CN114619428A - 一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置及其使用算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置及其使用算法，属于焊点检测装置领域，本发明包括机械手，以及旋转手臂，旋转手臂上旋转连接有电机，电机底部设有用于调节光照角度的换向装置；换向装置包括吊设在电机驱动轴上的第二齿轮，小口耦合在电机底部大口向下展开的保护套，设于保护套底部的滑环，以及啮合在滑环和第二齿轮之间的第一齿轮，第一齿轮底部吊设有3D摄像头，第二齿轮底部设有尾盘，且3D摄像头沿着外圈和滑环内圈之间滑动；保护套顶部安装有用于辅助换向装置探测光影的旋转升降装置，旋转升降装置中部支撑安装有反射装置。本发明通过在探针压合焊点，收缩弹簧驱动探针收缩，避免了阴影产生影响。
Description
技术领域
本发明涉及焊后检测领域，具体涉及一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置及其使用算法。
背景技术
焊接是一个非线性的，时变的过程。当焊接条件改变时，焊接机器人并不能根据这些条件的改变做出相应的调整。例如由于强烈的弧光辐射、高温、烟尘、飞溅、坡口状况、加工误差、夹具装夹精度、表面状态以及工件的热变形等都会影响焊枪偏离焊缝中心，影响焊接精度。
一般地，通常需要采用激光传感技术对再现的焊接轨迹进行实时跟踪，引导焊枪在焊接过程中实时对准焊缝中心，保证焊接质量。激光传感技术是指通过激光传感器发射激光束照射待焊工件表面并获取每个激光点在激光传感器坐标系下的位置坐标，并传送给控制器中的检测单元；检测单元对采集的数据进行各种运算来提取焊缝的特征点及焊缝中心，并通过检测单元将焊缝中心位置传送给机器人，引导机器人运动至焊缝中心位置，从而保证焊枪能够实时对准焊缝中心，保证焊接质量。
但是现有机器人一般采用Roberts 算法，而在机器人在自我算法中采用边缘检测算法，这种算入法包括Sobel 边缘检测算法，在一些企业的机器人中常规的算法，而这种算法具有缺陷容易检测出伪边缘，导致许多假的边缘点出现，使得边缘检测的精度较低，其原因加工环境不好，使得检测装置出现误差，是工件表面曝光不足，相机照射时一面，在另外一面产生阴影，造成相机捕捉精度不足，另外抗干扰能力较差主要是 Roberts 算子机器人在跟随检测中，之前工序焊接中焊点周围可能产生烟尘，导致图像造影干扰。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置及其使用算法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置及其使用算法，包括机械手，以及旋转手臂，旋转手臂上旋转连接有电机，电机底部设有用于调节光照角度的换向装置；换向装置包括吊设在电机驱动轴上的第二齿轮，小口耦合在电机底部大口向下展开的保护套，设于保护套底部的滑环，以及啮合在滑环和第二齿轮之间的第一齿轮，第一齿轮底部吊设有3D摄像头，第二齿轮底部设有尾盘，且3D摄像头沿着外圈和滑环内圈之间滑动；保护套顶部安装有用于辅助换向装置探测光影的旋转升降装置，旋转升降装置中部支撑安装有反射装置。
优选地，旋转升降装置包括升降装置，一对设于保护套顶部的固定板，设在每个固定板上的滑槽，以及活动设在其中一个滑槽上的旋转步进电机，滑槽顶部两侧均设有滑杆卡合在旋转步进电机底部。
优选地，其中3D摄像头是由一个盒体和设置在盒体每个面上的探测镜头，以及激光照射探头组成。
优选地，升降装置包括设在另外一条固定板内壁一侧上的卡齿，活动设在滑槽上的升降步进电机，且升降步进电机驱动轴上安装齿轮与卡齿啮合驱动反射装置升降。
优选地，反射装置包括设于两个固定板之间位于保护套底部的探针总成盒，多个固定在探针总成盒底部的探针组件，以及设于探针总成盒中部并且与每个探针组件一端贴近的接收器导光板。
优选地，探针组件包括固定在探针总成盒底部的套筒，套设于套筒内的探针，设于套筒内圈的限位环，设于探针在靠近接收器导光板一端的反射镜，以及套设在探针和限位环之间的收缩弹簧，且接收器导光板和反射镜贴合一起，收缩弹簧驱动探针升降。
优选地，机械手底部设有用于整体转移或者初步矫正定位的位移滑座。
一种上述焊后检测装置使用的焊后检测使用算法，包括如下步骤：
根据机械手上位移滑座位移滑座控制其摆放位置，然后进行三坐标对准；
开始打开3D摄像头3D摄像头扫描工件焊点,并且计算滤波激光原始位置；
开始对初始点轮廓定位的求导，求得初始点的轮廓数据；
驱动3D摄像头沿滑环滑环微调90°计算激光微调过程中所产生的数值；
激光照射反光片反射镜，根据反光片反射镜，在滤波波板上的位移距离，反向投影到接收器导光板上，再计算激光在跟随3D摄像头3D摄像头180°微调后的所产生的数值,计算实际焊点特征信息。
优选的，所述的开始对初始点轮廓定位的求导，求得初始点的轮廓数据，包括：
优先采用原始像素点（x, y）的梯度幅值，具体可以表示为，|G（x，a）|=√Gx²+Ga²；
其中 Gx、 Gx表示像素点的梯度值，（Gx、 Gx）表示如下：
Gx=［f（x-1,a+1）+2f(x,a+1)+（x+1,a+1）
-［f（x-1,a+1）+2f(x,a+1)+（x+1,a+1）
Ga=［f（x+1,a-1）+2f(x+1,a)+（x+1,a+1）
-［f（x-1,a-1）+2f(x-1,a)+（x-1,a+1）
Gx、Ga对应的卷积模板为：
「 -1 0 1」 「-1 -2 -1」
Gx= -1 0 1、 Ga= 0 0 0
-1 0 1 1 2 1
将 Gx、Ga这两个模板分别与图像进行卷积运算，然后将上述运算结果相加，从而得到梯度幅值图像；最后设定合适的阈值 T 来判断得到的像素点是否为边缘点。若像素点的梯度幅值大于或等于 T，则认为该点为边缘检测的像素点，否则不是，得到边缘图像 B（x,a）：
B（x,a）={｜G（x,a）｜ ｜G（x,a）｜≥T。
本发明的有益效果在于：本发明通过3D摄像头在第二齿轮和滑环之间进行圆周运动，使得焊点处原有阴影根据3D摄像头旋转而产生不同角度的光照，增大表面曝光度，在相机照射时一面时，不会产生阴影。
在探针压合焊点，收缩弹簧驱动探针收缩，避免了阴影产生影响，其中还包括探针组件可以旋转和升降，方便机械手的微调，增大了测试时的精确度，提升了工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的机械设备整体的构造示意图。
图2为本发明的机械设备整体A的构造示意图。
图3为本发明的机械设备整体的构造示意图。
图4为本发明的机械设备整体的构造示意图。
图5为本发明的算法步骤示意图。
图6为本发明的3D摄像头定点点样不同位置所探测结果示意图。
附图标记说明：1-机械手，2-旋转手臂，3-电机，4-保护套，401-滑环，402-第一齿轮，403-3D摄像头，404-第二齿轮，405-尾盘，5-固定板，6-滑槽，7-滑杆，8-旋转步进电机，9-升降步进电机，10-卡齿，11-探针总成盒，12-接收器导光板，13-探针组件，14-反射镜，15-探针，16-收缩弹簧，17-限位环，18-位移滑座。
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。
实施例：如图1至图6所示，本发明提供了一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置及其使用算法，包括机械手1，以及旋转手臂2，所述旋转手臂2上旋转连接有电机3，所述电机3底部设有用于调节光照角度的换向装置；所述换向装置包括吊设在电机3驱动轴上的第二齿轮404，小口耦合在电机3底部大口向下展开的保护套4，设于保护套4底部的滑环401，以及啮合在滑环401和第二齿轮404之间的第一齿轮402，所述第一齿轮402底部吊设有3D摄像头403，所述第二齿轮404底部设有尾盘405，且3D摄像头403沿着外圈和滑环401内圈之间滑动；所述保护套4顶部安装有用于辅助换向装置探测光影的旋转升降装置，所述旋转升降装置中部支撑安装有反射装置；使用中，3D摄像头403跟随第二齿轮404的转动而转动，因此可以改变3D摄像头403和工件焊点处之间的角度，由于在生产中，光照条件有限，每处焊点均有阴影，3D摄像头403旋转，能改变光照角度，使得3D摄像头403在焊点处均能探测到信息，增加精确度；
其中所述3D摄像头403是由一个盒体和设置在盒体每个面上的探测镜头，以及激光照射探头组成。
所述旋转升降装置包括升降装置，一对设于保护套4顶部的固定板5，设在每个固定板5上的滑槽6，以及活动设在其中一个滑槽6上的旋转步进电机8，所述滑槽6顶部两侧均设有滑杆7卡合在旋转步进电机8底部，其中滑杆7设在滑槽6表面上，然后滑杆7用于限位旋转步进电机8，由图2可知，旋转步进电机8外壳上设有小孔用于滑杆7穿过，最后旋转步进电机8的轴穿过滑槽6，防止旋转步进电机8传动不足而造成的空转现象，由于考虑到工件生产情况，当工件为大型不规则形状时，焊枪工作结束后，由于机械手1手臂过于庞大，不利于3D摄像头对工件表面焊点进行检测，需要进一步优化三维坐标，为此，需要调整旋转步进电机8驱动反射装置来跟工件表面垂直，保持测试的最佳效果，并且当反射装置垂直于工件时，可视光视野最佳。
所述升降装置包括设在另外一条固定板5内壁一侧上的卡齿10，活动设在滑槽6上的升降步进电机9，且升降步进电机9驱动轴上安装齿轮与卡齿10啮合驱动反射装置升降，由于工件高度问题，当工件高度过高，使得机械手1不能微调，因此设备添加了升降步进电机9使得反射装置能够在工件表面进行微调，并且拉近反射装置和3D摄像头403的之间的距离，使得传输数值更加精确可靠。
所述反射装置包括设于两个固定板5之间位于保护套4底部的探针总成盒11，多个固定在探针总成盒11底部的探针组件13，以及设于探针总成盒11中部并且与每个探针组件13一端贴近的接收器导光板12，所述探针组件13包括固定在探针总成盒11底部的套筒，套设于套筒内的探针15，设于套筒内圈的限位环17，设于探针15在靠近接收器导光板12一端的反射镜14，以及套设在探针15和限位环17之间的收缩弹簧16，且接收器导光板12和反射镜14贴合一起，所述收缩弹簧16驱动探针15升降，当探针15贴附焊点时，收缩弹簧16舒张开，探针15在套筒内活动，使得反射镜14和3D摄像头在接收器导光板12上产生投影给接收器，用探针15替代只用激光照射仪器，避免了阴影产生影响，而且在其活动中能够将焊点信息放大可视化，要在使用中要考虑温度的影响，需要在焊枪工作结束后静置一段时间即可检测作业。
当3D摄像头403移动时，会把光打在反射镜14上，把点阵光反射到接收器导光板12上，由于反射镜14具有体积，会在接收器导光板1上产生阴影，采用3D摄像头403旋转打点方式也能够除去该机械部分阴影对测试结果的影响，另外接收器安装在整个机械手外部与接收器导光板12电联一起，并且与电脑连接一起，在其使用中接收器中安装滤波板能减少频率的影响。
所述机械手1底部设有用于整体转移或者初步矫正定位的位移滑座18，安装位移滑座18方便机械手1能快速移动至工件附近，使其更加灵活。
一种上述焊后检测装置使用的焊后检测使用算法，包括如下步骤：
（1）根据机械手1上位移滑座18控制其摆放位置，然后进行三坐标对准；
（2）开始打开3D摄像头,3D摄像头403扫描工件焊点,并且计算滤波激光原始位置；
（3）开始对初始点轮廓定位的求导，求得初始点的轮廓数据；具体地，
优先采用原始像素点（x, y）的梯度幅值，具体可以表示为，|G（x，a）|=√Gx²+Ga²；
其中 Gx、 Gx表示像素点的梯度值，（Gx、 Gx）表示如下：
Gx=［f（x-1,a+1）+2f(x,a+1)+（x+1,a+1）
-［f（x-1,a+1）+2f(x,a+1)+（x+1,a+1）
Ga=［f（x+1,a-1）+2f(x+1,a)+（x+1,a+1）
-［f（x-1,a-1）+2f(x-1,a)+（x-1,a+1）
Gx、Ga对应的卷积模板为：
「-1 0 1」 「-1 -2 -1」
Gx= -1 0 1、 Ga= 0 0 0
-1 0 1 1 2 1
将 Gx、Ga这两个模板分别与图像进行卷积运算，然后将上述运算结果相加，从而得到梯度幅值图像；最后设定合适的阈值 T 来判断得到的像素点是否为边缘点。若像素点的梯度幅值大于或等于 T，则认为该点为边缘检测的像素点，否则不是，得到边缘图像 B（x,a）：
B（x,a）={｜G（x,a）｜ ｜G（x,a）｜≥T。
（4）驱动3D摄像头沿滑环滑环401微调90°计算激光微调过程中所产生的数值；
（5）激光照射反射镜14，根据反射镜14，在接收器导光板12上的位移距离，反向投影到接收器导光板12上，再计算激光在跟随3D摄像头403 180°微调后的所产生的数值,计算实际焊点特征信息。
使用时，只用通过电机3来驱动第二齿轮404，之后第二齿轮404带动第一齿轮402在滑环401上旋转做圆周运动，焊点或者焊缝正位于滑环401中心线下方，在3D摄像头403的活动中，焊点的每处逐渐呈现光照，不会产生阴影，在3D摄像头403定位好坐标后记下该处的数值，然后3D摄像头403在滑环401位移90°的时候记下下个组的数值，最后当3D摄像头403移动至180°时，再次记录数值，即可完成采样，其中多个探针15在机械手1的控制下与工件的焊点或者焊缝之间贴合一起，当探针15接触焊点时，收缩弹簧16会张开，探针15做出与焊点特征相同的拱起形状，之后反射镜14被收缩弹簧16驱动，并且投影到接收器导光板12上，反射镜14反射光，将每个接收器导光板12呈现的光源传导至接收器上，接收器把信号传递给电脑。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置，包括机械手(1)，以及旋转手臂(2)，其特征在于，所述旋转手臂(2)上旋转连接有电机(3)，所述电机(3)底部设有用于调节光照角度的换向装置；
所述换向装置包括吊设在电机(3)驱动轴上的第二齿轮(404)，小口耦合在电机(3)底部大口向下展开的保护套(4)，设于保护套(4)底部的滑环(401)，以及啮合在滑环(401)和第二齿轮(404)之间的第一齿轮(402)，所述第一齿轮(402)底部吊设有3D摄像头(403)，所述第二齿轮(404)底部设有尾盘(405)，且3D摄像头(403)沿着外圈和滑环(401)内圈之间滑动；
所述保护套(4)顶部安装有用于辅助换向装置探测光影的旋转升降装置，所述旋转升降装置中部安装有反射装置。
2.如权利要求1所述的一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置，其特征在于，所述旋转升降装置包括升降装置，一对设于保护套(4)顶部的固定板(5)，设在每个固定板(5)上的滑槽(6)，以及活动设在其中一个滑槽(6)上的旋转步进电机(8)，所述滑槽(6)顶部两侧均设有滑杆(7)卡合在旋转步进电机(8)底部。
3.如权利要求1所述的一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置，其特征在于，其中所述3D摄像头(403)是由一个盒体和设置在盒体每个面上的探测镜头，以及激光照射探头组成。
4.如权利要求2所述的一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置，其特征在于，所述升降装置包括设在另外一条固定板(5)内壁一侧上的卡齿(10)，活动设在滑槽(6)上的升降步进电机(9)，且升降步进电机(9)驱动轴上安装齿轮与卡齿(10)啮合驱动反射装置升降。
5.如权利要求4所述的一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置，其特征在于，所述反射装置包括设于两个固定板(5)之间位于保护套(4)底部的探针总成盒(11)，多个固定在探针总成盒(11)底部的探针组件(13)，以及设于探针总成盒(11)中部并且与每个探针组件(13)一端贴近的接收器导光板(12)。
6.如权利要求5所述的一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置，其特征在于，所述探针组件(13)包括固定在探针总成盒(11)底部的套筒，套设于套筒内的探针(15)，设于套筒内圈的限位环(17)，设于探针(15)在靠近接收器导光板(12)一端的反射镜(14)，以及套设在探针(15)和限位环(17)之间的收缩弹簧(16)，且接收器导光板(12)和反射镜(14)贴合一起，所述收缩弹簧(16)驱动探针(15)升降。
7.如权利要求1所述的一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置，其特征在于，所述机械手(1)底部设有用于整体转移或者初步矫正定位的位移滑座(18)。
8.用于权利要求1至权利要求7任意一项所述的焊后检测装置使用的焊后检测使用算法，其特征在于，包括如下步骤：
根据机械手上位移滑座位移滑座(18)控制其摆放位置，然后进行三坐标对准；
开始打开3D摄像头3D摄像头(403)扫描工件焊点,并且计算滤波激光原始位置；
开始对初始点轮廓定位的求导，求得初始点的轮廓数据；
驱动3D摄像头沿滑环滑环(401)微调90°计算激光微调过程中所产生的数值；
激光照射反光片反射镜(14)，根据反光片反射镜(14)，在滤波波板(12)上的位移距离，反向投影到接收器导光板(12)上，再计算激光在跟随3D摄像头3D摄像头(403)180°微调后的所产生的数值,计算实际焊点特征信息。
9.根据权利要求8所述的焊后检测使用算法，其特征在于，所述的开始对初始点轮廓定位的求导，求得初始点的轮廓数据，包括：
优先采用原始像素点(x,y)的梯度幅值，具体可以表示为，|G(x，a)|＝√Gx 2+Ga 2；
其中Gx、Gx表示像素点的梯度值，(Gx、Gx)表示如下：
Gx＝[f(x-1,a+1)+2f(x,a+1)+(x+1,a+1)-[f(x-1,a+1)+2f(x,a+1)+(x+1,a+1)
Ga＝[f(x+1,a-1)+2f(x+1,a)+(x+1,a+1)-[f(x-1,a-1)+2f(x-1,a)+(x-1,a+1)
Gx、Ga对应的卷积模板为：
将Gx、Ga这两个模板分别与图像进行卷积运算，然后将上述运算结果相加，从而得到梯度幅值图像；最后设定合适的阈值T来判断得到的像素点是否为边缘点。若像素点的梯度幅值大于或等于T，则认为该点为边缘检测的像素点，否则不是，得到边缘图像B(x,a)：
B(x,a)＝{|G(x,a)||G(x,a)|≥T。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210312494.1A CN114619428A (zh) | 2022-03-28 | 2022-03-28 | 一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置及其使用算法 |
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| CN202210312494.1A CN114619428A (zh) | 2022-03-28 | 2022-03-28 | 一种基于焊接机器人视觉的焊后检测装置及其使用算法 |
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|---|---|
| CN114619428A true CN114619428A (zh) | 2022-06-14 |
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| CN (1) | CN114619428A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115343293A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-15 | 北京东土科技股份有限公司 | 基于机器视觉的阴极板检测控制系统及生产线 |
-
2022
- 2022-03-28 CN CN202210312494.1A patent/CN114619428A/zh not_active Withdrawn
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