CN112440022A - Xy轴视觉识别焊接方法及自动焊接机 - Google Patents

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陈宗钊
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Abstract

本发明提供了一种XY轴视觉识别焊接方法及自动焊接机，包括：将需要焊接的铁丝网进行机械标定和相机标定；录制铁丝网模板；焊机复位，机械手将铁丝网输送至相机下方，相机运行到拍照位置；相机拍照，定位出所有焊点信息位置，套入模板信息，确定每个焊点的电压强度和焊接顺序；将焊点位置、焊接顺序和电压强度信息传给PLC；相机复位，焊机到达焊接位置，PLC控制焊机根据焊点位置、焊接顺序和电压强度信息进行自动焊接等步骤。本XY轴视觉识别焊接方法，采用XY轴视觉识别技术，通过预先对需要焊接的铁丝网进行机械标定和相机标定，可以实现后续铁丝网焊点的自动识别、顺序焊接，焊接稳定性好，效率高，适应性强。

Description

XY轴视觉识别焊接方法及自动焊接机
技术领域
本发明涉及焊接设备技术领域，具体涉及一种XY轴视觉识别焊接方法及自动焊接机。
背景技术
随着社会经济的发展和城市化进程的加速，城市居民家庭的独立性、个性化和人口老龄化问题日益突出，居民的休闲、消费和情感寄托方式也呈多元化发展。随之而来的，在宠物身上的消费预算也会相应提高。宠物网笼是饲养宠物不可缺少的物品，宠物网笼的顶网在实际生产过程中，是由铁横竖交错的铁丝之间通过焊接而成。现有技术中，网笼顶网之间的焊接都是通过人工对位后，对需要焊接的焊接点进行逐一焊接，人工焊接不仅效率低下，而且容易造成漏焊、焊接质量达不到要求等问题，尤其是顶网焊接的点位很多，人工焊接已经越来越难以满足现代化生产的要求。
公开号为：CN109664292A的中国专利申请公开了一种焊接用机器人视觉定位系统，包括电源模块，图像采集单元，光源，图像处理单元，控制单元，焊接模块，机械手臂，壳体，车轮，电机，所述车轮设置在壳体上，电机与车轮连接，所述电源模块，图像采集单元，图像处理单元，机械手臂，电机与控制单元连接，图像采集单元与图像处理单元连接，图像处理单元将采集到的图像信息发送到控制单元，焊接模块设置在机械手臂上，控制单元控制机械手臂，带动焊接模块进行焊接。该焊接用机器人视觉定位系统，能够准确提取焊接位置点，执行速度快，有效解决了人工焊接和固定式的焊接机器难以达到系统精度要求等问题，提供精确焊接参数，生产效率高，使用方便。但是，该系统操作复杂，适应性差，重复性差，并不适合焊点多、构造复杂的铁丝网(宠物笼顶网)的焊接。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种XY轴视觉识别焊接方法，采用XY轴视觉识别技术，通过预先对需要焊接的铁丝网进行机械标定和相机标定，可以实现后续铁丝网焊点的自动识别、顺序焊接，焊接稳定性好，并且可以根据不同种类的产品保留不同的录制标定的模板，适应性强。本发明还提出了一种实现上述XY轴视觉识别焊接方法的自动焊接机。
为实现上述技术方案，本发明提供了一种XY轴视觉识别焊接方法，具体包括如下步骤：
S1、将需要焊接的铁丝网进行机械标定和相机标定；
S2、录制铁丝网模板，使用相机拍照并传送至焊机的显示界面上，然后通过鼠标在界面上框选焊点位置，并在每个焊点位置标明电压强度；
S3、焊机复位，机械手将铁丝网输送至相机下方，相机运行到拍照位置；
S4、相机拍照，定位出所有焊点信息位置，套入模板信息，确定每个焊点的电压强度和焊接顺序；
S5、将焊点位置、焊接顺序和电压强度信息传给PLC；
S6、相机复位，焊机到达焊接位置，PLC控制焊机根据焊点位置、焊接顺序和电压强度信息进行自动焊接；
S7、焊接完一个产品后，PLC判断该批次产品是否全部焊接完成，如果判断该批次产品全部焊接完成，焊机停止工作，如果判断该批次产品未全部焊接完成，则重复步骤S3-S6，直至该批次产品全部焊接完成。
优选的，所述步骤S1中的机械标定和相机标定的具体步骤如下：
S11、将通过机械手将铁丝网移动到相机视野里，在相机视野里寻找机械手夹爪上的一个点；
S12、机械手将特征点移动到相机视场角的中心位置，记录此时机械手的tool0坐标系(x0，y0)；
S13、机械手以tool0坐标系旋转180度，通过机械手移动机构的x，y坐标，再将抓取的特征中心再次与相机视场角中心重合，记录此时机械手的tool0坐标系(x1，y1)；
S14、将(x0，y0)、(x1，y1)带入机械手EPSON RC+7.0软件，新建tool1坐标系；
S15、机械手将特征点中心以回字形走满相机视野，分辨记录每次特征点中的像素坐标，以及机械手对应的tool1的坐标，标定完成。
优选的，所述步骤S1中需要对所有款式的产品进行相同方式的机械标定和相机标定，机械标定和相机标定的参数直接录入至PLC中。
优选的，所述步骤S2中新款式铁丝网生产前需要录制一次，使得PLC中有新的记录，原先已经录入的铁丝网产品会自动形成保存记录，实际生产过程中只需通过在PLC中选取相应的记录即可。
本发明还提供了一种XY轴视觉识别自动焊接机，包括：机架；安装在机架上的机械手移动机构，所述机械手移动机构包括沿机架X轴向设置的X轴导轨，所述X轴导轨上安装有可沿X轴导轨移动的Y轴导轨，X轴伺服电机安装在机架上，所述X轴伺服电机与Y轴导轨底部之间通过同步带连接，Y轴伺服电机安装在Y轴导轨的一侧，机械手安装在Y轴导轨上，所述机械手与Y轴伺服电机之间通过Y轴拖链连接；安装在机架上的焊接台；安装在焊接台一侧的焊机，所述焊机包括焊机机架，焊接头驱动气缸安装在焊机机架上且位于焊接台的正上方，所述焊接头驱动气缸竖直向下设置，焊接头安装在焊接头驱动气缸的伸缩轴上；视觉识别系统，所述视觉识别系统包括工业相机、取像镜头和光源，其中工业相机安装在焊机前端的焊机机架上且位于焊接头的一侧，取像镜头安装在工业相机的正下方且正对焊接台设置，光源安装在焊接台的下方且向上正对取像镜头设置；PLC控制系统，所述PLC控制系统分别与机械手移动机构、焊机和视觉识别系统电性连接。
优选的，所述机械手包括两并行间隔分布且竖直向下设置的压紧气缸，所述压紧气缸伸缩轴之间通过压板连接。
本发明提供的一种XY轴视觉识别焊接方法及自动焊接机的有益效果在于：
1)本XY轴视觉识别焊接方法操作简单，易于实现，通过预先对需要焊接的产品进行进行机械标定和相机标定，并以模板的模式录制在PLC控制系统中，后续实际焊接过程中，系统只需针对该产品按照录制的模板进行移动走位即可，可以实现后续铁丝网焊点的自动识别、顺序焊接，焊接稳定性好，生产效率高，并且可以根据不同种类的产品保留不同的录制标定的模板，适应性强。
2)本XY轴视觉识别自动焊接机结构简单，设计合理，自动化程度高，焊接效率高，焊接稳定性好。实际焊接过程中，PLC控制系统按照预先录制的模板驱动机械手移动机构对铁丝网进行精确移动，并通过视觉识别系统自动识别焊点，然后驱动焊机对移动到位的铁丝网进行顺序焊接，可以大大提高铁丝网的焊接效率和焊接稳定性。
附图说明
图1为本发明的工作流程示意图。
图2为本发明中自动焊接机的立体结构示意图Ⅰ。
图3为本发明中自动焊接机的立体结构示意图Ⅱ。
图4为本发明中自动焊接机的内部结构安装示意图。
图5为本发明中机械手的结构示意图。
图中：1、机架；2、机械手移动机构；21、X轴导轨；22、Y轴导轨；23、机械手；231、压紧气缸；232、压板；24、Y轴伺服电机；25、Y轴拖链；26、X轴伺服电机；27、同步带；3、焊机；31、焊机机架；32、焊接头驱动气缸；33、焊接头；4、视觉识别系统；41、工业相机；42、取像镜头；43、光源；5、焊接台；6、PLC控制系统。
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、完整的描述，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。本领域普通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，均属于本发明的保护范围。
实施例1：一种XY轴视觉识别焊接方法。
参照图1所示，一种XY轴视觉识别焊接方法，一种XY轴视觉识别焊接方法，具体包括如下步骤：
S1、将需要焊接的铁丝网进行机械标定和相机标定，具体的标定方法如下：首先通过机械手将铁丝网移动到相机视野里，在相机视野里寻找机械手夹爪上的一个点；然后通过机械手将特征点移动到相机视场角的中心位置，记录此时机械手的tool0坐标系(x0，y0)；然后机械手以tool0坐标系旋转180度，通过机械手移动机构的x，y坐标，再将抓取的特征中心再次与相机视场角中心重合，记录此时机械手的tool0坐标系(x1，y1)；然后将(x0，y0)、(x1，y1)带入机械手EPSON RC+7.0软件(一款通用的开放式系统架构软件)，新建tool1坐标系；最后机械手将特征点中心以回字形走满相机视野，分辨记录每次特征点中的像素坐标，以及机械手对应的tool1的坐标，标定完成，所述步骤S1中需要对所有款式的产品进行相同方式的机械标定和相机标定，机械标定和相机标定的参数直接录入至PLC中；
S2、录制铁丝网模板，使用相机拍照并传送至焊机的显示界面上，然后通过鼠标在界面上框选焊点位置，并在每个焊点位置标明电压强度，实际焊接过程中可以根据电压强度判断焊接时长，电压强度越高表示此处焊接时需要焊接的时间越长，需要焊接的牢度越高；新款式铁丝网生产前需要录制一次，使得PLC中有新的记录，原先已经录入的铁丝网产品会自动形成保存记录，实际生产过程中只需通过在PLC中选取相应的记录即可；
S3、焊机复位，机械手将铁丝网输送至相机下方，相机运行到拍照位置；
S4、相机拍照，定位出所有焊点信息位置，套入模板信息，确定每个焊点的电压强度和焊接顺序；
S5、将焊点位置、焊接顺序和电压强度信息传给PLC；
S6、相机复位，焊机到达焊接位置，PLC控制焊机根据焊点位置、焊接顺序和电压强度信息进行自动焊接；
S7、焊接完一个产品后，PLC判断该批次产品是否全部焊接完成，如果判断该批次产品全部焊接完成，焊机停止工作，如果判断该批次产品未全部焊接完成，则重复步骤S3-S6，直至该批次产品全部焊接完成。
本XY轴视觉识别焊接方法操作简单，易于实现，通过预先对需要焊接的产品进行进行机械标定和相机标定，并以模板的模式录制在PLC控制系统中，后续实际焊接过程中，系统只需针对该产品按照录制的模板进行移动走位即可，可以实现后续铁丝网焊点的自动识别、顺序焊接，焊接稳定性好，生产效率高，并且可以根据不同种类的产品保留不同的录制标定的模板，适应性强。
实施例2：一种XY轴视觉识别自动焊接机。
参照图2-5所示，一种XY轴视觉识别自动焊接机，包括：
机架1；
安装在机架1上的机械手移动机构，所述机械手移动机构包括沿机架1X轴向设置的X轴导轨21，所述X轴导轨21上安装有可沿X轴导轨21移动的Y轴导轨22，X轴伺服电机26安装在机架1上，所述X轴伺服电机26与Y轴导轨22底部之间通过同步带27连接，Y轴伺服电机24安装在Y轴导轨22的一侧，机械手23安装在Y轴导轨22上，所述机械手23与Y轴伺服电机24之间通过Y轴拖链25连接，所述机械手23包括两并行间隔分布且竖直向下设置的压紧气缸231，所述压紧气缸231伸缩轴之间通过压板232连接；实际工作过程中，通过X轴伺服电机26可以精确驱动Y轴导轨22在X轴上的精确移动，通过Y轴伺服电机24可以精确驱动机械手23在Y轴上的精确移动，机械手23在具体工作过程中通过压紧气缸231驱动压板实现对铁线网的压紧后，带动铁线网精确移动；
安装在机架1上的焊接台5，实际工作过程中，通过机械手23将铁丝网移动至焊接台5上进行焊接；
安装在焊接台5一侧的焊机，所述焊机包括焊机机架31，焊接头驱动气缸32安装在焊机机架31上且位于焊接台5的正上方，所述焊接头驱动气缸32竖直向下设置，焊接头33安装在焊接头驱动气缸32的伸缩轴上，实际工作时，当确定焊点后，焊接头驱动气缸32驱动焊接头33下压与铁线网接触实现焊接，焊接完成后焊接头驱动气缸32驱动焊接头33复位；
视觉识别系统，所述视觉识别系统包括工业相机41、取像镜头42和光源43，其中工业相机41安装在焊机前端的焊机机架31上且位于焊接头33的一侧，取像镜头42安装在工业相机41的正下方且正对焊接台5设置，光源42安装在焊接台5的下方且向上正对取像镜头42设置，；PLC控制系统，所述PLC控制系统分别与机械手移动机构、焊机和视觉识别系统电性连接。
本XY轴视觉识别自动焊接机结构简单，设计合理，自动化程度高，焊接效率高，焊接稳定性好。实际焊接过程中，PLC控制系统按照预先录制的模板驱动机械手移动机构对铁丝网进行精确移动，并通过视觉识别系统自动识别焊点，然后驱动焊机对移动到位的铁丝网进行顺序焊接，可以大大提高铁丝网的焊接效率和焊接稳定性。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种XY轴视觉识别焊接方法，其特征在于具体包括如下步骤：
S1、将需要焊接的铁丝网进行机械标定和相机标定；
S2、录制铁丝网模板，使用相机拍照并传送至焊机的显示界面上，然后通过鼠标在界面上框选焊点位置，并在每个焊点位置标明电压强度；
S3、焊机复位，机械手将铁丝网输送至相机下方，相机运行到拍照位置；
S4、相机拍照，定位出所有焊点信息位置，套入模板信息，确定每个焊点的电压强度和焊接顺序。
S5、将焊点位置、焊接顺序和电压强度信息传给PLC；
S6、相机复位，焊机到达焊接位置，PLC控制焊机根据焊点位置、焊接顺序和电压强度信息进行自动焊接；
S7、焊接完一个产品后，PLC判断该批次产品是否全部焊接完成，如果判断该批次产品全部焊接完成，焊机停止工作，如果判断该批次产品未全部焊接完成，则重复步骤S3-S6，直至该批次产品全部焊接完成。
2.如权利要求1所述的XY轴视觉识别焊接方法，其特征在于：所述步骤S1中的机械标定和相机标定的具体步骤如下：
S11、将通过机械手将铁丝网移动到相机视野里，在相机视野里寻找机械手夹爪上的一个点；
S12、机械手将特征点移动到相机视场角的中心位置，记录此时机械手的tool0坐标系(x0，y0)。
S13、机械手以tool0坐标系旋转180度，通过机械手移动机构的x，y坐标，再将抓取的特征中心再次与相机视场角中心重合，记录此时机械手的tool0坐标系(x1，y1)；
S14、将(x0，y0)、(x1，y1)带入机械手EPSON RC+7.0软件，新建tool1坐标系；
S15、机械手将特征点中心以回字形走满相机视野，分辨记录每次特征点中的像素坐标，以及机械手对应的tool1的坐标，标定完成。
3.如权利要求2所述的XY轴视觉识别焊接方法，其特征在于：所述步骤S1中需要对所有款式的产品进行相同方式的机械标定和相机标定，机械标定和相机标定的参数直接录入至PLC中。
4.如权利要求1所述的XY轴视觉识别焊接方法，其特征在于：所述步骤S2中新款式铁丝网生产前需要录制一次，使得PLC中有新的记录，原先已经录入的铁丝网产品会自动形成保存记录，实际生产过程中只需通过在PLC中选取相应的记录即可。
5.一种XY轴视觉识别自动焊接机，其特征在于包括：
机架；
安装在机架上的机械手移动机构，所述机械手移动机构包括沿机架X轴向设置的X轴导轨，所述X轴导轨上安装有可沿X轴导轨移动的Y轴导轨，X轴伺服电机安装在机架上，所述X轴伺服电机与Y轴导轨底部之间通过同步带连接，Y轴伺服电机安装在Y轴导轨的一侧，机械手安装在Y轴导轨上，所述机械手与Y轴伺服电机之间通过Y轴拖链连接；
安装在机架上的焊接台；
安装在焊接台一侧的焊机，所述焊机包括焊机机架，焊接头驱动气缸安装在焊机机架上且位于焊接台的正上方，所述焊接头驱动气缸竖直向下设置，焊接头安装在焊接头驱动气缸的伸缩轴上；
视觉识别系统，所述视觉识别系统包括工业相机、取像镜头和光源，其中工业相机安装在焊机前端的焊机机架上且位于焊接头的一侧，取像镜头安装在工业相机的正下方且正对焊接台设置，光源安装在焊接台的下方且向上正对取像镜头设置；
PLC控制系统，所述PLC控制系统分别与机械手移动机构、焊机和视觉识别系统电性连接。
6.如权利要求1所述的XY轴视觉识别自动焊接机，其特征在于：所述机械手包括两并行间隔分布且竖直向下设置的压紧气缸，所述压紧气缸伸缩轴之间通过压板连接。
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