CN113414482B - 一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置和方法，属于焊接技术领域，一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置，包括，包括：检测总成和控制系统，所述检测总成包括设置在点焊电极两侧的摄像头总成和背景总成，所述摄像头总成和背景总成分别与控制系统电连接。本发明提供了一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置和方法，通过检测在小外力下即可以产生位移的点焊试片在点焊过程中垂直于试片表面方向上的位移曲线，评估点焊示教、机器人系统设置等方面是否正常，而且实现检测效率高、检测结果直观、容易实现和能够全自动检测；而且还能够根据点焊过程中试片位置曲线分析和评估点焊电极磨损补偿功能。

Description

一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置和方法

技术领域

本发明公开了一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置和方法，属于焊接技术领域。

背景技术

电阻点焊是电阻焊的一种，是通过点焊电极对工件施加电极压力并通电，利用电阻热进行焊接的方法，广泛应用于航天、汽车、家电制造等领域。从操作上分，电阻点焊操作主要有机器人焊接和人工焊接两种，其中由机器人拿持焊钳或工件进行点焊的应用和比重程逐年上升趋势。

电阻点焊过程中，点焊电极会由于修磨、变形等原因不断磨损，点焊钳会在电极压力的作用下发生弹性变形，进而导致点焊钳静臂上的点焊电极的端面（点焊电极与工件接触的部分）位置发生变化，因而如果没有垂直于焊点表面的方向上焊接位置的修正和补偿措施，实际焊接位置很可能与点焊机器人示教时指定的焊接位置有较大的差异，进而造成点焊时焊钳与零件相互掰扯、机器人抖动、设备磨损加剧、焊接质量下降等问题。

现有的保证机器人点焊位置的技术主要集中在保证示教位置准确和补偿后使垂直于焊点表面的方向上焊接位置准确的方法和的装置上。但由于示教质量低、机器人系统设置不当、位置补偿功能没有发挥功效等原因造成的焊接位置偏差在实际生产中还是比较常见的，而且由于缺少相关检测方法，导致往往位置偏差很大的时候才会引起重视和调整，显然这不是被希望的。所以需要一种判断、检测或检查实际垂直于焊点表面的方向上点焊位置与示教时的位置是否一致的技术用于判断机器人点焊设备功能和状态是否正常的方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有示教质量低、机器人系统设置不当、位置补偿功能没有发挥功效等原因造成的焊接位置偏差的问题，提出一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置和方法。

本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的：

一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的方法，应用于一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置，包括：检测总成和控制系统，所述检测总成包括设置在点焊电极两侧的摄像头总成和背景总成，所述摄像头总成和背景总成分别与控制系统电连接，还包括点焊试片夹持机构，所述点焊试片夹持机构与点焊电极相邻，所述点焊试片夹持机构上设置有点焊试片，所述点焊试片设置在点焊电极的动电极和静电极之间，所述摄像头总成包括：摄像头和镜头保护盖，所述镜头保护盖设置在摄像头上，所述摄像头和镜头保护盖之间设置有滤光片，所述点焊试片上设有标识，还包括设置在摄像头总成和摄像头总成之间的照明灯，所述照明灯为两个，两个所述照明灯对称布置在摄像头总成上下两侧，其特征在于，包括：

步骤S10，获取示教焊点位置数据、初始所述点焊电极和点焊试片图像数据；

步骤S20，通过示教焊点位置数据得到点焊命令数据，执行点焊命令数据获取点焊总过程图像数据和点焊总过程图像时间；

步骤S30，获取点焊试片特定的拍摄区域，得到每帧点焊试片特定的拍摄区域位置数据和每帧图像拍摄时间数据,所述点焊试片特定的拍摄区域包括：所述点焊试片部分标识和垂直于所述点焊试片方向上的一条像素带作为拍摄区域；

步骤S40，通过所述每帧点焊试片特定的拍摄区域位置数据和每帧图像拍摄时间数据得到点焊试片位置随时间变化曲线。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置和方法，通过检测在小外力下即可以产生位移的点焊试片在点焊过程中垂直于点焊试片表面方向上的位移曲线，评估点焊示教、机器人系统设置等方面是否正常，而且实现检测效率高、检测结果直观、容易实现和能够全自动检测；而且还能够根据点焊过程中点焊试片位置曲线分析和评估点焊电极磨损补偿功能以及点焊钳弹性变形补偿功能自身以及它们的组合是否正常以及点焊机器人编程和示教人员能力。

附图说明

图1，本发明一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置的结构示意图。

图2，本发明一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置的A方向的结构示意图。

图3为本发明一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的方法流程图。

图4为本发明一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的方法的初始图像。

图5为本发明一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的方法的中间过程图像。

图6为本发明一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的方法的中间过程图像。

图7，为本发明一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的方法得到的点焊试片位置随时间变化曲线的示意图。

具体实施方式

以下根据附图1-7对本发明做进一步说明：

下面将结合附图对本发明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”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。

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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。

如图1-2所示，本专利第一实施例在现有技术的基础上提供了一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置，包括，包括：检测总成2和控制系统1，检测总成2包括安装在点焊电极7两侧的摄像头总成和背景总成6，摄像头总成和背景总成6分别与控制系统1电连接。

控制系统1与点焊机器人系统通信，以便于双方协同工作。摄像头总成2用于拍摄点焊试片3在点焊过程中的图像；摄像头总成2与控制系统1电连接，控制系统1发送控制信号，以控制摄像头总成2工作。摄像头总成2将采集到的点焊区域内的图像发送至控制系统1，点焊试片3为长条状的单层或多层点焊试片。点焊试片夹持机构4用于夹持点焊试片3的一端，保持点焊试片3的另一端悬空，以便机器人点焊试片3悬空部分时，点焊试片3安装在点焊电极7的动电极和静电极之间，点焊试片3的悬空部分能够跟随点焊电极移动。

点焊试片3上对着摄像头总成2的侧面粘贴有明显与摄像头总成2拍摄画背景和点焊电极颜色相区别的标识31，当点焊电极为金属黄色，背景为黄色时，采用白色、黑色、绿色等颜色的标识。

照明灯5为两个安装在摄像头总成和摄像头总成之间，两个所述照明灯5对称布置在摄像头总成上下两侧，向点焊试片投射特定波长，例如特定波长的红外光或波长组合的照明光；

照明灯5接收控制系统1的开闭、亮度等控制信号，当使用照明灯5时，在摄像头总成2拍摄的图像中标识31更易于被识别。

标识31选择逆反射材料作为标识31的材质，当使用逆反射材料制作标识31的材质时，在摄像头总成2拍摄的图像中标识31的亮度将明显高于其他物体，因而更易于被识别。

摄像头总成2由摄像头21和镜头保护盖22组成，控制系统1控制镜头保护盖22开闭，摄像头总成2中的摄像头21的镜头211为远心镜头。镜头211前部可以包括与照明灯5波长相应的滤光片2111，滤光片2111抑制与照明灯5发射波长不相等的光进入摄像头21，当使用滤光片2111时，在摄像头总成2拍摄的图像中标识31的亮度将明显高于其他物体，因而更易于被识别。背景总成6与摄像头总成2配套设置，背景总成6为摄像头总成2提供背景。

下面介绍一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的方法，如图3所示，具体过程如下：

步骤S10，获取示教焊点位置数据和初始点焊电极和点焊试片图像数据，具体过程如下：

按照点焊机器人的要求，修磨点焊电极，并完成其它示教准备工作。如果某些品牌机器人可能要求使用全新电极示教，因此示教前可能需要检查电极状态和更换新点焊电极。摄像头总成2拍摄一张图像作为初始点焊电极和点焊试片图像数据并传输给控制系统1。在点焊试片上示教一个焊点，并保证焊点处于拍摄图像的中心附近，得到示教焊点位置数据。

步骤S20，通过示教焊点位置数据得到点焊命令数据，执行点焊命令数据获取点焊总过程图像数据和点焊总过程图像时间，具体过程如下：

根据测试目的，在以下方式中选取方式1、方式2，或同时使用方式1和方式2，方式1为改变电极压力等参数；方式2为更换或等待点焊电极磨损一定长度。此时需要修磨点焊电极，并且根据机器人点焊电极长度补偿策略，运行如打板等电极长度探测程序。

控制机器人在步骤S10录入的示教焊点位置数据，持续拍摄从点焊命令启动到点焊电极加压完毕的图像为点焊总过程图像数据，并将点焊总过程图像数据和点焊总过程图像时间传输给控制系统1。

步骤S30，获取点焊试片特定的拍摄区域，得到每帧点焊试片特定的拍摄区域位置数据和每帧图像拍摄时间数据，具体过程如下：

如图4所示，为了提升摄像头2拍摄时的帧率和降低图像处理难度，在S400中设定特定的拍摄区域8。设定特定的拍摄区域8包括选择包含部分标识31、垂直于点焊试片3方向上的一条像素带作为拍摄区域。设定特定的拍摄区域8的宽度最小可以是1像素，设定特定的拍摄区域8的高度以不小于点焊试片位置波动范围为准。本实施例中设定特定的拍摄区域8位于摄像头总成2拍摄图像的中间，垂直于点焊试片3此时，初始点焊电极和点焊试片图像数据超出设定特定的拍摄区域8以外的地方将被删除，只剩下点焊电极和点焊试片3，通过点焊总过程图像时间和点焊总过程图像数据得到每帧点焊试片特定的拍摄区域位置数据和每帧图像拍摄时间数据，启用特定的拍摄区域8后拍摄的图像如图5所示。

控制系统1对接收到的图像进行处理，逐帧分析标识31的位置，作为点焊试片的位置。由于标识31的颜色或/和亮度与只有点焊电极和点焊试片3图像有明显的区域，所以可以以标识31的颜色或/和亮度为基础，对只有点焊电极和点焊试片3图像进行二值化处理，处理后的图像将仅包含标识31，此时，拍摄的图像如图6所示。逐帧对处理后的图像中的标识31进行求重心或中心的操作，计算图6中白色区域的重心或中心，将求得的重心或中心作为标识31的位置。

步骤S40，通过所述每帧点焊试片特定的拍摄区域位置数据和每帧图像拍摄时间数据得到点焊试片位置随时间变化曲线，如图7所示。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (1)

1.一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的方法，应用于一种检测机器人点焊电极位置补偿功能的装置，包括：检测总成（2）和控制系统（1），所述检测总成（2）包括设置在点焊电极（7）两侧的摄像头总成和背景总成（6），所述摄像头总成和背景总成（6）分别与控制系统（1）电连接，还包括点焊试片夹持机构（4），所述点焊试片夹持机构（4）与点焊电极（7）相邻，所述点焊试片夹持机构（4）上设置有点焊试片（3），所述点焊试片（3）设置在点焊电极（7）的动电极和静电极之间，所述摄像头总成包括：摄像头（21）和镜头保护盖（22），所述镜头保护盖（22）设置在摄像头（21）上，所述摄像头（21）和镜头保护盖（22）之间设置有滤光片（2111），所述点焊试片（3）上设有标识（31），还包括设置在摄像头总成和摄像头总成之间的照明灯（5），所述照明灯（5）为两个，两个所述照明灯（5）对称布置在摄像头总成上下两侧，其特征在于，包括：

步骤S10，获取示教焊点位置数据、初始所述点焊电极（7）和点焊试片（3）图像数据；

步骤S20，通过示教焊点位置数据得到点焊命令数据，执行点焊命令数据获取点焊总过程图像数据和点焊总过程图像时间；

步骤S30，获取点焊试片特定的拍摄区域（8），得到每帧点焊试片特定的拍摄区域位置数据和每帧图像拍摄时间数据,所述点焊试片特定的拍摄区域（8）包括：所述点焊试片（3）部分标识（31）和垂直于所述点焊试片（3）方向上的一条像素带作为拍摄区域；

步骤S40，通过所述每帧点焊试片特定的拍摄区域位置数据和每帧图像拍摄时间数据得到点焊试片位置随时间变化曲线。

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