CN116329838B - 基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法，包括以下步骤：步骤一、利用控制设备控制移轴系统的移动轨迹；步骤二、根据激光视觉采集模块识别的焊缝具体数据与预设路径参数进行比对，并持续该焊接加工过程；步骤三、完成焊接任务，控制气动组件切换激光视觉采集模块识别区域；步骤四、对形成的焊缝部分进行采集，完成最终的焊缝位置检测，该自动跟踪方法在焊接头的底部安装有焊缝追踪组件，通过将该组件安装搭建在焊接头的侧边，即可将摄像头随着焊接头的移动而同步移动，消除焊缝图像采集的死角，进行焊接时，通过除尘口可以将形成的焊缝附近产生的灰尘、碎屑等进行及时清理，提高了焊接的效果。

Description

基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法

技术领域

本发明涉及焊接加工技术领域，具体为基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法。

背景技术

焊接是以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的制造工艺及技术，在实际焊接环境中，对于一些板材较薄的材料，会由于存在装夹误差或者焊接时热变形等因素，导致实际焊接的轨迹和预设的焊缝路径之间具有较大的差异，最终导致焊缝的质量无法达到预设的要求。

利用激光视觉和机器学习对焊接过程中的预设路径与实际焊缝位置进行实时采集并矫正，能够有效的提高实际焊缝的焊接位置，但是现有技术中，直接在焊接平台的顶部搭建视觉系统，该方案会导致焊接头朝向视觉模块位置移动时，会对后端焊接完成的区域产生的焊缝进行遮挡，导致焊缝数据采集存在死角或者误差，另一方面，对焊缝的跟踪容易出现偏移，同时也缺少有效的校准结构。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了多方位的焊缝追踪和采集点位，进一步提高了焊缝校准的精确性，提高焊接效率和质量，降低了外部干扰。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法，包括以下步骤：步骤一、利用控制设备控制移轴系统的移动轨迹，进而控制底部焊接头的后续焊接路径，其中移轴系统的底部设置有焊接台，所述焊接台的底部安装有基座，所述焊接头的底部安装有焊缝追踪组件，焊缝追踪组件的底部设置有多组激光视觉采集模块；步骤二、根据激光视觉采集模块识别的焊缝具体数据与预设路径参数进行比对，并持续该焊接加工过程；步骤三、完成焊接任务，控制气动组件切换激光视觉采集模块识别区域，所述激光视觉采集模块的侧边设置有多个除尘口；步骤四、对形成的焊缝部分进行采集，并将采集的图形数据与预设的焊接路径数据进行对比，完成最终的焊缝位置检测。

进一步的，所述步骤二中，激光视觉采集模块识别的焊缝具体数据与预设路径参数误差处于设定的范围内时，持续进行后续的焊接作业，若激光视觉采集模块识别的焊缝具体数据与预设路径参数之间的误差超过设定的范围，该状态下复位焊接头，追踪焊缝末端区域并重新移动至预设路径中再次进行焊接处理。

进一步的，所述移轴系统的顶部安装有升降模块，所述升降模块的后端设置有托台，所述托台的顶部放置有气缸。

进一步的，所述气缸的外侧连接有主气管道，且气缸通过气路管道与底部的焊缝追踪组件部分进行连接，所述焊接头的顶部固定安装在升降模块的底部。

进一步的，所述焊缝追踪组件包括气动机构和激光视觉采集模块，所述气动机构的表面套设有第一滑动套筒和第二滑动套筒，所述第一滑动套筒的底部安装有第一支撑杆，所述第二滑动套筒的底部安装有第二支撑杆。

进一步的，所述激光视觉采集模块固定安装在第二支撑杆的底部，所述第一支撑杆的底部设置有除尘口，所述第一支撑杆和第二支撑杆之间通过弧形的连接杆进行组合固定。

进一步的，所述气动机构包括环形套筒和气动杆，所述环形套筒的内部开设有伸缩槽，所述气动杆的后端插入到伸缩槽的内部，所述气动机构的两端设置有缓冲座。

进一步的，所述第一滑动套筒固定安装在环形套筒的表面，所述第二滑动套筒固定安装在气动杆的表面，每个所述环形套筒的表面均通过充气管道与外部的气缸部分进行连接。

进一步的，所述缓冲座的内部开设有外层凹槽，所述外层凹槽的中间开设有内层凹槽，所述气动杆的末端设置有活动对接板。

进一步的，所述内层凹槽的内壁上安装有缓冲弹簧，所述活动对接板通过气动杆展开后嵌入到外层凹槽的内部，所述缓冲弹簧通过活动对接板挤压后压缩到内层凹槽的内部。

本发明的有益效果：

1.该基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法在焊接头的底部安装有焊缝追踪组件，通过将该模块安装搭建在焊接头的侧边，即可将摄像头随着焊接头的移动而同步移动，同时配合双向的摄像头以及顶部的气动机构，即可消除焊缝图像采集的死角，进而提供更加精准的激光视觉追踪和校准效果，机器学习过程中的效率更高，对焊接点位的预判和控制更加高效。

2.该基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法在焊缝追踪组件的底部设置有除尘口，将该除尘口与顶部的气动机构部分进行连接，即可在通过焊接头将底部的工件进行焊接时，将形成的焊缝附近产生的灰尘、碎屑等进行及时清理，提高了焊接的效果，也能够有效避免碎屑导致激光视觉采集模块的图像采集产生误差。

3.该基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法在气动机构的两端均安装有缓冲座，通过该气动机构能够控制两组激光视觉采集模块进行角度与位置的切换，配合末端的缓冲座，即可在切换时提供缓冲，降低切换过程中产生的振动对激光视觉采集模块部分产生影响。

附图说明

图1为本发明基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法的流程图；

图2为本发明基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法所用到的焊接台的结构示意图；

图3为本发明焊缝追踪组件的结构示意图；

图4为本发明气动机构部分的结构示意图；

图5为本发明缓冲座部分的结构示意图；

图中：1、基座；2、焊接台；3、移轴系统；4、升降模块；5、托台；6、气缸；7、主气管道；8、焊接头；9、焊缝追踪组件；10、气动机构；11、第一滑动套筒；12、第二滑动套筒；13、第一支撑杆；14、除尘口；15、第二支撑杆；16、激光视觉采集模块；17、连接杆；18、充气管道；19、环形套筒；20、气动杆；21、伸缩槽；22、缓冲座；23、活动对接板；24、缓冲弹簧；25、外层凹槽；26、内层凹槽。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法，包括以下步骤：步骤一、利用控制设备控制移轴系统3的移动轨迹，进而控制底部焊接头8的后续焊接路径，其中移轴系统3的底部设置有焊接台2，所述焊接台2的底部安装有基座1，所述焊接头8的底部安装有焊缝追踪组件9，焊缝追踪组件9的底部设置有多组激光视觉采集模块16；步骤二、根据激光视觉采集模块16识别的焊缝具体数据与预设路径参数进行比对，并持续该焊接加工过程，激光视觉采集模块16识别的焊缝具体数据与预设路径参数误差处于设定的范围内时，持续进行后续的焊接作业，若激光视觉采集模块16识别的焊缝具体数据与预设路径参数之间的误差超过设定的范围，该状态下复位焊接头8，追踪焊缝末端区域并重新移动至预设路径中再次进行焊接处理；步骤三、完成焊接任务，控制气动组件切换激光视觉采集模块16识别区域，所述激光视觉采集模块16的侧边设置有多个除尘口14；步骤四、对形成的焊缝部分进行采集，并将采集的图形数据与预设的焊接路径数据进行对比，完成最终的焊缝位置检测，该基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法通过利用两组对称的激光视觉采集模块16随着焊缝追踪组件9进行移动，从而能够随着焊接头8的移动而进行同步移动，在跟踪移动的过程中，将焊接产生的焊缝进行图像采集，并上传到控制系统中，即可将采集到的实际焊缝与设定的焊接路径进行对比，即可进行实时的矫正，并在焊缝发生较大的误差后进行及时复位和调整。

本实施例，所述移轴系统3的顶部安装有升降模块4，所述升降模块4的后端设置有托台5，所述托台5的顶部放置有气缸6，所述气缸6的外侧连接有主气管道7，且气缸6通过气路管道与底部的焊缝追踪组件9部分进行连接，所述焊接头8的顶部固定安装在升降模块4的底部，具体的，移轴系统3包括横轴、纵轴与竖轴三维移动方形，最终驱动顶部的焊接头8在焊接台2的表面进行移动。

本实施例，所述焊缝追踪组件9包括气动机构10和激光视觉采集模块16，所述气动机构10的表面套设有第一滑动套筒11和第二滑动套筒12，所述第一滑动套筒11的底部安装有第一支撑杆13，所述第二滑动套筒12的底部安装有第二支撑杆15，所述激光视觉采集模块16固定安装在第二支撑杆15的底部，所述第一支撑杆13的底部设置有除尘口14，所述第一支撑杆13和第二支撑杆15之间通过弧形的连接杆17进行组合固定，在焊缝追踪组件9的底部设置有除尘口14，将该除尘口14与顶部的气动机构10部分进行连接，即可在通过焊接头8将底部的工件进行焊接时，将形成的焊缝附近产生的灰尘、碎屑等进行及时清理，提高了焊接的效果，也能够有效避免碎屑导致激光视觉采集模块16的图像采集产生误差，具体的，在通过移轴系统3驱动整个焊接头8移动时，通过顶部绑定的焊缝追踪组件9即可驱动底部的激光视觉采集模块16以及除尘口14进行同步移动，且每个激光视觉采集模块16的均朝向焊接头8与工件之间的焊接位置进行采集，两组激光视觉采集模块16能够同时对焊接头8的目标焊接区域以及已经完成的焊接区域进行采集识别，并将该采集的图像进行实时上传处理。

本实施例，所述气动机构10包括环形套筒19和气动杆20，所述环形套筒19的内部开设有伸缩槽21，所述气动杆20的后端插入到伸缩槽21的内部，所述气动机构10的两端设置有缓冲座22，所述第一滑动套筒11固定安装在环形套筒19的表面，所述第二滑动套筒12固定安装在气动杆20的表面，每个所述环形套筒19的表面均通过充气管道18与外部的气缸6部分进行连接，在焊接头8的底部安装有焊缝追踪组件9，通过将该模块安装搭建在焊接头8的侧边，即可将摄像头随着焊接头8的移动而同步移动，同时配合双向的摄像头以及顶部的气动机构10，即可消除焊缝图像采集的死角，进而提供更加精准的激光视觉追踪和校准效果，机器学习过程中的效率更高，对焊接点位的预判和控制更加高效，具体的，通过顶部的气缸6，将高压气体注入到伸缩槽21的内部后，即可驱动末端的伸缩杆沿着伸缩槽21朝向外侧进行推出，最终带动底部的激光视觉采集模块16以及除尘口14进行移动，实现对每个激光视觉采集模块16的采集位置的调控效果，利用该机构即可从多方位对产生的焊缝进行识别采集的作用。

本实施例，所述缓冲座22的内部开设有外层凹槽25，所述外层凹槽25的中间开设有内层凹槽26，所述气动杆20的末端设置有活动对接板23，所述内层凹槽26的内壁上安装有缓冲弹簧24，所述活动对接板23通过气动杆20展开后嵌入到外层凹槽25的内部，所述缓冲弹簧24通过活动对接板23挤压后压缩到内层凹槽26的内部，在气动机构10的两端均安装有缓冲座22，通过该气动机构10能够控制两组激光视觉采集模块16进行角度与位置的切换，配合末端的缓冲座22，即可在切换时提供缓冲，降低切换过程中产生的振动对激光视觉采集模块16部分产生影响，当通过顶部的气动机构10对气动杆20进行推出时，通过末端的活动对接板23即可按压在对向的缓冲座22中，初始状态下缓冲弹簧24弹出到外层凹槽25的内部，从而能在外层凹槽25中对活动对接板23提供缓冲保护的效果，直至将缓冲弹簧24全部推挤到内层凹槽26的内部即可完成缓冲与对接的过程。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用控制设备控制移轴系统（3）的移动轨迹，进而控制底部焊接头（8）的后续焊接路径，其中移轴系统（3）的底部设置有焊接台（2），所述焊接台（2）的底部安装有基座（1），所述焊接头（8）的底部安装有焊缝追踪组件（9），焊缝追踪组件（9）的底部设置有多组激光视觉采集模块（16）；步骤二、根据激光视觉采集模块（16）识别的焊缝具体数据与预设路径参数进行比对，并持续该焊接加工过程；步骤三、完成焊接任务，控制气动机构切换激光视觉采集模块（16）识别区域，所述激光视觉采集模块（16）的侧边设置有多个除尘口（14）；步骤四、对形成的焊缝部分进行采集，并将采集的图形数据与预设的焊接路径数据进行对比，完成最终的焊缝位置检测，所述焊缝追踪组件（9）包括气动机构（10）和激光视觉采集模块（16），所述气动机构（10）的表面套设有第一滑动套筒（11）和第二滑动套筒（12），所述第一滑动套筒（11）的底部安装有第一支撑杆（13），所述第二滑动套筒（12）的底部安装有第二支撑杆（15），所述气动机构（10）包括环形套筒（19）和气动杆（20），所述环形套筒（19）的内部开设有伸缩槽（21），所述气动杆（20）的后端插入到伸缩槽（21）的内部，所述气动机构（10）的两端设置有缓冲座（22），所述第一滑动套筒（11）固定安装在环形套筒（19）的表面，所述第二滑动套筒（12）固定安装在气动杆（20）的表面，每个所述环形套筒（19）的表面均通过充气管道（18）与外部的气缸（6）部分进行连接，所述缓冲座（22）的内部开设有外层凹槽（25），所述外层凹槽（25）的中间开设有内层凹槽（26），所述气动杆（20）的末端设置有活动对接板（23），所述内层凹槽（26）的内壁上安装有缓冲弹簧（24），所述活动对接板（23）通过气动杆（20）展开后嵌入到外层凹槽（25）的内部，所述缓冲弹簧（24）通过活动对接板（23）挤压后压缩到内层凹槽（26）的内部，所述激光视觉采集模块（16）固定安装在第二支撑杆（15）的底部，所述第一支撑杆（13）的底部设置有除尘口（14），所述第一支撑杆（13）和第二支撑杆（15）之间通过弧形的连接杆（17）进行组合固定。

2.根据权利要求1所述的基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法，其特征在于：所述步骤二中，激光视觉采集模块（16）识别的焊缝具体数据与预设路径参数误差处于设定的范围内时持续进行后续的焊接作业，若激光视觉采集模块（16）识别的焊缝具体数据与预设路径参数之间的误差超过设定的范围，该状态下自动复位焊接头（8），并追踪焊缝末端区域并重新移动至预设路径中再次进行焊接处理。

3.根据权利要求1所述的基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法，其特征在于：所述移轴系统（3）的顶部安装有升降模块（4），所述升降模块（4）的后端设置有托台（5），所述托台（5）的顶部放置有气缸（6）。

4.根据权利要求3所述的基于激光视觉和机器学习的焊缝自动跟踪方法，其特征在于：所述气缸（6）的外侧连接有主气管道（7），且气缸（6）通过气路管道与底部的焊缝追踪组件（9）部分进行连接，所述焊接头（8）的顶部固定安装在升降模块（4）的底部。