一种基于视觉示教技术的智能焊接系统。。
为达到上述目的，一方面，本发明实施例提供的技术方案是：
一种基于视觉示教技术的智能焊接方法，包括以下步骤：焊接前，扫描焊缝并进行拍照得到焊缝姿态数据；激光追踪焊缝得到焊缝坐标；将焊缝姿态数据和焊缝坐标融合得到焊接数据，通过焊接数据实时控制焊接机器人的动作。
在一个实施例中，焊接前通过示教枪扫描焊缝，并通过工业相机追踪示教枪的运动路径并拍照，以获得焊缝姿态数据。
另一方面，本发明实施例提供一种基于视觉示教技术的智能焊接系统，包括焊接机器人，还包括：
视觉示教模块，用于形成焊缝姿态数据；
激光焊缝跟踪传感器，设置在焊接机器人的焊枪上，用于扫描焊缝并形成焊缝坐标；
工控机，分别与所述视觉示教模块、激光焊缝跟踪传感器连接，用于融合所述焊缝姿态数据和焊缝坐标，以控制焊接机器人动作。
在一个实施例中，所述视觉示教模块包括：
示教枪，供使用者手持，用于扫描焊缝；
工业相机，至少设有两个，用于追踪示教枪的运动路径。
优选地，所述示教枪的顶部设有多个小球，以获取焊缝姿态数据，所述小球均通过各自对应的支杆固定在示教枪上。
在一个实施例中，所述示教枪的顶部设有第一小球、第二小球、第三小球以及第四小球，所述第一小球通过L型支杆设置在示教枪的上方，所述第二小球通过柱形支杆设置在示教枪的顶部，所述第三小球和第四小球均通过柱形支杆分设在示教枪顶部的两侧。
优选地，所述第二小球的直径大于第一小球、第三小球、第四小球的直径。
在一个实施例中，所述工业相机设有两个，两个所述工业相机通过支架分设在焊接机器人的两侧。
优选地，所述支架包括立柱、以及设置在所述立柱顶端的横杆，所述工业相机活动设置在所述横杆上。
在一个实施例中，所述智能焊接系统还包括：机器人控制器，所述机器人控制器分别与所述工控机、焊接机器人通讯连接，用于接收工控机的信号以控制焊接机器人的焊接轨迹。
与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下效果：
1、本发明在焊接前，扫描焊缝并进行拍照得到焊缝姿态数据，采用激光追踪焊缝得到焊缝坐标，将焊缝姿态数据和焊缝坐标融合得到焊接数据，通过焊接数据实时控制焊接机器人的动作，解决了现有技术焊接过程中编程时间过长的问题，并能够消除因工件一致性差带来的影响，保证了焊接质量
2、本发明的焊接系统采用视觉示教模块获取焊缝姿态数据，再使用激光焊接跟踪传感器获取焊缝坐标，激光焊接跟踪传感器不仅可以提取焊缝的精确位置，而且可以在焊接过程中修正焊接机器人的位置和姿态，保证了焊接质量的稳定性。
3、本发明采用双目立体视觉原理，设置两个工业相机追踪示教枪的运动轨迹，通过示教枪上的小球可以获取焊缝的起始位置、粗略轨迹、焊枪姿态、行进方向等数据，为后续的精确的焊接数据提供支持。
4、本发明的焊接系统适用于生产过程中焊缝定位不准确，焊件批量小、种类多，薄板焊接等情况，能够提高了机器人焊接的智能化程度，有效解决人力成本过高、焊接质量不稳定等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例中基于视觉示教技术的智能焊接系统的电路连接示意图；
图2为本发明实施例中基于视觉示教技术的智能焊接系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中示教枪的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于说明书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。
实施例1
为了解决现有焊接机器人存在的问题，本发明实施例提供一种基于视觉示教技术的智能焊接系统，采用视觉示教模块获取焊缝姿态数据，再使用激光焊接跟踪传感器获取焊缝坐标，通过工控机将焊缝姿态数据和焊缝坐标融合形成精准的焊接数据，解决了现有技术焊接过程中编程时间过长的问题，并能够消除因工件一致性差带来的影响，保证了焊接质量。
在本实施例中，如图1所示，包括视觉示教模块1、激光焊缝跟踪传感器2、工控机3、以及机器人单元，所述机器人单元包括机器人控制器4以及焊接机器人5。
所述机器人控制器4与焊接机器人5通讯连接，如图2所示，所述焊接机器人5包括六轴机械手、焊枪、焊机等，需要说明的是，焊接机器人5为现有产品，其具体结构本实施例不做具体赘述。
在本实施例中，如图2所示，所述视觉示教模块1包括示教枪101和工业相机102，所述工业相机102与所述工控机3通讯连接；示教枪101用于供使用者手持，并以正确的姿态在工件的焊缝上进行扫描，工业相机102追踪示教枪101的运动路径，并进行拍照，图片传输如工控机3内进行图像处理，依此得到粗略的焊缝姿态数据。
具体的，如图3所示，所述示教枪101的顶部设有第一小球1-1、第二小球1-2、第三小球1-3以及第四小球1-4，所述第一小球1-1通过L型支杆设置在示教枪101的上方，所述第二小球1-2通过柱形支杆设置在示教101枪的顶部，所述第三小球1-3和第四小球1-4均通过柱形支杆分设在示教枪101顶部的两侧，在本实施例中，所述第二小球1-2的直径大于第一小球1-1、第三小球1-3、第四小球1-4的直径。
操作时，人手持示教枪101进行模拟操作，第一小球1-1、第二小球1-2、第三小球1-3以及第四小球1-4的位置和姿态会变化，工业相机102采集图片，图像分析第一小球1-1、第二小球1-2、第三小球1-3以及第四小球1-4在空间中的位置和姿态，通过标定变换，进而得到焊缝起始位置、粗略轨迹、焊枪姿态、行进方向等数据，为后续激光焊缝跟踪传感器2的精确定位和焊枪的控制等提供支持。
需要说明的是，小球的个数和位置并不局限于本实施例中的具体设置，其个数和相对位置根据具体需求进行布置；另需说明的是，通过小球位置和姿态的变化、以及标定变换技术来获取焊接数据为现有技术，本实施例不再对其工作原理进行详细描述。
在本实施例中，如图2所示，所述工业相机102设有两个，两个所述工业相机102通过支架103分设在焊接机器人5的两侧，工业相机102设置两个是根据双目立体视觉原理设计，可以形成焊缝的立体图像。需要说明的是，工业相机102的个数并不局限于本实施例的两个。
本实施例的支架103包括立柱、以及设置在所述立柱顶端的横杆，所述工业相机102活动设置在所述横杆的端部。需要说明的是支架103的结构并不局限于此。
视觉示教模块1获取的只是焊缝的粗略数据，为此，本实施例再通过激光焊缝跟踪传感器2获取精确的焊缝坐标，激光焊缝跟踪传感器2设置在焊接机器人5的焊枪上，本实施例使用的激光焊接跟踪传感器2的型号为IL-HSP；焊接前/焊接时，激光焊缝跟踪传感器2扫描焊缝以提取焊缝的精确位置，焊接过程中，激光焊缝跟踪传感器2还可以实时修正焊接机器人的位置和姿态，以保证焊接质量的。
所述激光焊缝跟踪传感器2与工控机3通讯连接，工控机3对工业相机102传输的焊缝姿态数据以及激光焊缝跟踪传感器2传输的焊缝坐标进行处理、融合，然后实时发送焊接数据给机器人控制器4，从而控制焊接机器人5动作，进行自动焊接；本实施例中的工控机3的型号为IPC-610L。
需要说明的是，焊接数据包括焊接机器人5的焊枪的位姿坐标以及焊接参数等信息，为了进一步保证焊接质量，还需要对位姿坐标数据进行算法处理。
本实施例的焊接系统的工作原理是：
焊接前，将工件100放置在焊接平台200上，使用者手持示教枪101以正确的姿态在工件的焊缝上扫描，工业相机102追踪示教枪101的运动路径，并进行拍照，图片传输如工控机3内进行图像处理，通过示教枪101上的小球获取焊缝起始位置、粗略轨迹、焊枪姿态、行进方向等数据，得到焊缝姿态数据；
激光焊缝跟踪传感器2扫描焊缝得到焊缝坐标，并将数据传输给工控机3，工控机3将焊缝姿态数据和焊缝坐标处理、融合，得到精确的焊接数据。
实施例2
一种基于视觉示教技术的智能焊接方法，采用实施例1的焊接系统，包括以下步骤：
焊接前，使用者手持示教枪101扫描焊缝，工业相机102追踪示教枪101的运动路径，并进行拍照，图片传输至工控机3进行图像处理得到焊缝姿态数据，具体是通过示教枪101上的小球获取焊缝起始位置、粗略轨迹、焊枪姿态、行进方向等数据；
然后通过激光焊缝跟踪传感器2扫描焊缝得到焊缝坐标，并将数据传输至工控机3；
工控机3将焊缝姿态数据和焊缝坐标融合得到焊接数据，通过焊接数据实时控制焊接机器人的动作。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于视觉示教技术的智能焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
焊接前，扫描焊缝并进行拍照得到焊缝姿态数据；
激光追踪焊缝得到焊缝坐标；
将焊缝姿态数据和焊缝坐标融合得到焊接数据，通过焊接数据实时控制焊接机器人的动作。
2.根据权利要求1所述的基于视觉示教技术的智能焊接方法，其特征在于，焊接前通过示教枪扫描焊缝，并通过工业相机追踪示教枪的运动路径并拍照，以获得焊缝姿态数据。
3.一种基于视觉示教技术的智能焊接系统，包括焊接机器人，其特征在于，还包括：
视觉示教模块，用于形成焊缝姿态数据；
激光焊缝跟踪传感器，设置在焊接机器人的焊枪上，用于扫描焊缝并形成焊缝坐标；
工控机，分别与所述视觉示教模块、激光焊缝跟踪传感器连接，用于融合所述焊缝姿态数据和焊缝坐标，以控制焊接机器人动作。
4.根据权利要求3所述的基于视觉示教技术的智能焊接系统，其特征在于，所述视觉示教模块包括：
示教枪，供使用者手持，用于扫描焊缝；
工业相机，至少设有两个，与所述工控机通讯连接，用于追踪示教枪的运动路径。
5.根据权利要求4所述的基于视觉示教技术的智能焊接系统，其特征在于，所述示教枪的顶部设有多个小球，以获取焊缝姿态数据，所述小球均通过各自对应的支杆固定在示教枪上。
6.根据权利要求5所述的基于视觉示教技术的智能焊接系统，其特征在于，所述示教枪的顶部设有第一小球、第二小球、第三小球以及第四小球，所述第一小球通过L型支杆设置在示教枪的上方，所述第二小球通过柱形支杆设置在示教枪的顶部，所述第三小球和第四小球均通过柱形支杆分设在示教枪顶部的两侧。
7.根据权利要求6所述的基于视觉示教技术的智能焊接系统，其特征在于，所述第二小球的直径大于第一小球、第三小球、第四小球的直径。
8.根据权利要求4所述的基于视觉示教技术的智能焊接系统，其特征在于，所述工业相机设有两个，两个所述工业相机通过支架分设在焊接机器人的两侧。
9.根据权利要求8所述的基于视觉示教技术的智能焊接系统，其特征在于，所述支架包括立柱、以及连接在所述立柱顶端的横杆，所述工业相机活动设置在所述横杆上。
10.根据权利要求3所述的基于视觉示教技术的智能焊接系统，其特征在于，还包括：
机器人控制器，分别与所述工控机、焊接机器人通讯连接，用于接收工控机的信号以控制焊接机器人的焊接轨迹。
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