CN116984784A - 一种基于Yolov5的安全焊接系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接和计算机视觉技术领域，提出一种基于Yolov5的安全焊接系统及方法，其中包括：机械手臂和控制模块，所述机械手臂上安装有焊枪，所述控制模块与所述机械手臂的控制端连接以控制所述机械手臂对待焊接工件进行焊接；摄像输入模块，用于获取作业现场的视频源数据；安全帽检测模块，其上搭载有基于Yolov5的第一目标检测模型，用于对所述视频源数据中的作业人员进行识别，并对作业人员是否佩戴安全帽进行识别，输出安全帽检测结果；工件质检模块，其上搭载有基于Yolov5的第二目标检测模型，用于对所述视频源数据中的工件进行质量检测，输出焊接质量检测结果；显示模块，用于可视化显示所述安全帽检测结果和所述焊接质量检测结果。

Description

一种基于Yolov5的安全焊接系统及方法
技术领域
本发明涉及焊接和计算机视觉技术领域，更具体地，涉及一种基于Yolov5的安全焊接系统及方法。
背景技术
目前的焊接机器人具备多轴运动系统和焊接设备，能够根据预先设定的程序和路径进行焊接操作，具有高度精准性、高速度和高生产效率等特点。目前的焊接机器人一般包括安装有焊枪的机械手臂，用于采集待焊接工件图像的采集装置，用于控制机械手臂的移动以实现焊接的控制器，实现焊接过程的自动化和机械化。
然而，目前的焊接机器人在实际操作过程中仍然需要配合工作人员进行焊接工件的质检作业，且在焊接编程的过程中仍然需要人工操作，这对操作的工作人员造成一定的安全隐患。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的焊接作业需要人工进行工件的质检及编程操作，对工作人员造成一定安全隐患的缺陷，提供一种基于Yolov5的安全焊接系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于Yolov5的安全焊接系统，包括：
机械手臂和控制模块，所述机械手臂上安装有焊枪，所述控制模块与所述机械手臂的控制端连接以控制所述机械手臂对待焊接工件进行焊接；
摄像输入模块，用于获取作业现场的视频源数据；
安全帽检测模块，其上搭载有基于Yolov5的第一目标检测模型，用于对所述视频源数据中的作业人员进行识别，并对作业人员是否佩戴安全帽进行识别，输出安全帽检测结果；
工件质检模块，其上搭载有基于Yolov5的第二目标检测模型，用于对所述视频源数据中的工件进行质量检测，输出焊接质量检测结果；
显示模块，用于可视化显示所述安全帽检测结果和所述焊接质量检测结果。
作为优选方案，所述摄像输入模块包括至少2个摄像头，所述摄像头分别安装于焊接作业空间及所述机械手臂操作端。
作为优选方案，所述机械手臂安装于三轴移动平台；所述控制模块还用于根据其预设的工程文件控制所述三轴移动平台。
作为优选方案，所述系统还包括报警模块，用于根据所述安全帽检测结果控制是否发出警报信号；所述报警模块包括蜂鸣器和/或震动马达。
本发明还提出了一种基于Yolov5的安全焊接方法，应用于本发明提出的基于Yolov5的安全焊接系统。其中，所述方法包括以下步骤：
所述控制模块根据其预设的工程文件控制所述机械手臂的移动以实现工件焊接；
焊接过程中，通过所述摄像输入模块获取作业现场的视频源数据；将获取的所述视频源数据分别输入所述第一目标检测模型和所述第二目标检测模型中分别进行安全帽检测和工件焊接质量检测，并将安全帽检测结果和焊接质量检测结果传输至所述显示模块中进行可视化显示；
其中，所述第一目标检测模型和所述第二目标检测模型中分别配置有经过训练的Yolov5目标检测网络。
作为优选方案，所述视频源数据包括作业现场视频源数据和工件焊接视频源数据；
其中，所述作业现场视频源数据输入所述第一目标检测模型中进行作业人员的定位及是否佩戴安全帽的识别，输出包括是否佩戴安全帽的安全帽检测结果；
所述工件焊接视频源数据输入所述第二目标检测模型中进行工件的定位及工件焊接质量检测，输出焊接质量检测结果。
作为优选方案，所述将安全帽检测结果和焊接质量检测结果传输至所述显示模块中进行可视化显示，包括：
根据所述第一目标检测模型输出的包括作业人员定位结果的预测框，在作业现场视频帧中进行标记，并加入安全帽检测结果标签后，传输至所述显示模块中进行可视化显示；
根据所述第二目标检测模型输出的包括工件定位结果的预测框，在工件焊接视频帧中进行标记，并加入焊接质量检测结果标签后，传输至所述显示模块中进行可视化显示。
作为优选方案，所述方法还包括：对所述第一目标检测模型输出的安全帽检测结果进行解析：当所述安全帽检测结果为未佩戴安全帽，则控制发出蜂鸣声和/或控制震动生成报警信号。
进一步地，本发明还提出了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，其中所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行本发明提出的基于Yolov5的安全焊接方法的步骤。
进一步地，本发明还提出了一种存储介质，其上存储有计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令被处理器执行时实现本发明提出的基于Yolov5的安全焊接方法的步骤。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明通过引入Yolov5目标检测算法，为焊接过程提供了更高水平的安全监管和工件质检，使其具有显著的安全性，且在生产效率、实时监管以及精准性和可靠性方面具有显著效果。
附图说明
图1为实施例1的基于Yolov5的安全焊接系统的架构图。
图2为实施例2的基于Yolov5的安全焊接方法的流程图。
图3为实施例2的安全帽检测结果可视化显示效果图。
图4为实施例2的焊接质量检测结果可视化显示效果图。
具体实施方式
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。
以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。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。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
需要说明的是，以下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，遂图式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型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提出一种基于Yolov5的安全焊接系统，如图1所示，为本实施例的基于Yolov5的安全焊接系统的架构图。
本实施例提出的基于Yolov5的安全焊接系统中，包括：
机械手臂，其上安装有焊枪；
控制模块，所述控制模块与所述机械手臂的控制端连接以控制所述机械手臂对待焊接工件进行焊接；
摄像输入模块，用于获取作业现场的视频源数据；
安全帽检测模块，其上搭载有基于Yolov5的第一目标检测模型，用于对所述视频源数据中的作业人员进行识别，并对作业人员是否佩戴安全帽进行识别，输出安全帽检测结果；
工件质检模块，其上搭载有基于Yolov5的第二目标检测模型，用于对所述视频源数据中的工件进行质量检测，输出焊接质量检测结果；
显示模块，用于可视化显示所述安全帽检测结果和所述焊接质量检测结果。
在具体实施过程中，所述控制模块根据其预设的工程文件控制所述机械手臂的移动以实现工件焊接。在工件焊接过程中，所述摄像输入模块获取作业现场的视频源数据，并将采集的视频源数据传输至安全帽检测模块和工件质检模块中。其中，所述安全帽检测模块通过其搭载的基于Yolov5的第一目标检测模型对所述视频源数据中的作业人员进行识别，并对作业人员是否佩戴安全帽进行识别，向所述显示模块输出安全帽检测结果。所述工件质检模块通过其搭载的基于Yolov5的第二目标检测模型对所述视频源数据中的工件进行质量检测，向所述显示模块输出焊接质量检测结果。
所述显示模块将其接收的安全帽检测结果和焊接质量检测结果进行可视化显示，以提醒作业现场的工作人员当前是否处于安全焊接作业，同时实现智能的工件焊接质量检测以替代人工作业，避免对作业人员产生安全隐患。
本实施例提出的安全焊接系统通过引入Yolov5目标检测算法，为焊接过程提供了更高水平的安全监管和工件质检，使其具有显著的安全性，且在生产效率、实时监管以及精准性和可靠性方面具有显著效果。
在一可选实施例中，所述摄像输入模块包括至少2个摄像头，所述摄像头分别安装于焊接作业空间及所述机械手臂的操作端。
其中，安装于焊接作业空间的摄像头用于采集作业现场的视频源数据，进一步用于作业人员的安全帽佩戴情况进行实时检测，确保工人采取了必要的安全措施。安装于机械手臂操作端的摄像头用于采集工件焊接过程的视频源数据，配合所述工件质检模块识别焊接接头的准确性和一致性，进一步判断焊接工件是否合格，并及时反馈结果。
在另一可选实施例中，所述机械手臂安装于三轴移动平台。所述控制模块还用于根据其预设的工程文件控制所述三轴移动平台，配合三轴移动平台和机械手臂执行焊接作业。
进一步可选地，所述机械手臂选用三轴机械手臂或六轴机械手臂。
在另一可选实施例中，所述系统还包括报警模块，用于根据所述安全帽检测结果控制是否发出警报信号；所述报警模块包括蜂鸣器和/或震动马达。
其中，当安全帽检测模块输出的安全帽检测结果为未佩戴安全帽时，所述报警模块发出警报信号，所述警报信号包括蜂鸣声和/或震动警示。
实施例2
本实施例提出一种基于Yolov5的安全焊接方法，应用于实施例1提出的基于Yolov5的安全焊接系统。如图2所示，为本实施例的基于Yolov5的安全焊接方法的流程图。
本实施例提出的基于Yolov5的安全焊接方法中，包括以下步骤：
所述控制模块根据其预设的工程文件控制所述机械手臂的移动以实现工件焊接；
焊接过程中，通过所述摄像输入模块获取作业现场的视频源数据；
将获取的所述视频源数据分别输入所述第一目标检测模型和所述第二目标检测模型中分别进行安全帽检测和工件焊接质量检测，并将安全帽检测结果和焊接质量检测结果传输至所述显示模块中进行可视化显示。
其中，所述第一目标检测模型和所述第二目标检测模型中分别配置有经过训练的Yolov5目标检测网络。
本实施例中引入Yolov5目标检测算法进行安全帽检测和焊接质量检测，通过识别焊接接头的准确性和一致性，该模块能够判断焊接工件是否合格，并及时反馈结果，实现智能工件焊接质量检测；通过对工人的安全帽佩戴情况进行实时检测，确保工人采取了必要的安全措施，提高焊接作业的安全性。
在一可选实施例中，所述视频源数据包括作业现场视频源数据和工件焊接视频源数据。
其中，所述作业现场视频源数据输入所述第一目标检测模型中进行作业人员的定位及是否佩戴安全帽的识别，输出包括是否佩戴安全帽的安全帽检测结果。所述工件焊接视频源数据输入所述第二目标检测模型中进行工件的定位及工件焊接质量检测，输出焊接质量检测结果。
进一步地，在一可选实施例中，所述将安全帽检测结果和焊接质量检测结果传输至所述显示模块中进行可视化显示，包括以下步骤：
根据所述第一目标检测模型输出的包括作业人员定位结果的预测框，在作业现场视频帧中进行标记，并加入安全帽检测结果标签后，传输至所述显示模块中进行可视化显示；
根据所述第二目标检测模型输出的包括工件定位结果的预测框，在工件焊接视频帧中进行标记，并加入焊接质量检测结果标签后，传输至所述显示模块中进行可视化显示。
如图3所示，为本实施例的安全帽检测结果可视化显示效果图。图示作业人员戴着红色安全帽，红色方框为yolov5目标检测框且此时置信度为91%，此时检测到作业人员有佩戴安全帽并且显示安全帽验证成功。
如图4所示，为本实施例的焊接质量检测结果可视化显示效果图。图示中红色为yolov5目标检测框，标签表示该产品为合格品。
进一步地，在一可选实施例中，所述方法还包括以下步骤：对所述第一目标检测模型输出的安全帽检测结果进行解析：当所述安全帽检测结果为未佩戴安全帽，则控制发出蜂鸣声和/或控制震动，生成报警信号。
实施例3
本实施例提出一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，其中所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行实施例2提出的基于Yolov5的安全焊接方法的全部或部分步骤。
实施例4
本实施例提出一种存储介质，所述存储介质上存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行，以实现实施例2提出的基于Yolov5的安全焊接方法的全部或部分步骤。
可以理解，所述存储介质可以是瞬时性的，也可以是非瞬时性的。示范性地，所述存储介质包括但不限于U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机访问存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
示范性地，所述指令、程序、代码集或指令集可采用Java、Python、C++、R、或Golang等编程语言实现。
示范性地，所述处理器包括但不限于智能手机、个人计算机、服务器、网络设备等，用于执行实施例2所述方法的全部或部分步骤。
在一些示例中提供一种计算机程序产品，具体可以通过硬件、软件或其结合的方式实现。作为非限制性示例，所述计算机程序产品可以体现为所述存储介质，还可以体现为软件产品，例如SDK（Software Development Kit，软件开发包）等。
在一些示例中提供一种计算机程序，包括计算机可读代码，在所述计算机可读代码在计算机设备中运行的情况下，所述计算机设备中的处理器执行用于实现所述方法中的部分或全部步骤。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。应理解，在本公开的各种实施例中，上述各步骤/过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各步骤/过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对实施例的实施过程构成任何限定。还应理解，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于Yolov5的安全焊接系统，包括机械手臂和控制模块，所述机械手臂上安装有焊枪，所述控制模块与所述机械手臂的控制端连接以控制所述机械手臂对待焊接工件进行焊接；其特征在于，还包括：
摄像输入模块，用于获取作业现场的视频源数据；
安全帽检测模块，其上搭载有基于Yolov5的第一目标检测模型，用于对所述视频源数据中的作业人员进行识别，并对作业人员是否佩戴安全帽进行识别，输出安全帽检测结果；
工件质检模块，其上搭载有基于Yolov5的第二目标检测模型，用于对所述视频源数据中的工件进行质量检测，输出焊接质量检测结果；
显示模块，用于可视化显示所述安全帽检测结果和所述焊接质量检测结果。
2.根据权利要求1所述的基于Yolov5的安全焊接系统，其特征在于，所述摄像输入模块包括至少2个摄像头，所述摄像头分别安装于焊接作业空间及所述机械手臂的操作端。
3.根据权利要求1所述的基于Yolov5的安全焊接系统，其特征在于，所述机械手臂安装于三轴移动平台；所述控制模块还用于根据其预设的工程文件控制所述三轴移动平台。
4.根据权利要求1~3任一项所述的基于Yolov5的安全焊接系统，其特征在于，所述系统还包括报警模块，用于根据所述安全帽检测结果控制是否发出警报信号；所述报警模块包括蜂鸣器和/或震动马达。
5.一种基于Yolov5的安全焊接方法，应用于权利要求1~4任一项所述的安全焊接系统，其特征在于，包括以下步骤：
所述控制模块根据其预设的工程文件控制所述机械手臂的移动以实现工件焊接；
焊接过程中，通过所述摄像输入模块获取作业现场的视频源数据；将获取的所述视频源数据分别输入所述第一目标检测模型和所述第二目标检测模型中分别进行安全帽检测和工件焊接质量检测，并将安全帽检测结果和焊接质量检测结果传输至所述显示模块中进行可视化显示；
其中，所述第一目标检测模型和所述第二目标检测模型中分别配置有经过训练的Yolov5目标检测网络。
6.根据权利要求5所述的基于Yolov5的安全焊接方法，其特征在于，所述视频源数据包括作业现场视频源数据和工件焊接视频源数据；
其中，所述作业现场视频源数据输入所述第一目标检测模型中进行作业人员的定位及是否佩戴安全帽的识别，输出包括是否佩戴安全帽的安全帽检测结果；
所述工件焊接视频源数据输入所述第二目标检测模型中进行工件的定位及工件焊接质量检测，输出焊接质量检测结果。
7.根据权利要求6所述的基于Yolov5的安全焊接方法，其特征在于，所述将安全帽检测结果和焊接质量检测结果传输至所述显示模块中进行可视化显示，包括：
根据所述第一目标检测模型输出的包括作业人员定位结果的预测框，在作业现场视频帧中进行标记，并加入安全帽检测结果标签后，传输至所述显示模块中进行可视化显示；
根据所述第二目标检测模型输出的包括工件定位结果的预测框，在工件焊接视频帧中进行标记，并加入焊接质量检测结果标签后，传输至所述显示模块中进行可视化显示。
8.根据权利要求5~7任一项所述的基于Yolov5的安全焊接方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述第一目标检测模型输出的安全帽检测结果进行解析：当所述安全帽检测结果为未佩戴安全帽，则控制发出蜂鸣声和/或控制震动生成报警信号。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，其特征在于，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求5~8任一项所述的基于Yolov5的安全焊接方法的步骤。
10.一种存储介质，其上存储有计算机可读指令，其特征在于，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如权利要求5~8任一项所述的基于Yolov5的安全焊接方法的步骤。
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