CN113125463B - 一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法及装置 - Google Patents

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肖雨
孔祥玉
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Abstract

本申请公开了一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法及装置，包括：将汽车轮毂焊缝检测设备的检测端移动到第一预设位置并记录检测设备中电机的初始位置；从第一预设位置到最终检测焊缝结束，记录所述检测设备中电机参数信息，电机参数信息包括电机的位置信息和转速信息，位置信息和转速信息包括多组；根据第一预设位置和电机参数信息控制检测设备完成汽车轮毂焊缝检测的全轨迹完成示教。通过记录检测设备进行汽车轮毂焊缝检测时电机的参数信息，示教完成之后检测设备根据记录的参数信息可以实现完整的汽车轮毂焊缝检测轨迹，进而可以实现对汽车轮毂焊缝的快速检测。可快速识别汽车轮毂焊缝表面焊缝缺陷，提高了汽车轮毂生产线的智能程度。

Description

一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法及装置
技术领域
本申请涉及汽车轮毂焊缝检测技术领域，具体涉及一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法及装置。
背景技术
在汽车轮毂的生产过程中，部分轮毂焊缝表面会出现细密的裂纹，该缺陷会导致轮毂在使用过程中可能出现安全隐患，因此轮毂焊缝的表面缺陷检测是轮毂生产过程中的关键环节。
目前轮毂焊缝表面缺陷检测主要通过人工检测完成。轮毂经过铸造及打磨后，由生产线工作人员检测汽车轮毂焊缝表面是否存在缺陷，若轮毂焊缝表面没有缺陷，则进行下一环节的加工处理，若存在缺陷，则被视作残次品。这种检测方式效率过低，增加了生产成本，而且降低了汽车轮毂生产线的智能化程度。
因此如何实现汽车轮毂生产时对焊缝的快速检测是本领域亟待解决的技术问题。
申请内容
本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法，所述方法包括：将汽车轮毂焊缝检测设备的检测端移动到第一预设位置并记录检测设备中电机的初始位置，所述第一预设位置为所述检测设备开始检测焊缝时的开始位置；从所述第一预设位置到最终检测焊缝结束，记录所述检测设备中电机参数信息，电机参数信息包括所述电机的位置信息和转速信息，所述位置信息和所述转速信息包括多组；根据所述第一预设位置和所述电机参数信息控制检测设备完成汽车轮毂焊缝检测的全轨迹完成示教。
采用上述实现方式，通过记录检测设备进行汽车轮毂焊缝检测时电机的参数信息，示教完成之后检测设备根据记录的参数信息可以实现完整的汽车轮毂焊缝检测轨迹，进而可以实现对汽车轮毂焊缝的快速检测。可快速识别汽车轮毂焊缝表面焊缝缺陷，提高了汽车轮毂生产线的智能程度。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述将汽车轮毂焊缝检测设备的检测端移动到第一预设位置并记录检测设备中电机的初始位置，包括：当所述汽车轮毂焊缝检测设备的检测端对应汽车轮毂焊缝检测的开始位置时，确定所述第一位置信息；建立三维坐标系，确定所述三维坐标系的零点位置；根据所述零点确定所述汽车轮毂焊缝检测设备中电机的在所述三维坐标系统的坐标信息。
结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，从所述第一预设位置到最终检测焊缝结束，记录所述检测设备中电机参数信息，包括：控制所述检测设备各个机械轴移动时，确定每次机械变化电机的位置信息和转速信息；将所述位置信息转换为坐标信息按照电机标识保存到第一数组中；将所述转速信息按照电机标识保存到第二数组中。
结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，根据所述第一预设位置和所述电机参数信息控制检测设备完成汽车轮毂焊缝检测的全轨迹完成示教，包括：根据第一预设位置将所述检测设备移动的检测初始位置；将所述第一数组中的位置信息和第二数组中的转速信息按照所述电机标识进行组合；根据组合后的位置信息和转速信息电机参数对所述检测设备进行控制完成汽车轮毂焊缝检测示教。
第二方面，本申请实施例提供了一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教装置，包括：主控制器；机械臂驱动系统，所述机械臂驱动系统与所述主控制电连接；机械臂，所述机械臂活动关节处设置有电机，所述电机与所述机械臂驱动系统电连接，所述机械臂末端设置有高速摄像机；所述主控制器执行第一方面或第一方面任一可能实现方式所述的方法将指令传达至所述机械臂驱动系统，在机械臂驱动系统的控制下机械臂上的电机带动机械臂各个关节运动，通过高速摄像机对汽车轮毂焊缝进行检测，完成示教过程。
结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式，所述机械臂设置有机械臂底座和多个连接杆，多个连接杆之间通过机械关节活动连接，所述机械关节处设置所述电机，不同所述电机对应设置不同的电机驱动器。
结合第二方面，在第二方面第二种可能的实现方式，所述机械臂驱动系统包括运动控制器和电机驱动器，所述运动控制器与所述主控制器电连接，所述运动控制器接收所述主控制器的第一控制指令；所述电机驱动器分别与所述运动控制器和电机电连接，所述电机驱动器接收所述运动控制器的第二控制指令，控制所述电机动作。
结合第二方面或第二方面第一至二种任一可能的实现方式，在第二方面第三种可能的实现方式中，还包括触摸屏和操作杆，所述触摸屏和所述操作杆均与所述主控制器电连接，所述操作杆为三轴霍尔操作手柄。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种采集焊缝图像的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教装置示意图；
图4为本申请实施例提供的一种驱动器系统结构示意图；
图1-4中，符号表示为：
1-主控制器，2-机械臂，3-高速摄像机，4-运动控制器，5-电机驱动器，6-触摸屏，7-操作杆。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
图1为本申请实施例提供的一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法的流程示意图，参见图1，本实施例提供的用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法包括：
S101，将汽车轮毂焊缝检测设备的检测端移动到第一预设位置并记录检测设备中电机的初始位置。
本实施例中所述第一预设位置为所述检测设备开始检测焊缝时的开始位置，参见图2，检测设备用来检测汽车轮毂焊缝时是采用高速摄像机采集汽车轮毂焊缝的图像，后续进行处理得出检测结果，因此本实施例中的第一预设位置为高速摄像机处于A状态时的位置。
检测设备中包含有多个电机，不同电机的初始位置不同，本实施中在记录检测设备中电机的初始位置包括：当所述汽车轮毂焊缝检测设备的检测端对应汽车轮毂焊缝检测的开始位置时，确定所述第一位置信息。建立三维坐标系，确定所述三维坐标系的零点位置。根据所述零点确定所述汽车轮毂焊缝检测设备中电机的在所述三维坐标系统的坐标信息。
S102，从所述第一预设位置到最终检测焊缝结束，记录所述检测设备中电机参数信息。
本实施例中，电机参数信息包括所述电机的位置信息和转速信息，所述位置信息和所述转速信息包括多组。具体地，控制所述检测设备各个机械轴移动时，确定每次机械变化电机的位置信息和转速信息。将所述位置信息转换为坐标信息按照电机标识保存到第一数组中，将所述转速信息按照电机标识保存到第二数组中。
本实施例中电机数量为6个，而且电机是用于连接多个机械臂关节。示教过程开始，创建2个6×n的二维动态数组来保存示教过程中机械臂的运动轨迹，n由示教时间决定。第一数组为位置坐标数组Pos[]，第二数组为转速数组Vel[]，第一数组的第i行表示机械臂关节i的电机位置坐标信息，第二数组的第i行表示机械臂关节i的转速信息(0≤i≤5)。定时器开始工作，每200ms触发一次定时器中断，每次触发中断后，保存一次所有机械臂关节的位置坐标和转速，每个机械臂关节的位置坐标和转速都分别放入对应数组的对应行。工作人员在机械臂示教学习的过程中，高速摄像机移动到要采集图像的位置，在控制面板的操作界面中点击“拍摄”按钮，进行一次焊缝图像采集，将采集到的图像上传到服务器，进行焊缝表面缺陷检测，同时将拍摄时的时间点保存。
若某机械臂关节处于静止状态时，保存在位置坐标数组中的数据是不变的。另外，在整个机械臂的示教轨迹中，有相当长的时间内机械臂的某些关节是静止状态。因此，为了节省存储器空间和提高数据处理效率，需要对位置坐标数组进行压缩。
位置坐标数组Pos[]压缩的思路为：对每一机械臂关节的位置坐标数据进行分析，将机械臂关节的示教轨迹分解成若干段，每段由静止状态和运动状态构成，静止状态在前，运动状态在后。取静止状态的最后时间点t作为数据1，取运动状态的末位置坐标p作为数据2，数据1和数据2作为一列保存在新创建的2×m大小的动态数组中，m的数值等于分解后的轨迹段数，该动态数组称为轨迹处理数组i(i表示机械臂关节序号)。经过以上方式处理，一个规模为6×n的动态数组被压缩成六个2×m的轨迹处理数组Tra0[]-Tra5[]，其中，n由示教学习时间决定，m0-m5由分解后的轨迹段数决定，m0-m5远小于n。
举例说明：以下数组含义为某次示教学习过程的位置坐标数组Pos[]中的前15个时间点内保存的数据，时间点间隔为200ms。
Figure BDA0003036849610000061
与位置坐标数组Pos[]对应的的转速数组Vel[]数据为：
Figure BDA0003036849610000062
为了节省篇幅，只分析机械臂关节0和机械臂关节5的示教轨迹。第0行的数据可以分为两段轨迹，第一段轨迹为第0个时间点到第7个时间点，第二段轨迹为第7个时间点到第14个时间点。第一段轨迹中，静止状态的最后时间点t1为3，运动状态的末位置坐标p1为315；第二段轨迹中，静止状态的最后时间点t2为9，运动状态的末位置坐标p2为640。因此，机械臂关节0的示教轨迹可以被压缩为Tra0[]：
Figure BDA0003036849610000063
同理，机械臂关节5的示教轨迹可以被压缩为Tra5[]：
Figure BDA0003036849610000064
与原数组相比，压缩后的数组所占据的内存空间大大减小。
对位置坐标数组压缩完毕后，将转速数组Vel[]内数据、轨迹处理数组Tra0[]-Tra5[]内数据、n的值、m0-m5的值发送到控制面板中，以文件的形式保存下来，同时把创建的所有数组所占的内存释放掉。
S103，根据所述第一预设位置和所述电机参数信息控制检测设备完成汽车轮毂焊缝检测的全轨迹完成示教。
根据第一预设位置将所述检测设备移动的检测初始位置，将所述第一数组中的位置信息和第二数组中的转速信息按照所述电机标识进行组合。根据组合后的位置信息和转速信息电机参数对所述检测设备进行控制完成汽车轮毂焊缝检测示教。
工作人员在控制面板的操作界面中选择某一规格汽车轮毂的示教轨迹文件，点击“下发”按钮，主控制器首先根据n，m0，m1，m2，m3，m4，m5的值重新创建转速数组Vel[]和轨迹处理数组Tra0[]-Tra5[]，并将文件内的数据保存至以上数组中。在操作界面中点击“开始再现”按钮，主控制器首先创建变量k，i0，i1，i2，i3，i4，i5，以上所述变量均为INT型变量，且初始值均为0。开启定时器2，每200ms触发一次中断，将转速数组Vel[]第k列的数据发送给运动控制器，作为第k个时间点的机械臂运行速度，发送完毕后k自加一次。同时，主控制器以轮询的方式判断k的当前值与轨迹处理数组Tra0[]-Tra5[]中第0行第ix列中的数据Tra0[1][ix]，即时间点t是否相等(x＝0，1，2，3，4，5)，若相等，则将该时间点所在列的第1行数据Tra0[1][ix]，即位置坐标p发送给运动控制器，之后ix自加，主控制器继续轮询判断k是否与Trax[0][ix]相等，这样遍历完轨迹处理数组Tra0[]-Tra5[]后，轨迹也就被再现出来了，k的值等于存放在RAM的时间点时，执行图像采集操作，当k值大于n值时，结束再现过程。
以S102中示例的数组为例，描述机械臂关节0和机械臂关节5运动轨迹的再现过程。工作人员点击“下发”按钮后，主控制器读取n，m0，m5的值后，创建一个6×15的二维数组Vel[]，一个2×2的二维数组Tra0[]和一个2×1的二维数组Tra5[]，再将控制面板中的示教文件的数据保存到创建数组中,Vel[]数组内数据与3.2所述Vel[]数组相同，
Figure BDA0003036849610000081
此时n值为15，i0值为0，i5值为0。
点击“开始示教”按钮，定时器2开启，每隔200ms将Vel[]第0行第k列的数据作为机械臂关节0的当前运动速度发送给主控制器，将Vel[]第5行第k列的数据作为机械臂关节5的当前运动速度发送给主控制器之后，k自加一次。当k值为3时，与Tra0[0][i0]值相同，将Tra0[1][i0]的值，即“315”作为机械臂关节0的目标位置发送给运动控制器，i0自加。当k值为8时，与Tra5[0][i5]值相等，将Tra5[1][i5]的值，即“541”作为机械臂关节5的目标位置发送给运动控制器，i5自加。当k值为9时，与Tra0[0][i0]值相同，将Tra0[1][i0]的值，即“640”作为机械臂关节0的目标位置发送给运动控制器，i0自加。当k值大于n值时，结束再现过程。
与上述实施例提供的一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法相对应，本申请还提供了一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教装置的实施例。
参见图3，本实施例中的用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教装置包括：主控制器1、机械臂驱动系统和机械臂2。
所述机械臂驱动系统与所述主控制电连接，所述机械臂2活动关节处设置有电机，所述电机与所述机械臂驱动系统电连接，所述机械臂2末端设置有高速摄像机3。所述主控制器1执行上述实施例中的用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法，将指令传达至所述机械臂驱动系统，在机械臂驱动系统的控制下机械臂2上的电机带动机械臂2各个关节运动，通过高速摄像机3对汽车轮毂焊缝进行检测，完成示教过程。
所述机械臂2设置有机械臂2底座和多个连接杆，多个连接杆之间通过机械关节活动连接，所述机械关节处设置所述电机，不同所述电机对应设置不同的电机驱动器5。
具体地，本实施例中机械臂2具体包括机械臂底座关节，第一机械臂关节，机械臂大臂，第二机械臂关节，机械臂中臂，第三机械臂关节，机械臂小臂，第四机械臂关节，机械臂腕部，第五机械臂关节，末端执行结构。机械臂关节分为两种：转轴平行于连杆的P型关节和转轴垂直于连杆的V型关节。机械臂底座的底部固定于地面，机械臂底座的顶部通过第一机械臂关节活动连接机械臂大臂，机械臂大臂通过第二机械臂关节活动连接机械臂中臂，机械臂中臂通过第三机械臂关节活动连接机械臂小臂，机械臂小臂通过第四机械臂关节活动连接机械臂腕部，机械臂腕部连接机械臂第五关节顶部，高速摄像机3作为机械臂的末端执行机构被固定于第五机械臂关节底部。机械臂底座关节，机械臂第三关节，机械臂第四关节为P型关节，机械臂第一关节，机械臂第二关节，机械臂第五关节为V型关节。
所述机械臂驱动系统包括运动控制器4和电机驱动器5，所述运动控制器4与所述主控制器1电连接，所述运动控制器4接收所述主控制器1的第一控制指令；所述电机驱动器5分别与所述运动控制器4和电机电连接，所述电机驱动器5接收所述运动控制器4的第二控制指令，控制所述电机动作。
所述运动控制器4为可编程逻辑控制器(PLC)，对运动控制器4编程实现步进电机的基本运动功能，如正转，反转，调速，定位，所述运动控制器4与主控制器1通过交叉缆线连接。参见图4，上述机械臂2包含六个机械臂关节，因此机械臂驱动系统中步进电机和步进电机驱动器5的个数均为六个。每个机械臂关节内包含一个步进电机，机械臂关节的移动通过步进电机转动实现。机械臂底座关节，第一机械臂关节，第二机械臂关节，第三机械臂关节内的步进电机输出端均与减速机连接，增加输出扭矩。六个步进电机内的编码器均与各自的步进电机驱动器5电连接。步进电机驱动器5与运动控制器4通过CAN总线连接。
本实施例中提供的装置还包括触摸屏6和操作杆7，所述触摸屏6和所述操作杆7均与所述主控制器1电连接，所述操作杆7为三轴霍尔操作手柄。
步进电机的驱动程序是在运动控制器4中开发的，主要功能是实现步进电机的三种运动模式：点动模式，归零模式，定位模式。点动模式下，电机以一定加速度加速到设定速度，之后保持匀速运动。步进电机的转速由操纵杆的移动幅度来决定，通过主控制器1的模数转换功能，将操纵杆的移动幅度量化为具体数字量，操纵杆移动幅度大，模式转换后的数字量本身数值大，则步进电机的转速快。两个工业三轴霍尔操纵杆可以同时控制六个步进电机，从而实现对整台机械臂2的控制。归零模式下，电机当前位置坐标设置为0，作为示教过程的起点。定位模式下，电机以一定转速运动至设定位置坐标处，转速和设定位置坐标由主控制器1发送至运动控制器4。以上三种步进电机运动模式可通过运动控制器4中集成的具体功能块实现，运动控制器4在运行过程中，随时接收主控制器1发送的具体的运动指令，切换不同的步进电机工作模式。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教方法，其特征在于，所述方法包括：
将汽车轮毂焊缝检测设备的检测端移动到第一预设位置并记录检测设备中电机的初始位置，所述第一预设位置为所述检测设备开始检测焊缝时的开始位置；所述将汽车轮毂焊缝检测设备的检测端移动到第一预设位置并记录检测设备中电机的初始位置，包括：
当所述汽车轮毂焊缝检测设备的检测端对应汽车轮毂焊缝检测的开始位置时，确定所述第一预设位置信息；
建立三维坐标系，确定所述三维坐标系的零点位置；
根据所述零点确定所述汽车轮毂焊缝检测设备中电机的在所述三维坐标系统的坐标信息；
从所述第一预设位置到最终检测焊缝结束，记录所述检测设备中电机参数信息，电机参数信息包括所述电机的位置信息和转速信息，所述位置信息和所述转速信息包括多组；从所述第一预设位置到最终检测焊缝结束，记录所述检测设备中电机参数信息，包括：
控制所述检测设备各个机械轴移动时，确定每次机械变化电机的位置信息和转速信息；
将所述位置信息转换为坐标信息按照电机标识保存到第一数组中；
将所述转速信息按照电机标识保存到第二数组中；
将所述第一数组压缩为轨迹处理数组的过程为：将机械臂关节的示教轨迹分解成若干段，每段由静止状态和运动状态构成，静止状态在前，运动状态在后；取静止状态的最后时间点t作为数据1，取运动状态的末位置坐标p作为数据2，数据1和数据2作为一列保存在新创建的2×m大小的动态数组中，m的数值等于分解后的轨迹段数，所述动态数组为轨迹处理数组i，i表示机械臂关节序号；
根据所述第一预设位置和所述电机参数信息控制检测设备完成汽车轮毂焊缝检测的全轨迹完成示教。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一预设位置和所述电机参数信息控制检测设备完成汽车轮毂焊缝检测的全轨迹完成示教，包括：
根据第一预设位置将所述检测设备移动的检测初始位置；
将所述第一数组中的位置信息和第二数组中的转速信息按照所述电机标识进行组合；
根据组合后的位置信息和转速信息电机参数对所述检测设备进行控制完成汽车轮毂焊缝检测示教。
3.一种用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教装置，其特征在于，包括：
主控制器；
机械臂驱动系统，所述机械臂驱动系统与所述主控制电连接；
机械臂，所述机械臂活动关节处设置有电机，所述电机与所述机械臂驱动系统电连接，所述机械臂末端设置有高速摄像机；
所述主控制器执行权利要求1或2所述的方法将指令传达至所述机械臂驱动系统，在机械臂驱动系统的控制下机械臂上的电机带动机械臂各个关节运动，通过高速摄像机对汽车轮毂焊缝进行检测，完成示教过程。
4.根据权利要求3所述的用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教装置，其特征在于，所述机械臂设置有机械臂底座和多个连接杆，多个连接杆之间通过机械关节活动连接，所述机械关节处设置所述电机，不同所述电机对应设置不同的电机驱动器。
5.根据权利要求3所述的用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教装置，其特征在于，所述机械臂驱动系统包括运动控制器和电机驱动器，所述运动控制器与所述主控制器电连接，所述运动控制器接收所述主控制器的第一控制指令；所述电机驱动器分别与所述运动控制器和电机电连接，所述电机驱动器接收所述运动控制器的第二控制指令，控制所述电机动作。
6.根据权利要求3-5任一项所述的用于汽车轮毂焊缝缺陷检测的示教装置，其特征在于，还包括触摸屏和操作杆，所述触摸屏和所述操作杆均与所述主控制器电连接，所述操作杆为三轴霍尔操作手柄。
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