CN114670215A - 一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法及装置，在该方法中，经过工艺预研确定焊接工艺参数及焊接机器人的焊接位姿，再视觉识别出待焊接组立件的位置，从而确定出焊接路径，最后焊接机器人根据焊接路径、焊接工艺参数和焊接位姿对进行焊接。本发明通过视觉识别对焊接工艺进行预研，进而根据预研结果对焊接机器人进行设置，实现了焊接机器人对组立件的自动焊接，提高了生产效率；另外，还能够通过视觉识别自动跟踪待焊接的组立件，调整焊接机器人的位置和姿态完成自动化焊接的同时，有效避免了焊接机器人限位报错的问题。

Description

一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法及装置
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，具体的，涉及一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法及装置。
背景技术
近年来，随着造船工业的发展，焊接技术水平在船舶制造过程中的作用显得越发突出。而根据我国目前组立结构的形式特点，船厂大多采用人工焊接，但人工焊接有着焊接质量不稳定、生产效率低等缺点，因此，用机器人焊接代替人工焊接是必然趋势。
但目前的机器人组立件焊接存在诸多问题，例如在焊接过程中容易出现误差，需要人工进行调节，导致焊接精度和生产效率较低；另外，组立件结构的类型和数量较多，现有技术中的焊接方法容易出现限位报错从而影响生产，同时也对机器人的编程造成了极大地麻烦和困难。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法及装置，在该方法中，经过工艺预研确定焊接工艺参数及焊接机器人的焊接位姿，再视觉识别出待焊接组立件的位置，从而确定出焊接路径，最后焊接机器人根据焊接路径、焊接工艺参数和焊接位姿对进行焊接。本发明通过视觉识别对焊接工艺进行预研，进而根据预研结果对焊接机器人进行设置，实现了焊接机器人对组立件的自动焊接，提高了生产效率；另外，还能够通过视觉识别自动跟踪待焊接的组立件，调整焊接机器人的位置和姿态完成自动化焊接的同时，有效避免了焊接机器人限位报错的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法，包括如下步骤：
S1：对待焊接的多个组立件进行工艺预研，确定每个组立件对应的焊接工艺参数及焊接机器人的焊接位姿；
S2：视觉识别出所述多个组立件的位置，根据工艺预研中确定的位置关系确定出每个所述组立件与所述焊接机器人之间的焊接路径；
S3：所述焊接机器人根据所述焊接路径到达相应所述组立件的位置，按照工艺预研中确定的焊接工艺参数和焊接位姿对相应的组立件进行焊接。
可选的，步骤S1中，在所述多个组立件所有待焊焊缝的起弧点位置设置有二维码，所述二维码载有所述焊接工艺参数信息及焊接机器人的焊接位姿信息。
可选的，通过识别所述二维码，得到所述焊接工艺参数及焊接机器人的焊接位姿。
可选的，步骤S2包括：
在待焊接的所述多个组立件周围设置标记点；
根据所述标记点对所述多个组立件进行图像采集，将采集到的图像信息传输至所述计算机，所述计算机中储存有图片比对数据库，通过将所述采集到的图像信息与所述图片比对数据库对比，确认所述多个组立件的位置；
所述计算机根据所述多个组立件与所述焊接机器人之间的位置差距计算出焊接路径。
可选的，所述焊接机器人的控制系统根据所述焊接工艺参数、焊接位姿及焊接路径进行程序设定。
可选的，所述焊接工艺参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度、起弧时间、起弧电流、息弧时间、息弧电流、焊枪角度。
本发明还提供一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件装置，包括：
两条平行设置的导轨，所述导轨沿第一方向延伸；
移动门架，所述移动门架沿与所述第一方向垂直的第二方向设置，所述移动门架的两端分别与所述两条平行设置的导轨滑动连接，以在所述导轨上沿所述第一方向移动；
焊接机器人，所述移动门架上具有两条沿所述第二方向平行设置的传送链，所述焊接机器人设置在每条所述传送链上以沿所述传送链移动，所述焊接机器人与所述传送链之间还设置有旋转盘，以带动所述焊机机器人在水平面上转动；
视觉识别装置，位于所述移动门架的底部，且与所述传送链平行设置，用于采集待焊接的多个组立件的图像信息；
其中，所述焊接机器人与所述视觉识别装置通讯连接，并根据上述任一项所述的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法进行焊接。
可选的，还包括：
计算机，与所述视觉识别装置通信连接，用于接收所述视觉识别装置发送的信息并做出指令；
控制系统，与所述计算机和所述焊接机器人通信连接，用于接收所述计算机发出的指令，并根据所述指令对所述焊接机器人进行程序设定。
可选的，所述计算机中储存有图片比对数据库，所述视觉识别装置通过采集待焊接的多个组立件的图像信息，并将所述图像信息与所述图片比对数据库对比，定位出所述待焊接的多个组立件的位置。
可选的，所述视觉识别装置包括多个CCD相机，所述多个CCD相机在所述第二方向上间隔排布。
本发明提供的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法及装置，至少具有以下技术效果：
本发明通过视觉识别对焊接工艺进行预研，进而根据预研结果对焊接机器人进行设置，实现了焊接机器人对组立件的自动焊接，提高了生产效率；另外，还能够通过视觉识别自动跟踪待焊接的组立件，调整焊接机器人的位置和姿态完成自动化焊接的同时，有效避免了焊接机器人限位报错的问题。
附图说明
图1显示为实施例一提供的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件装置结构示意图。
图2显示为实施例一提供的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件装置的局部结构示意图。
图3显示实施例一提供的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件装置的局部俯视图。
图4显示实施例二提供的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法的流程图。
元件标号说明
1 视觉识别装置
2 移动门架
3 导轨
4 旋转盘
5 传送链
6 焊接机器人
7 焊枪
8 焊接电源
9 焊丝
10 送丝机
11 控制系统
12 保护气瓶
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件装置，如图1所示，包括视觉识别装置1、移动门架2、导轨3及焊接机器人6。
如图1所示，两条导轨3在第一方向上(即图中所示X方向)平行设置；移动门架2沿与第一方向垂直的第二方向(即图中所示Y方向)设置，且移动门架2的两端分别与两条平行设置的导轨3滑动连接，以能够在导轨3上沿第一方向(即图中所示X方向)移动。
结合图1和图2所示，移动门架2上设置有传送链5，传送链5上安装有焊接机器人6，焊接机器人6能够沿传送链5移动。在本实施例中，传送链5的数量为两条，两条传送链5沿第二方向(图1所示Y方向)平行设置，每条传送链5上均安装有焊接机器人6，两个焊接机器人6相对设置。在焊接过程中，焊接机器人6通过沿传送链5移动而实现其自身在Y方向的移动；另外，焊接机器人6随移动门架2沿导轨3移动，从而实现其自身在X方向的移动。
如图1和图2所示，焊接机器人6与传送链5之间还设置有旋转盘4，旋转盘4与焊接机器人6固定连接，与传送链5转动连接，旋转盘4能够在水平面内进行360°转动，从而能够带动焊机机器人6在水平面上实现转动，以使焊接机器人6的朝向与焊缝位置相符。
如图1和图2所示，焊接机器人6底部设置有焊枪7，焊枪7与焊接机器人6通过法兰连接，在焊接过程中，焊枪7在焊接机器人6的带动下移动至组立件的焊缝处，进行焊接。
如图1和图2所示，视觉识别装置1位于移动门架2的底部，与传送链5平行设置，用于采集待焊接的多个组立件的图像信息。作为示例，视觉识别装置1能够通过采集待焊接的多个组立件的图像信息，定位出待焊接的多个组立件的位置；此外，视觉识别装置1还具备扫描二维码功能，待焊接的多个组立件所有待焊焊缝的起弧点位置设置有二维码，视觉识别装置1能够扫描该二维码，并将二维码中的信息传输至计算机。在本实施例中，视觉识别装置1包括多个CCD相机，参照图1所示，多个CCD相机在第二方向上(图中所示Y方向)间隔排布。
如图1所示，本实施例提供的装置还包括计算机(未在图中示出)和控制系统11，计算机与视觉识别装置1通信连接，用于接收视觉识别装置1发送的信息并向控制系统11做出指令。作为示例，计算机中储存有图片比对数据库，图片比对数据库各图片下包含该图片中包含组立件该部位所有焊缝的类型以及空间位置坐标，计算机通过将视觉识别装置1采集到的组立件图像信息与图片比对数据库中的图片相比较，计算出焊接机器人6的焊接路径和朝向；计算机中还包含二维码识别模块，从而能够读取二维码中包含的焊接工艺参数、焊接机器人的焊接位姿参数信息。
作为示例，控制系统11与计算机和焊接机器人6通信连接，控制系统11能够接收计算机发出的指令，并根据指令控制焊接机器人6的运动。在本实施例中，上述指令包括焊接路径、焊接工艺参数、焊接机器人的焊接位姿参数及焊接机器人的朝向信息。
参照图1和图3所示，移动门架2上还设置有焊接电源8、焊丝9、送丝机10及保护气瓶12，且焊接电源8、焊丝9、送丝机10及保护气瓶12能够随焊接机器人6的位置变动而移动。作为示例，焊接电源8用于向焊接机器人6提供电源；焊丝9为焊接材料，且在本实施例中，焊丝9为桶装焊丝；送丝机10用于将焊丝9传送至焊接机器人6；保护气瓶12中储存有焊接过程中需要的保护气。
如图2和图3所示，移动门架2的外侧还设置有竖直的攀爬梯13，以便于焊接机器人6在移动门架2上的拆装和维修。
本实施例提供一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件装置，该装置之中设置有视觉识别装置，利用该视觉识别装置能够对焊接工艺进行预研，进而根据预研结果对焊接机器人进行设置，实现焊接机器人对组立件的自动焊接，提高了生产效率；另外，视觉识别装置能够自动跟踪待焊接的组立件，调整焊接机器人的位置和姿态完成自动化焊接的同时，有效避免了焊接机器人限位报错的问题。
实施例二
本实施例提供一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法，如图4所示，包括如下步骤：
S1：对待焊接的多个组立件进行工艺预研，确定每个组立件对应的焊接工艺参数及焊接机器人的焊接位姿；
作为示例，用KGK激光打标机对待焊接的多个组立件所有待焊焊缝的起弧点位置打上包含焊接工艺参数、焊接机器人的焊接位姿的二维码，在计算机上使用Matlab软件建立二维码识别模块，以识别上述二维码中包含的焊接工艺参数、焊接机器人的焊接位姿参数信息，通过视觉识别该二维码能够得到相应待焊焊缝处的焊接工艺参数及焊接机器人的焊接位姿。在本实施例中，焊接工艺参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度、起弧时间、起弧电流、息弧时间、息弧电流、焊枪角度。
S2：视觉识别出多个组立件的位置，根据工艺预研中确定的位置关系确定出每个组立件与焊接机器人之间的焊接路径；
首先，在待焊接的多个组立件周围设置标记点，参照图1和2所示，视觉识别装置1根据标记点对多个组立件进行图像采集，并将采集得到的图像信息传输至计算机(未在图中示出)，通过计算机中图片比对数据库确认多个组立件的位置。在本实施例中，图片比对数据库定位组立件位置具体包括如下步骤：将采集得到的图片以中心位置建立直角坐标系，以0.1mm为基本单位，每0.1mm×0.1mm区域为一个点，从原点开始，对整张图片所有区域进行编号1-K，每个区域灰度值取值区间为0-255，计算机对所有区域内各点的灰度进行确定灰度值并进行记录，将整张图片各点灰度值记录完毕，然后与图片比对数据库中已存图片进行比对，通过各点灰度值一一对应关系，依次比对拟合度达到99.5％以上，即认定采集图片中的组立件位置为图片比对数据库中图片所记录的工件部位。
接着，计算机根据组立件与焊接机器人6之间的位置差距计算出焊接路径。在本实施例中，图片比对数据库各图片下包含该图片中包含组立件该部位所有焊缝的类型以及空间位置坐标，计算机将焊缝的空间位置坐标信息编辑成焊接机器人6能够识别的焊接路径程序，并将该焊接路径程序以及步骤S1中得到的焊接工艺参数、焊接位姿数据通过数据采集卡以数字信号的方式传输到控制系统，从而控制系统对焊接机器人进行程序设定；除此之外，计算机还将焊缝类型信息传输至控制系统11，从而控制系统11通过旋转盘4调节焊接机器人的朝向，使焊接机器人的朝向与焊缝位置相符。
S3：焊接机器人根据焊接路径到达相应所述组立件的位置，按照工艺预研中确定的焊接工艺参数和焊接位姿对相应的组立件进行焊接。
作为示例，焊接机器人6根据控制系统11的指令，到达待焊焊缝的位置，焊枪7起弧，按照步骤S1中确定的焊接工艺参数和焊接位姿进行焊接。在焊接过程中，焊接机器人6完成一处焊缝的焊接后，能够依据程序中的焊接路径对下一条焊缝进行自动焊接，直至完成焊接。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对待焊接的多个组立件进行工艺预研，确定每个组立件对应的焊接工艺参数及焊接机器人的焊接位姿；
S2：视觉识别出所述多个组立件的位置，根据工艺预研中确定的位置关系确定出每个所述组立件与所述焊接机器人之间的焊接路径；
S3：所述焊接机器人根据所述焊接路径到达相应所述组立件的位置，按照工艺预研中确定的焊接工艺参数和焊接位姿对相应的组立件进行焊接。
2.根据权利要求1所述的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法，其特征在于，步骤S1中，在所述多个组立件所有待焊焊缝的起弧点位置设置有二维码，所述二维码载有所述焊接工艺参数信息及焊接机器人的焊接位姿信息。
3.根据权利要求2所述的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法，其特征在于，通过识别所述二维码，得到所述焊接工艺参数及焊接机器人的焊接位姿。
4.根据权利要求3所述的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法，其特征在于，步骤S2包括：
在待焊接的所述多个组立件周围设置标记点；
根据所述标记点对所述多个组立件进行图像采集，将采集到的图像信息传输至所述计算机，所述计算机中储存有图片比对数据库，通过将所述采集到的图像信息与所述图片比对数据库对比，确认所述多个组立件的位置；
所述计算机根据所述多个组立件与所述焊接机器人之间的位置差距计算出焊接路径。
5.根据权利要求4所述的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法，其特征在于，所述焊接机器人的控制系统根据所述焊接工艺参数、焊接位姿及焊接路径进行程序设定。
6.根据权利要求1所述的焊接船舶组立件的方法，其特征在于，所述焊接工艺参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度、起弧时间、起弧电流、息弧时间、息弧电流、焊枪角度。
7.一种基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件装置，其特征在于，包括：
两条平行设置的导轨，所述导轨沿第一方向延伸；
移动门架，所述移动门架沿与所述第一方向垂直的第二方向设置，所述移动门架的两端分别与所述两条平行设置的导轨滑动连接，以在所述导轨上沿所述第一方向移动；
焊接机器人，所述移动门架上具有两条沿所述第二方向平行设置的传送链，所述焊接机器人设置在每条所述传送链上以沿所述传送链移动，所述焊接机器人与所述传送链之间还设置有旋转盘，以带动所述焊机机器人在水平面上转动；
视觉识别装置，位于所述移动门架的底部，且与所述传送链平行设置，用于采集待焊接的多个组立件的图像信息；
其中，所述焊接机器人与所述视觉识别装置通讯连接，并根据权利要求1-6中任一项所述的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件方法进行焊接。
8.根据权利要求7所述的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件装置，其特征在于，还包括：
计算机，与所述视觉识别装置通讯连接，用于接收所述视觉识别装置发送的信息并做出指令；
控制系统，与所述计算机和所述焊接机器人通信连接，用于接收所述计算机发出的指令，并根据所述指令对所述焊接机器人进行程序设定。
9.根据权利要求8所述的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件装置，其特征在于，所述计算机中储存有图片比对数据库，所述视觉识别装置通过采集待焊接的多个组立件的图像信息，并将所述图像信息与所述图片比对数据库对比，定位出所述待焊接的多个组立件的位置。
10.根据权利要求7所述的基于视觉识别的机器人自动焊接船舶组立件装置，其特征在于，所述视觉识别装置包括多个CCD相机，所述多个CCD相机在所述第二方向上间隔排布。
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