TW201728422A - 用於監控機器人處理工具位置之測距儀裝置及其方法 - Google Patents

用於監控機器人處理工具位置之測距儀裝置及其方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201728422A
TW201728422A TW105115247A TW105115247A TW201728422A TW 201728422 A TW201728422 A TW 201728422A TW 105115247 A TW105115247 A TW 105115247A TW 105115247 A TW105115247 A TW 105115247A TW 201728422 A TW201728422 A TW 201728422A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
processing tool
laser
unit
range finder
camera unit
Prior art date
Application number
TW105115247A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI689388B (zh
Inventor
尚保羅 柏伊洛
雅各安德烈 甘伯利
安德烈 魯斯拿克
Original Assignee
賽融公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 賽融公司 filed Critical 賽融公司
Publication of TW201728422A publication Critical patent/TW201728422A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI689388B publication Critical patent/TWI689388B/zh

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0252—Steering means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
    • B23K9/1272—Geometry oriented, e.g. beam optical trading
    • B23K9/1274—Using non-contact, optical means, e.g. laser means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0211—Carriages for supporting the welding or cutting element travelling on a guide member, e.g. rail, track
    • B23K37/0229—Carriages for supporting the welding or cutting element travelling on a guide member, e.g. rail, track the guide member being situated alongside the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0953—Monitoring or automatic control of welding parameters using computing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0956—Monitoring or automatic control of welding parameters using sensing means, e.g. optical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697—Vision controlled systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

所揭示者係一用於監控一機器人處理工具相對於一安裝為鄰接該機器人處理工具之追蹤裝置之一三維(3D)位置的測距儀裝置。一可附接至該追蹤裝置之主體支撐一雷射單元及一攝影機單元。該雷射單元在該處理工具之一目標區域上投影一三角雷射標記。該標記、一工具中心點、及一處理區域均處於該攝影機單元之一視野中。一控制單元控制該雷射單元之操作，並具有一影像分析儀電路，其用於接收由該攝影機單元所產生之一影像信號，從該影像信號中的該三角雷射標記產生三角雷射測量資料，依據該三角雷射測量資料的變動產生一指示該機器人處理工具之該位置的信號，以及傳輸由該攝影機單元所產生的該影像信號。

Description

用於監控機器人處理工具位置之測距儀裝置及其方法
本發明係關於機器人材料處理，且更特別地，係關於一測距儀裝置及一用於監控一機器人處理工具相對於安裝為鄰接該機器人處理工具之一追蹤攝影機之一位置的方法。該機器人處理工具特別可為一焊接炬，且該追蹤攝影機特別可為一焊接接頭追蹤攝影機。
焊接接頭追蹤雷射攝影機通常係設計為具有一三角雷射，其在該焊接炬前面於一固定距離處預見。這些攝影機有時候配備一額外的二維(2D)彩色攝影機，其係位於與該三角雷射相同的該攝影機正面，觀看與該三角雷射相同的區域。這些追蹤雷射攝影機無法監控該焊接炬尖端的區域或該焊接炬相對於該追蹤攝影機與該焊接接頭的位置。該焊接炬與工件或附近結構的偶然碰撞可引起該焊接炬的永久變形以及相對於該雷射攝影機的位移，破壞機器人TCP（工具中心點）的初始校準。此相對位移若未經偵測及改正，可導致該焊接接頭的追蹤失誤並導致焊接缺陷。此類位移或永久變形甚至仍會發生在配備如專利案US 6,346,751（Delfino等人）中所述之防撞安全工具架的機器人上。US 5,329,092（Weaver等人）提出一相對於一焊接機器人安裝在一固定位置的對準規塊。該塊具有一V形凹槽，焊條係經規劃以一週期性基礎通過其中。若焊條接觸到該規塊的側壁，則偵測到焊條的未對準。每當需要一對準檢查時，該機器人的工作操作就必須停止，且該炬尖端朝向該規塊的位移耗費時間及空間。
根據本發明之一態樣，茲提供一用於監控一機器人處理工具相對於一安裝為鄰接該機器人處理工具之追蹤裝置之一位置的測距儀裝置，該測距儀裝置包含：
一主體，其可附接至該追蹤裝置；
一雷射單元，其係由該主體支撐，該雷射單元具有一雷射及一操作性投影配置，其用於在該機器人處理工具之一預定的目標區域上投影一三角雷射標記；
一攝影機單元，其係由該主體支撐，該攝影機單元具有一影像感測器及一光學觀看配置，以便該機器人處理工具之該目標區域上的該三角雷射標記、該機器人處理工具之一工具中心點、及一處理區域均處於該攝影機單元的視野中；以及
一控制單元，其係連接至該雷射單元及該攝影機單元，該控制單元具有：
一雷射控制電路，其用於控制該雷射單元的操作；及
一影像分析儀電路，其用於接收由該攝影機單元之該影像感測器所產生之一影像信號，由該影像信號中的該三角雷射標記產生三角雷射測量資料，依據該三角雷射測量資料的變動產生一指示該機器人處理工具之位置的信號，並傳輸由該攝影機單元所產生的該影像信號。
根據本發明之另一態樣，茲提供一用於監控一機器人處理工具相對於一安裝為鄰接該機器人處理工具之追蹤裝置之一位置的方法，該方法包含以下步驟：
將一測距儀裝置附接至該追蹤裝置，該測距儀裝置包含一雷射單元，其具有一雷射及一操作性投影配置，其用於投影一三角雷射標記；一攝影機單元，其具有一影像感測器及一光學觀看配置；及一控制單元，其係連接至該雷射單元及該攝影機單元；
定位該雷射單元，以便該三角雷射標記可投影在該機器人處理工具之一目標區域上；
定位該攝影機單元，以便該三角雷射標記、該機器人處理工具之一工具中心點、及一處理區域均處於該攝影機單元的視野中；
控制該雷射單元的操作，以便該三角雷射標記被投影在該機器人處理工具之該預定的目標區域上；
接收由該攝影機單元之該影像感測器所產生之一影像信號；
從該影像信號中的該三角雷射標記產生三角雷射測量資料；
依據該三角雷射測量資料的變動產生一指示該機器人處理工具之該位置的信號；以及
傳輸由該攝影機單元產生的該影像信號，藉此該機器人處理工具的該位置係以該影像信號及該指示該機器人處理工具之該位置的信號進行監控。
參照圖1及圖2，所顯示的是一機器人焊接炬2（例如，一氣體金屬電弧焊接(gas metal arc welding, GMAW)炬）之一典型設置，機器人焊接炬2係附接至一機器人腕4，並具有一透過機械耦合及夾具10例如使用一安裝架組合件(mounting bracket assembly) 8附接至機器人腕4之安裝為鄰接機器人焊接炬2之焊接接頭追蹤攝影機6。焊接接頭追蹤攝影機6係配置為例如使用一以一角度投影至一工件16上之雷射線14以及由焊接接頭追蹤攝影機6所擷取之影像的適當三角分析在機器人焊接炬2前面以一固定的預見距離追蹤一焊接接頭12（如圖1中所示）。
雖然本發明的下列說明係參照一具有一機器人焊接炬及一焊接接頭追蹤攝影機的焊接背景，須了解其他材料處理背景亦打算歸入本發明。一密封劑槍、一切割或一加工工具為可用來取代一焊接炬之機器人處理工具的範例。同樣地，亦可使用一追蹤裝置來取代一焊接接頭追蹤攝影機，該追蹤裝置追蹤一邊緣或另一可追蹤元件，以用於導引該機器人處理工具的位移。
根據本發明之一實施例，焊接接頭追蹤攝影機6具有一測距儀裝置18，以用於監控機器人焊接炬2相對於焊接接頭追蹤攝影機6的位置。
參照圖3，測距儀裝置18具有一主體20，其可附接至焊接接頭追蹤攝影機6（例如，如圖1中所示）。一雷射單元22係由主體20支撐。雷射單元22具有一雷射24及一操作性投影配置26（例如，一線透鏡(line lens)），其將一雷射點轉換為一雷射線，以用於在機器人焊接炬2（例如，如圖1中所示）之一預定的目標區域上投影一三角雷射標記28。一攝影機單元30係由主體20支撐。攝影機單元30具有一影像感測器32及一光學觀看配置34，以便機器人焊接炬2之目標區域上的三角雷射標記28、機器人焊接炬2之一工具中心點(TCP) 36、及一焊接區域38（如圖1中所示）可藉由影像觀測器32來觀看。
參照圖6，一控制單元40係連接至雷射單元22及攝影機單元30。控制單元40具有一雷射控制電路，其用於控制雷射單元22的操作。控制單元40亦具有一影像分析儀電路，其用於接收由攝影機單元30之影像感測器32所產生之一影像信號，由例如圖7中所示之影像信號中的三角雷射標記28產生三角雷射測量資料，依據三角雷射測量資料的變動產生一指示機器人焊接炬2（例如，如圖1中所示）之位置的信號，並透過例如一視頻輸出連接器58傳輸由攝影機單元30所產生的影像信號。雷射控制電路及影像分析儀電路可藉由一現場可程式化閘陣列(FPGA) 42來體現，現場可程式化閘陣列42係連接至一處理單元(CPU) 44，其具有一處理器46及一記憶體48（或者若有需要，則具有多個處理器及記憶體模組），因為此類組件係高度可組態並可用於執行各種功能。然而，須了解雷射控制電路若有需要則可以不同方式實施，例如，使用一微控制器或一以離散電氣及電子組件製成的電路。
參照圖3、圖4及圖5，主體20較佳地具有一安裝組合件（例如，銷及螺栓50），以用於在焊接接頭追蹤攝影機6面向機器人焊接炬2（如圖1及2中所示）的一側52上安裝主體20。安裝組合件使得主體20之一傾斜角度被調整為追蹤攝影機6相對於焊接炬2之一傾斜角度，以便雷射單元22及攝影機單元30經定向及定位，以在測距儀裝置18安裝在追蹤攝影機6上的時候固定炬角度及預見距離(LAD)。此可藉由下列來達成：使主體20在追蹤攝影機6的一側上具有一安裝表面，其具有針對此目的之一適當的安裝角度；或使追蹤攝影機6具有一用於測距儀裝置18的容置表面(accommodating surface)。安裝組合件可為可調整的，以依需要調適測距儀裝置18相對於追蹤攝影機6的角度。安裝組合件較佳地應為氣密式，以防止可能的煙氣進入。
再次參照圖1及圖2，機器人焊接炬2的目標區域較佳地具有一目標54，其在機器人焊接炬2面向焊接接頭追蹤攝影機6之一前側上延伸。目標54可為一雕刻在機器人焊接炬2之前側上的標記（圖中未顯示）或一藉由一適當的托架配置55附接至機器人焊接炬2並具有一較佳地針對三角測量經過良好調適之形狀的方塊。形狀可有利地相當於從機器人焊接炬2朝焊接接頭追蹤攝影機6投影之一三角形，如圖1及圖2中所示。此一類目標元件改善三角測量的精準度，例如，針對炬主體的XYZ位置比0.2 mm更佳。方塊可有利地以硬質陽極化的鋁、黃銅、或其他高度抗焊濺物的材料製成。
回顧圖6，記憶體48可為影像分析儀電路所用，以用於儲存機器人焊接炬2（例如，如圖1中所示）的參考位置資料。連接至記憶體48之處理器46可經組態用於比較指示機器人焊接炬2之位置的信號與參考位置資料，並在偵測到指示機器人焊接炬2之位置的信號與參考位置資料間之一差值超過一預設的位移臨限時產生一警告信號。若有需要，所偵測到的位置差值及警告資料與一時間戳記可儲存在記憶體48中。警告信號可透過一連接器56進行外部傳輸。交替或額外地，警告信號可採取下列形式：由一揚聲器（未圖示）發出一可聽聲輸出或由一光指示器（未圖示）發出一可見信號輸出。處理器46可經組態以在產生警告信號時在記憶體48中儲存來自由攝影機單元30之影像感測器32所產生之影像信號之一影像。影像可透過例如位於一同軸線路49之一端的視頻輸出連接器58進行外部傳輸，以供一操作者例如在一平板或顯示螢幕（未圖示）上觀看。控制單元40可具有一無線通訊模組（未圖示），以用於在需要時與外部裝置（未圖示）通訊，例如，M2M loT（機械對機械物聯網）。連接器56可用於例如透過一控制線路43及一乙太網路線路45與控制單元40通訊，並用於例如透過供電線路47提供電力供應。
記憶體48可用於儲存焊接炬識別資料及對應的焊接炬組態資料。處理器46之後可經組態以具有一功能，該功能用於從由攝影機單元30之影像感測器32所產生之影像信號中所偵測到之一識別標記偵測機器人焊接炬2（如圖1中所示）之一識別（例如，一條碼）；以及從記憶體48檢索對應的焊接炬組態資料，以用於產生三角雷射測量資料。影像信號中的識別標記可例如源自於一附加至機器人焊接炬2的ID標籤60，如圖1中所示。可選地，機器人焊接炬2及測距儀裝置18兩者可配備IoT通訊。
由雷射單元22所投影的三角雷射標記28（例如，如圖1中所示）可由平行或交叉線組成，以改善三角測量的精準度。攝影機單元30可具有一感測器介面板170，以用於處理影像信號。攝影機單元30較佳地具有一自動對焦及一可由控制單元40控制之可調整的感興趣區域。攝影機單元30較佳地具有一在影像感測器32前面延伸的快門71，如圖3中所示，其可藉由控制單元40進行操作。快門71可有利地為一液晶顯示器(LCD)快門，在焊接期間啟動以切割來自到達影像感測器32上之焊接電弧的強輻射。
處理器46較佳地經組態以藉由從攝影機單元30接收之影像信號的影像分析來計算TCP的位置。此一類TCP位置可用於定義座標系統之一原點。
參照圖7及圖8，影像分析儀電路可經組態以偵測影像信號中的強度峰值及歸因於三角雷射標記28在機器人焊接炬2（例如，如圖1中所示）上之投影的分段三角雷射標記28中的兩斷點68、70。機器人焊接炬2的位置可使用多項式校準參數的調整依據兩斷點68、70間之距離的變動而判定。圖8顯示攝影機單元30所觀看之一輪廓之一範例。
參照圖4及圖5，測距儀裝置18較佳地可進一步具有發光二極體(LED) 62，發光二極體(LED) 62係藉由主體20來支撐，並定向以照亮由影像感測器32（如圖3中所示）所觀看之一現場。
回顧圖3，測距儀裝置18較佳地具有一投影窗64，其在雷射單元22及攝影機單元30的前面延伸；及一空氣噴射配置66，如圖5中所示，其在投影窗64之一外部側上延伸。投影窗64隔離雷射單元22及攝影機單元30之固定的投影透鏡27、33。結果，測距儀裝置18的所有光學孔徑均受到投影窗64的冷卻及保護，使該等免於污染物質及煙氣，投影窗64係設計為具有完全環繞孔徑區域之整合的空氣噴射配置66。
參照圖9，其顯示一用於測距儀裝置18（例如，如圖1中所示）之可行的自動自校準序列。初始，如方塊72所描述的，測距儀裝置18係作為焊接接頭追蹤攝影機6之一整體零件或作為一分開零件的任一者附接至焊接接頭追蹤攝影機6。雷射單元22應予以定位，以便三角雷射標記28可投影在機器人焊接炬2的目標區域上。攝影機單元30應予以定位，以便三角雷射標記28、機器人焊接炬2之工具中心點36、及焊接區域38均可由影像感測器32觀看。接著開始校準，如方塊74所描述者。設置的特徵及參數經過確認，以判定／檢查焊接接頭追蹤攝影機6的預見距離(LAD)、其角度等，如方塊76所描述者。雷射單元22的操作係受到控制，以便三角雷射標記28被投影在機器人焊接炬2的目標區域上，且攝影機單元30的視野覆蓋至少目標區域，如方塊78所描述的，以用於實行校準。在一實施例中，攝影機單元30的視野具有一角錐形57，如圖2中以虛線顯示者，其從攝影機單元30開始展開（雖然以2D顯示，但須了解角錐形具有一3D體積）。攝影機單元30之一聚焦區域係針對串流及檢查兩種模式進行調整，如方塊80所描述者。設置的參數（例如，攝影機對炬軸的角度、追蹤雷射線的預見距離、炬目標位置的容差、在焊接序列期間或之間用於炬目標位置監控且亦用於焊接接點監控之影像感測器32的感興趣區域）係例如透過一連接至測距儀裝置18之控制單元40的平板或個人電腦(PC)（未圖示）由一操作者輸入，並開始一校準序列，如方塊82所描述者。參數登錄可藉由攝影機單元30讀取炬主體上的炬ID標籤60來自動化，且參數資料可從控制單元40之記憶體48中之一資料庫進行檢索。校準序列可藉由打開發光二極體(LED)62及雷射24以及以攝影機單元30獲取目標54上之一三角雷射標記28的影像來開始，如方塊84所描述者。編程在控制單元40中之一視覺演算法接著例如透過強度峰值及分段三角雷射標記28的兩斷點68、70判定三角雷射標記28的位置，如方塊86所描述者。斷點68、70之間的距離取決於三角雷射標記28在目標上的位置。控制單元40判定目標之2D影像上的位置、其外觀尺寸、及三角雷射標記28在目標上的位置。從目標的實際尺寸，如方塊88所描述的，在目標三角雷射標記28上所測量之兩斷點68、70之間的距離係使用多項式校準參數的調整來校準，如方塊90所描述者。機器人焊接炬2的正規XYZ位置因而在機器人焊接炬2的參考座標系中使用兩斷點68、70的位置判定，並完成校準，如方塊92所描述者。如圖7中所示，斷點68、70的垂直位置提供沿著X軸之一位移測量，斷點68、70的水平位置提供沿著Y軸之一位移測量，而斷點68、70之間的距離提供沿著Z軸之一位移測量。位置的變動亦經過計算並儲存在記憶體48中。控制單元40可經組態以遵循一定義何時應實行一校準檢查的校準檢查常式。在另一實施例中，炬位置可藉由一交叉線雷射來測量，交叉線雷射找出炬主體的Y中心及雕刻在炬主體表面上之一交叉線上的XZ位置。
參照圖10，其顯示一測距儀裝置18之一可行的正規操作程序。在一焊接序列之前，攝影機單元30被置於串流模式中，如方塊94所描述者。一即時視訊(real-time video)可例如透過視頻輸出連接器58（如圖6中所示）傳輸至操作者的顯示器（未圖示）。控制單元40計算圖像之一平均像素強度。當其超過一預設的臨限時，啟動液晶顯示器(LCD)快門71，並偵測到焊接開始。 如方塊96所描述的，此可相當於焊接程序的開始，如方塊98所描述之一自動偵測步驟，其中液晶顯示器(LCD)快門71被打開，且發光二極體(LED)62被關掉，而如方塊100所描述之另一自動偵測步驟，其基於攝影機單元30所擷取之圖像的平均像素強度偵測焊接停止，在該情況下，液晶顯示器(LCD)快門71被關掉，且發光二極體(LED) 62被打開。記憶體48可用於2D視頻儲存，如方塊102所描述者。如方塊104所描述的，控制單元40等待一位置檢查請求，例如，如方塊106所描述的，由機器人或操作者提出。在接收此一類請求時，攝影機單元30停止串流並切換成炬位置檢查模式，如方塊108所描述者。控制單元40改變影像感測器32的聚焦參數、點亮雷射單元22、以及獲取一2D影像，如方塊110所描述者。控制單元40接著如上述的校準序列中一般地計算炬的XYZ位置，並在一記錄檔中儲存其值，如方塊112所描述者。控制單元40比較最後測量到的位置與初始位置，如方塊114所描述者。若位置之間的差值在預設限值內，如方塊116所描述的，則焊接作業可繼續。若否，則如方塊118所描述地產生一警告信號以警告操作者，並可由操作者停止焊接作業。可由控制單元40或可選地由操作者傳送一命令，以驗證目標校準。若偵測到一炬未對準，則要求一改正動作。若否，則攝影機單元30返回串流模式，準備好焊接。在另一實施例中，僅可在檢查模式中以影像感測器32在焊接序列之間測量炬位置。
再次參照圖1，測距儀裝置18因而允許相對焊接炬位置的線上監控，並允許偵測可由與工件16或另一組件之碰撞所導致之機器人焊接炬2相對於焊接接頭追蹤攝影機6的任何意外位移。測距儀裝置18的背面定位允許較佳地觀看TCP－焊接池區域，並可透過接頭追蹤及焊接完全執行從零件及接頭位置朝機械化或機器人化焊接程序之完全自動化提供炬識別上的資訊、電弧時間追蹤、計時器功能、以及焊接程序資訊協助。若有需要，測距儀裝置18可附接至追蹤攝影機6的其他位置或側。測距儀裝置18可用於監控需要精確定位之其他機器人工具（例如，密封劑槍、切割或加工工具等）的部分。測距儀裝置18容許機器人焊接炬2在機器人腕4上之較不剛性的安裝，以防止炬或機器人由於碰撞而損壞。攝影機6的正面可製作得較小，並對焊接炬2造成較小的阻礙。依據攝影機6的型號，控制單元40（如圖6中所示）可實施在攝影機6的控制單元中。較佳地，測距儀裝置18係位於攝影機6之一上部部分上，以便更遠離焊接區域並較少曝露至焊接的焊濺物、熱及煙氣。若有需要，測距儀裝置18可透過安裝架組合件8附接至追蹤攝影機6。可在附接至機器人焊接炬2之目標54或炬主體上之一參考標記的幫助下測量準確的相對XYZ炬位置。炬位置可在焊接期間或在焊接序列之間受到監控。當偵測到一位移大於一預設臨限時，一警告信號可顯示、記錄、並傳送至焊接操作者。三角形目標54的設計適合許多類型的焊接炬，且亦產生高XYZ解析度。在另一實施例中，一雙線三角雷射單元22可用來在雕刻於炬主體上之一簡單交叉線的幫助下直接測量圓柱狀炬主體的位置。
一操作者可隨時在一視頻監控（未圖示）上遠端觀看2D焊接接頭追蹤攝影機6、攝影機單元30的視野以供程序管理，並驗證追蹤雷射所找到的追蹤點係如接點上之焊接炬尖端及焊條尖端的位置所見般地被要求。操作者亦可在焊接期間監控電弧光、炬尖端周圍的煙氣及焊濺物。在一警告信號之後，操作者可查看偵測到炬位移時所取得的2D影像、查看此影像的感興趣區域、攝影機單元30所獲取的三角測量輪廓、此時的炬位置、及其之前的時間演化。亦可在無雷射三角測量的情況下直接在2D影像上偵測圓柱狀炬尖端中心與焊接接頭的大偏離。
在一實施例中，追蹤攝影機6經設計以容置測距儀裝置18（例如，使用一背面（或其他側）安裝配置，其具有用於螺栓50（例如，如圖5中所示）之螺紋孔及整合式介面連接），以便可針對其操作與測距儀裝置18共享攝影機6內建的控制單元。
再次參照圖6，例如，控制單元40可經組態為具有各種操作模式，以便影像感測器32以其上的雷射線取得目標54（例如，如圖1中所示）的連續圖像以及焊接炬2前面之焊接接頭之可見現場的連續圖像。視覺演算法可在CPU 44或FPGA 42中實施。CPU 44可用於執行用於使用者校準（程序、圖形介面、參數輸入、焊接接頭追蹤攝影機6的β角(beta angle)、LAD等）的程式碼，提供一圖形使用者介面(GUI)以便使用者可定義用於聚焦之感興趣區域（亦即，一用於測量目標54的區域以及另一用於監控的區域）、提供一用以觀看結果的介面、串流器／保存視頻、輸入容差、若發生移動時的回應管理、執行分析、以及自動啟動液晶顯示器(LCD)快門71。一般性校準多項式可硬碼化在控制單元40中。由攝影機單元30所獲取之一圖像可用於計算像素間距離（目標54具有一預先定義的寬度／高度），且一般性多項式可依據像素間距離的變動而改變。
影像感測器32可有利地為一互補性氧化金屬半導體(CMOS，Complementary Metal-Oxide Semiconductor)色彩感測器，其用於炬位置的三角測量並用於焊接區域的彩色視頻，板70則是一CMOS介面板。濾光片可透過液晶顯示器(LCD)快門71實施，以允許在焊接及無焊接的情況下之焊接區域的三角測量及2D彩色視頻。
發光二極體(LED) 62及液晶顯示器(LCD)快門71可藉由連接至控制單元40之FPGA 42的驅動器41來操作。雖然本發明的實施例已在伴隨圖式中繪示並於上文敘述，所屬技術領域中具有通常知識者當明白在不偏離本發明的情況下可於其中作出修改。
2‧‧‧機器人焊接炬
4‧‧‧機器人腕
6‧‧‧焊接接頭追蹤攝影機
8‧‧‧安裝架組合件
10‧‧‧機械耦合及夾具
12‧‧‧焊接接頭
14‧‧‧雷射線
16‧‧‧工件
18‧‧‧測距儀裝置
20‧‧‧主體
22‧‧‧雷射單元
24‧‧‧雷射
26‧‧‧操作性投影配置
27‧‧‧固定的投影透鏡
28‧‧‧三角雷射標記
30‧‧‧攝影機單元
32‧‧‧影像感測器
33‧‧‧固定的投影透鏡
34‧‧‧光學觀看配置
36‧‧‧工具中心點(TCP)
38‧‧‧焊接區域
40‧‧‧控制單元
41‧‧‧驅動器
42‧‧‧現場可程式化閘陣列(FPGA)
43‧‧‧控制線路
44‧‧‧處理單元(CPU)
45‧‧‧乙太網路線路
46‧‧‧處理器
47‧‧‧供電線路
48‧‧‧記憶體
49‧‧‧同軸線路
50‧‧‧螺栓
52‧‧‧側
54‧‧‧目標
55‧‧‧托架配置
56‧‧‧連接器
57‧‧‧角錐形
58‧‧‧視頻輸出連接器
60‧‧‧ID標籤
62‧‧‧發光二極體(LED)
64‧‧‧投影窗
66‧‧‧空氣噴射配置
68‧‧‧斷點
70‧‧‧斷點
71‧‧‧液晶顯示器(LCD)快門
72、74、76、78‧‧‧方塊
80、82、84、86、88‧‧‧方塊
90、92、94、96、98‧‧‧方塊
100、102、104、106、108‧‧‧方塊
110、112、114、116、118‧‧‧方塊
170‧‧‧感測器介面板
較佳實施例的詳細說明將在本文中於下文參照下列圖式給定。 圖1為透視示意圖，其繪示根據本發明之一機器人焊接炬及一具有一測距儀裝置之焊接接頭追蹤攝影機。 圖2為側視立面示意圖，其繪示根據本發明一實施例之一機器人焊接炬及一具有一測距儀裝置之焊接接頭追蹤攝影機。 圖3為橫剖面示意圖，其繪示根據本發明一實施例之一測距儀裝置。 圖4為透視示意圖，其繪示根據本發明一實施例之一測距儀裝置。 圖5為根據本發明一實施例之一測距儀裝置的前視示意圖。 圖6為根據本發明一實施例之一測距儀裝置的示意方塊圖。 圖7為示意圖，其繪示根據本發明一實施例之一具有一三角雷射標記之目標方塊之一影像。 圖8為繪示根據本發明一實施例之三角雷射測量資料的圖。 圖9為流程圖，其繪示根據本發明一實施例之一測距儀裝置之一校準序列。 圖10為流程圖，其繪示根據本發明一實施例之測距儀裝置之一操作模式。
2‧‧‧機器人焊接炬
4‧‧‧機器人腕
6‧‧‧焊接接頭追蹤攝影機
8‧‧‧安裝架組合件
10‧‧‧機械耦合及夾具
12‧‧‧焊接接頭
14‧‧‧雷射線
16‧‧‧工件
18‧‧‧測距儀裝置
28‧‧‧三角雷射標記
36‧‧‧工具中心點(TCP)
38‧‧‧焊接區域
52‧‧‧側
54‧‧‧目標
55‧‧‧托架配置
60‧‧‧ID標籤

Claims (18)

  1. 一種用於監控一機器人處理工具相對於一安裝為鄰接該機器人處理工具之追蹤裝置之一位置的測距儀裝置，該測距儀裝置包含： 一主體，其可附接至該追蹤裝置； 一雷射單元，其係由該主體支撐，該雷射單元具有一雷射及一操作性投影配置，其用於在該機器人處理工具之一預定的目標區域上投影一三角雷射標記； 一攝影機單元，其係由該主體支撐，該攝影機單元具有一影像感測器及一光學觀看配置，以便該機器人處理工具之該目標區域上的該三角雷射標記、該機器人處理工具之一工具中心點、及一處理區域均處於該攝影機單元的視野中；以及 一控制單元，其係連接至該雷射單元及該攝影機單元，該控制單元具有： 一雷射控制電路，其用於控制該雷射單元的操作；及 一影像分析儀電路，其用於接收由該攝影機單元之該影像感測器所產生之一影像信號，由該影像信號中的該三角雷射標記產生三角雷射測量資料，依據該三角雷射測量資料的變動產生一指示該機器人處理工具之位置的信號，並傳輸由該攝影機單元所產生的該影像信號。
  2. 如請求項1所述之測距儀裝置，其中該主體具有一安裝組合件，其用於在該追蹤裝置面向該機器人處理工具的一側上以一傾斜角度安裝該主體，該傾斜角度經調整為該追蹤裝置相對於該機器人處理工具之一傾斜角度。
  3. 如請求項1所述之測距儀裝置，其中該目標區域包含一目標元件，其在該機器人處理工具面向該追蹤裝置之一前側上延伸。
  4. 如請求項3所述之測距儀裝置，其中該目標元件包含一標記，其係雕刻在該機器人處理工具之該前側上；或一方塊，其係附接至該機器人處理工具並具有一預定形狀。
  5. 如請求項4所述之測距儀裝置，其中該形狀相當於一三角形，其自該機器人處理工具朝該追蹤裝置突出。
  6. 如請求項1所述之測距儀裝置，其中該影像分析儀電路具有一記憶體，其用於儲存該機器人處理工具之參考位置資料；及一處理器，其係連接至該記憶體，以用於比較指示該機器人處理工具之該位置的該信號與該參考位置資料，並在偵測到指示該機器人處理工具之該位置的該信號與該參考位置資料間之一差值超過一預設位移臨限時產生一警告信號。
  7. 如請求項6所述之測距儀裝置，其中該處理器經組態以在產生該警告信號時將來自由該攝影機單元之該影像感測器所產生之該影像信號之一影像儲存至該記憶體中。
  8. 如請求項6所述之測距儀裝置，其中該記憶體儲存處理工具識別資料及對應的處理工具組態資料，且該處理器具有一功能，其用於從在該攝影機單元之該影像感測器所產生之該影像信號中偵測到之一識別標記偵測該機器人處理工具之一識別；以及從該記憶體檢索欲用於產生該三角雷射測量資料之該對應的處理工具組態資料。
  9. 如請求項1所述之測距儀裝置，其進一步包含發光二極體(LED)，該等發光二極體(LED)係由該主體支撐，並經定向以照亮該影像感測器觀看之一現場。
  10. 如請求項1所述之測距儀裝置，其進一步包含一投影窗，其在該雷射單元及該攝影機單元的前面延伸；及一空氣噴射配置，其在該投影窗之一外部側上延伸。
  11. 如請求項1所述之測距儀裝置，其中該攝影機單元具有一感測器介面板，其用於預處理該影像信號。
  12. 如請求項11所述之測距儀裝置，其中該攝影機單元具有一自動對焦及一可調整的感興趣區域，由該控制單元控制。
  13. 如請求項1所述之測距儀裝置，其中該攝影機單元具有一快門，其在該影像感測器前面延伸，可由該控制單元操作。
  14. 如請求項6所述之測距儀裝置，其中該處理器經組態以藉由接收自該攝影機單元之該影像信號的影像分析來計算該工具中心點之一位置。
  15. 如請求項1所述之測距儀裝置，其中該影像分析儀電路經組態以偵測該影像信號中的強度峰值以及歸因於該三角雷射標記在該機器人處理工具之該預定目標區域上之投影之一分段雷射標記中的兩斷點，該機器人處理工具的該位置係使用多項式校準參數的調整依據兩斷點的位置及兩斷點間之一距離的變動而判定。
  16. 如請求項1所述之測距儀裝置，其中該機器人處理工具包含一焊接炬，且該追蹤裝置包含一焊接接頭追蹤攝影機。
  17. 一種用於監控一機器人處理工具相對於一安裝為鄰接該機器人處理工具之追蹤裝置之一位置的方法，該方法包含以下步驟： 將一測距儀裝置附接至該追蹤裝置，該測距儀裝置包含一雷射單元，其具有一雷射及一操作性投影配置，其用於投影一三角雷射標記；一攝影機單元，其具有一影像感測器及一光學觀看配置；及一控制單元，其係連接至該雷射單元及該攝影機單元； 定位該雷射單元，以便該三角雷射標記可投影在該機器人處理工具之一預定的目標區域上； 定位該攝影機單元，以便該三角雷射標記、該機器人處理工具之一工具中心點、及一處理區域均處於該攝影機單元的視野中； 控制該雷射單元的操作，以便該三角雷射標記被投影在該機器人處理工具之該預定的目標區域上； 接收由該攝影機單元之該影像感測器所產生之一影像信號； 從該影像信號中的該三角雷射標記產生三角雷射測量資料； 依據該三角雷射測量資料的變動產生一指示該機器人處理工具之該位置的信號；以及 傳輸由該攝影機單元產生的該影像信號，藉此該機器人處理工具的該位置係以該影像信號及該指示該機器人處理工具之該位置的信號進行監控。
  18. 如請求項17所述之方法，其進一步包含以下步驟，使用該控制單元： 初始依據一指示該機器人處理工具之該位置的初始信號的變動儲存該機器人處理工具的參考位置資料； 在處理序列期間或在處理序列之間比較該指示該機器人處理工具之該位置的信號與該參考位置資料；以及 當偵測到該指示該機器人處理工具之該位置的信號與該參考位置資料間之一差值超過一預設位移臨限時，產生一警告信號。
TW105115247A 2016-02-01 2016-05-18 用於監控機器人處理工具位置之測距儀裝置及其方法 TWI689388B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA2919392A CA2919392C (en) 2016-02-01 2016-02-01 Range finder device for monitoring robot processing tool position
CACA2919392 2016-02-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201728422A true TW201728422A (zh) 2017-08-16
TWI689388B TWI689388B (zh) 2020-04-01

Family

ID=59327413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105115247A TWI689388B (zh) 2016-02-01 2016-05-18 用於監控機器人處理工具位置之測距儀裝置及其方法

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6685832B2 (zh)
CN (1) CN107020471B (zh)
CA (1) CA2919392C (zh)
DE (1) DE102017101922A1 (zh)
TW (1) TWI689388B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109317883A (zh) * 2018-11-29 2019-02-12 合肥常青机械股份有限公司 一种环盘类零件机器人自动化焊接系统
TWI750822B (zh) * 2019-09-26 2021-12-21 大陸商北京外號信息技術有限公司 用於為目標設置可呈現的虛擬對象的方法和系統

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2570100B (en) * 2017-11-15 2022-10-26 Mo Sys Engineering Ltd Tool positioning
CN108415000B (zh) * 2018-02-09 2021-10-12 山东国耀量子雷达科技有限公司 一种基于多关节机械臂的激光雷达
CN108527332A (zh) * 2018-06-11 2018-09-14 华南理工大学 一种基于结构光视觉传感器的焊缝轨迹离线校准方法
CN108994420B (zh) * 2018-08-20 2023-12-12 沃得精机(中国)有限公司 悬臂式自动寻位焊接机及其使用方法
US10961666B2 (en) * 2018-10-29 2021-03-30 Caterpillar Paving Products Inc. Determine sonic sensor angle using laser shape
IT201800020578A1 (it) * 2018-12-20 2020-06-20 Jasic Tech Europe S R L Sistema di saldatura
CN109909646B (zh) * 2019-02-02 2021-01-01 宁波吉利汽车研究开发有限公司 机器人焊枪工作点的修正方法、装置及电子设备
CN109752730B (zh) * 2019-02-25 2024-02-27 佛山市奇创自动化设备有限公司 一种基于v槽检测的激光定位方法及系统
JP2020203348A (ja) * 2019-06-18 2020-12-24 株式会社ダイヘン ロボット制御装置、及びロボット制御システム
CN110440733B (zh) * 2019-08-26 2021-01-05 上海鑫燕隆汽车装备制造有限公司 白车身线体焊接机器人相对工装位置的测量方法
WO2022254146A1 (fr) * 2021-06-04 2022-12-08 Serimax Holdings Système de soudage automatique de tubes comprenant une unité de contrôle, et une station de soudage comprenant au moins un robot comportant au moins un élément de soudage

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4491719A (en) * 1982-12-20 1985-01-01 General Electric Company Light pattern projector especially for welding
US4568816A (en) * 1983-04-19 1986-02-04 Unimation, Inc. Method and apparatus for manipulator welding apparatus with improved weld path definition
US5329092A (en) 1991-11-27 1994-07-12 Deere & Company Welding torch alignment monitor
US6346751B1 (en) 2000-02-14 2002-02-12 Ocim, S.R.L. Safety tool mount for robotic apparatus
US7638731B2 (en) * 2005-10-18 2009-12-29 Electro Scientific Industries, Inc. Real time target topography tracking during laser processing
DE102006004919A1 (de) * 2006-02-01 2007-08-16 Thyssenkrupp Steel Ag Laserstrahlschweißkopf
TW200827083A (en) * 2006-12-20 2008-07-01 Techaction Electric Co Ltd Welding device capable of micro tracking
DE102009042986B3 (de) * 2009-09-25 2011-03-03 Precitec Kg Schweißkopf und Verfahren zum Fügen eines Werkstücks
JP2015172493A (ja) * 2014-03-11 2015-10-01 株式会社東芝 距離測定装置
CN204142199U (zh) * 2014-10-23 2015-02-04 武汉理工大学 一种便携式大曲面在线测量及拟合装置
CN105004324B (zh) * 2015-05-16 2018-07-17 上海砺晟光电技术有限公司 一种具有三角测距功能的单目视觉传感器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109317883A (zh) * 2018-11-29 2019-02-12 合肥常青机械股份有限公司 一种环盘类零件机器人自动化焊接系统
TWI750822B (zh) * 2019-09-26 2021-12-21 大陸商北京外號信息技術有限公司 用於為目標設置可呈現的虛擬對象的方法和系統

Also Published As

Publication number Publication date
JP6685832B2 (ja) 2020-04-22
TWI689388B (zh) 2020-04-01
DE102017101922A1 (de) 2017-08-03
CA2919392A1 (en) 2017-08-01
CN107020471B (zh) 2019-04-05
CA2919392C (en) 2022-05-31
JP2017138297A (ja) 2017-08-10
CN107020471A (zh) 2017-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI689388B (zh) 用於監控機器人處理工具位置之測距儀裝置及其方法
US10107913B2 (en) Range finder device for monitoring robot processing tool position
CA2973245C (en) Synchronized image capture for welding machine vision
CA2774745C (en) Welding head and method for joining a workpiece
EP3195989A1 (en) Apparatus and method to optically locate workpiece for robotic operations
US11396057B2 (en) Twin laser camera assembly
CN105157603B (zh) 一种线激光传感器
KR101028060B1 (ko) 열화상 인식을 이용한 전력설비 열화 측정장치 및 방법
JP6279060B1 (ja) レーザセンサ、及び計測方法
US5264678A (en) Weld-bead profilometer
CA2541635A1 (en) Hybrid sensing apparatus for adaptive robotic processes
BR102015032801A2 (pt) cartucho de soldagem inteligente para validação de conexão de soldagem automática
CA3048300C (en) Twin laser camera assembly
CN114160961A (zh) 用于标定激光加工参数的系统和方法
JP3385362B2 (ja) レーザ溶接ヘッド制御システムおよびこれを具えるレーザ溶接ヘッド
CN113579476B (zh) 基于重力感应与视觉传感融合的待焊工件表面绝对空间姿态检测装置及方法
WO2018142966A1 (ja) レーザ加工機の火災検出方法及びレーザ加工機
CN109211939A (zh) 激光焊保护镜片的缺陷检测装置、模块及检测方法
KR200248899Y1 (ko) 자동 용접장치
CN117020502B (zh) 焊接设备点检方法、系统以及设备
JP3590104B2 (ja) レーザ距離計測装置
Zou et al. Development of laser stripe sensor for automatic seam tracking in robotic tailored blank welding
CN115979139A (zh) 一种零部件参数检测设备和方法
TW201932220A (zh) 自動焊接裝置
JPH03282202A (ja) 溶接線検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees