一種基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，包括：中央控制模塊，中央控制模塊可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和指令發(fā)布；圖像采集模塊，圖像采集模塊與中央控制模塊連接，圖像采集模塊將采集到的圖像信息發(fā)送至中央控制模塊以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，圖像采集模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令；焊接模塊，焊接模塊與中央控制模塊連接，焊接模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令。焊接系統(tǒng)應(yīng)用于鋁卷焊接時，可以精確定位焊點，并實現(xiàn)焊點定位和焊接操作自動化，可以有效提高焊接效率和焊接精度。
【專利說明】
一種基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于自動化焊接領(lǐng)域，具體的涉及一種基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁卷在熱處理后需要進(jìn)行時效處理，時效處理需要將鋁卷的卷頭和卷尾進(jìn)行焊接，如果有必要，還需要增加其他一些位置進(jìn)行焊接，以使鋁卷形狀得到固定。
[0003]參考圖1，通常將鋁卷I內(nèi)圈的頭部稱為卷頭3，外圈的頭部稱為卷尾2。鋁卷I理論上是圓環(huán)柱體，其側(cè)面為圓環(huán)形。為了確保鋁卷I的形狀能夠有效固定，通常單純的焊接卷頭3和卷尾2是不夠的，一般還會增加其他焊點，一般這些其他焊點是位于經(jīng)過卷頭3和/或卷尾2與圓心4的直線與內(nèi)圈和外圈的交點。
[0004]經(jīng)過卷頭3與圓心4的直線與外圈有兩個交點，即卷頭對稱焊點31和卷頭對稱焊點33;除卷頭3本身外，該直線與內(nèi)圈還有一個交點，即卷頭對稱焊點32。同樣的，經(jīng)過卷尾2與圓心4的直線與內(nèi)圈有兩個交點，即卷尾對稱焊點21和卷尾對稱焊點22;除卷尾2本身外，該直線與外圈還有一個交點，即卷尾對稱焊點23。
[0005]—般鋁卷I一個側(cè)面上的焊點數(shù)量在8個，即卷尾2、卷尾對稱焊點21、卷尾對稱焊點22和卷尾對稱焊點23、卷頭3、卷頭對稱焊點31、卷頭對稱焊點32和卷頭對稱焊點33，也可以根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)增加或者減少。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)中，焊點的尋找，要么通過人工進(jìn)行，要么通過傳統(tǒng)的視覺識別方案進(jìn)行。但是，人工主要依靠經(jīng)驗進(jìn)行焊點尋找，其精確性得不到控制，此外也不適應(yīng)自動化工廠的需求。
[0007]傳統(tǒng)的視覺識別方案往往通過一次成像技術(shù)來識別鋁卷的輪廓以及圖像細(xì)節(jié)信息，這種方法在小尺寸的鋁卷以及精度要求不高的情況下具有快速高效的特點，但是對于大尺寸的鋁卷，例如鋁卷外圈直徑為2.6m時，一次成像技術(shù)要求攝像機(jī)具有大廣角，或者遠(yuǎn)離鋁卷進(jìn)行拍攝，但是這樣會丟失鋁卷的細(xì)節(jié)信息，比如鋁卷卷頭和卷尾的翹曲，鋁板的不規(guī)則切邊等，導(dǎo)致焊點尋找失敗和焊接失敗。
[0008]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中，鋁卷的焊點定位較難且不精確，焊接操作無法自動化進(jìn)行。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中鋁卷的焊點定位較難且不精確，焊接操作無法自動化進(jìn)行。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，包括:[0011 ]中央控制模塊，中央控制模塊可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和指令發(fā)布；
[0012]圖像采集模塊，圖像采集模塊與中央控制模塊連接，圖像采集模塊將采集到的圖像信息發(fā)送至中央控制模塊以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，圖像采集模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令；
[0013]焊接模塊，焊接模塊與中央控制模塊連接，焊接模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令。
[0014]進(jìn)一步，圖像采集模塊包括:
[0015]攝像裝置；
[0016]機(jī)器人，所述機(jī)器人包括一機(jī)械臂，所述攝像裝置安裝于所述機(jī)械臂上。
[0017]進(jìn)一步，攝像裝置包括:
[0018]相機(jī)、鏡頭、光源和圖像處理卡。
[0019]進(jìn)一步，焊接模塊安裝于所述機(jī)械臂上。
[0020]進(jìn)一步，機(jī)器人為6自由度機(jī)器人。
[0021]進(jìn)一步，還包括:
[0022]物料傳輸模塊，物料傳輸模塊與所述中央控制模塊連接，物料傳輸模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令，并將物料傳輸模塊的位置信息發(fā)送至中央控制系統(tǒng)。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0024]本實用新型提供的焊接系統(tǒng)應(yīng)用于鋁卷焊接時，可以精確定位焊點，并實現(xiàn)焊點定位和焊接操作自動化，可以有效提高焊接效率和焊接精度。
【附圖說明】
[0025]圖1為鋁卷的示意圖；
[0026]圖2為本實用新型第一實施例中焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0027]圖3為本實用新型第二實施例中焊接方法的流程圖；
[0028]圖4為本實用新型第二實施例中卷狀物料置于第一位置的示意圖；
[0029]圖5為本實用新型第二實施例中確定卷頭和卷尾的坐標(biāo)的流程圖；
[0030]圖6為本實用新型第二實施例中確定卷狀物料的圓心坐標(biāo)、外圈和內(nèi)圈的邊界軌跡的流程圖；
[0031 ]圖7為本實用新型第二實施例中卷狀物料的示意圖；
[0032]圖8為本實用新型第二實施例中確定焊點時的卷狀物料的示意圖；
[0033]圖9為本實用新型第二實施例中卷狀物料置于第二位置的示意圖；
[0034]圖10為本實用新型第二實施例中卷狀物料置于焊接工作完成區(qū)的示意圖。
【具體實施方式】
[0035]現(xiàn)有技術(shù)中，鋁卷的焊點定位較難且不精確，焊接操作無法自動化進(jìn)行。
[0036]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例做詳細(xì)的說明。
[0037]第一實施例
[0038]參考圖2，本實施例提供一種基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，包括中央控制模塊、圖像采集模塊和焊接模塊。
[0039]中央控制模塊可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和指令發(fā)布，以對圖像采集模塊和焊接模塊的信息進(jìn)行處理，并向圖像采集模塊和焊接模塊發(fā)送需要執(zhí)行的指令。
[0040]圖像采集模塊與中央控制模塊連接，圖像采集模塊將采集到的圖像信息發(fā)送至中央控制模塊以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，圖像采集模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令。
[0041]例如，中央控制模塊可以發(fā)送指令使圖像采集模塊移動到指定的位置進(jìn)行圖像采集。
[0042]在本實施例中，所述圖像采集模塊包括攝像裝置和機(jī)器人，所述機(jī)器人包括一機(jī)械臂，所述攝像裝置安裝于所述機(jī)械臂上。
[0043]在本實施例中，攝像裝置包括相機(jī)、鏡頭、光源和圖像處理卡。
[0044]在本實施例中，機(jī)器人為6自由度機(jī)器人，以增加圖像采集的靈活度和焊接的靈活度。
[0045]在具體實施例中，為了提高采集圖像的清晰度，可采用千萬像素級的相機(jī)和鏡頭。
[0046]焊接模塊與中央控制模塊連接，焊接模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令。
[0047]在本實施例中，所述焊接模塊安裝于所述機(jī)械臂上。所述焊接模塊與攝像裝置安裝在同一機(jī)械臂的不同位置上。
[0048]本實施例的焊接系統(tǒng)還包括物料傳輸模塊，物料傳輸模塊與所述中央控制模塊連接，物料傳輸模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令，并將物料傳輸模塊的位置信息發(fā)送至中央控制系統(tǒng)。
[0049]物料傳輸模塊用于將待焊接的卷狀物料移送至指定位置以進(jìn)行焊接。
[0050]本實施例的焊接系統(tǒng)應(yīng)用于鋁卷焊接時，可以精確定位焊點，并實現(xiàn)焊點定位和焊接操作自動化，可以有效提高焊接效率和焊接精度。
[0051 ] 第二實施例
[0052]參考圖3，本實施例提供一種基于視覺定位的機(jī)器人焊接方法，包括:
[0053]步驟SlOO:提供待焊接卷狀物料和焊接系統(tǒng)；
[0054]步驟S200:確定卷狀物料的卷頭和卷尾坐標(biāo)；
[0055]步驟S300:對卷頭和卷尾進(jìn)行焊接。
[0056]在步驟SlOO中，焊接系統(tǒng)為第一實施例中所述的基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)。
[0057]在具體實施例中，卷狀物料為鋁卷，也可以為其他需要進(jìn)行焊接的金屬材料。
[0058]參考圖4，在本實施例中，在步驟SlOO之后，步驟S200之前，還需要將卷狀物料400置于物料傳輸模塊(未示出)上，物料傳輸模塊帶動卷狀物料400移動至第一位置501，并將該第一位置501的坐標(biāo)發(fā)送至中央控制模塊100。
[0059]第一位置501適于圖像采集模塊采集卷狀物料400第一側(cè)面401的圖像信息，也適于對第一側(cè)面401的焊點進(jìn)行焊接。
[0060]第一位置501位于軌道300內(nèi)，物料傳輸模塊帶動卷狀物料400在軌道300內(nèi)移動，第一位置501的位置并非預(yù)先精確固定，只要能夠適于相關(guān)操作就行，因此，物料傳輸模塊需要將實際的第一位置501的精確坐標(biāo)發(fā)送至中央控制模塊100。
[0061]步驟S200中，圖像采集模塊采集卷狀物料400第一側(cè)面401的圖像信息，并通過中央控制模塊100確定卷狀物料400的卷頭和卷尾坐標(biāo)。
[0062]所述圖像采集模塊包括攝像裝置202和機(jī)器人200，所述機(jī)器人200包括一機(jī)械臂201，所述攝像裝置202安裝于所述機(jī)械臂201上。
[0063]參考圖5，步驟S200中，確定卷頭和卷尾的坐標(biāo)的步驟包括:
[0064]步驟S210:確定卷狀物料的圓心坐標(biāo)、外圈和內(nèi)圈的邊界軌跡；
[0065]步驟S220:確定卷頭的坐標(biāo)；
[0066]步驟S230:確定卷尾的坐標(biāo)。
[0067]步驟S210中，圖像采集模塊采集卷狀物料400第一側(cè)面401圖像信息，并將該信息發(fā)送至中央控制模塊100以確定卷狀物料400的圓心坐標(biāo)、外圈和內(nèi)圈的邊界軌跡。
[0068]參考圖6，在本實施例中，確定卷狀物料400的圓心坐標(biāo)、外圈和內(nèi)圈的邊界軌跡的步驟包括:
[0069]步驟S211:采集外圈上的兩個點以及內(nèi)圈上的至少一個點；
[0070]步驟S212:采集外圈上的另外至少一個點；
[0071 ] 步驟S213:計算圓心坐標(biāo)和外圈邊界軌跡；
[0072]步驟S214:計算內(nèi)圈邊界軌跡。
[0073]參考圖7，在步驟S211中，圖像采集模塊在平行于卷狀物料400的第一側(cè)面401的平面內(nèi)沿直線運動，并采集外圈403上的兩個點以及內(nèi)圈404上的至少一個點。
[0074]圖7并未將卷狀形狀表現(xiàn)出來，只是示意性的畫出了外圈和內(nèi)圈。
[0075]在本實施例中，中央控制模塊100發(fā)送指令，使圖像采集模塊沿直線LI運動，可以采集到外圈403上的點Al和點A2，內(nèi)圈上的點BI和點B2。
[0076]由于直線LI會與內(nèi)圈有交點，所以圖像采集模塊必然可以采集到外圈上的兩個點，即點Al和點A2。
[0077]在其他實施例中，直線LI可與內(nèi)圈相切，則圖像采集模塊僅能采集到內(nèi)圈上的一個點。
[0078]為了有效采集這些點，應(yīng)當(dāng)根據(jù)卷狀物料400的尺寸大小調(diào)節(jié)圖像采集模塊的運動直線LI的位置。
[0079]采集這些相關(guān)點后，應(yīng)當(dāng)將這些點的坐標(biāo)信息發(fā)送至中央控制模塊100。
[0080]在步驟S212中，圖像采集模塊在平行于卷狀物料400第一側(cè)面401的平面內(nèi)沿直線運動，并采集外圈上的另外至少一個點。
[0081 ]在本實施例中，中央控制模塊100發(fā)送指令，使圖像采集模塊沿直線L2運動，可以采集到外圈403上的點A3和點A4。
[0082]在其他實施例中，直線L2可與外圈403相切，則圖像采集模塊僅能采集到外圈403上的一個點。
[0083]直線L2與直線LI不重合，點A3和點A4與點Al和點A2的坐標(biāo)不同。
[0084]為了有效采集這些點，應(yīng)當(dāng)根據(jù)卷狀物料400的尺寸大小調(diào)節(jié)圖像采集模塊的運動直線L2的位置。
[0085]采集這些相關(guān)點后，應(yīng)當(dāng)將這些點的坐標(biāo)信息發(fā)送至中央控制模塊100。
[0086]在其他實施例中，也可以定義其他直線位置進(jìn)行外圈403和內(nèi)圈404的點的采集，只要能夠保證在外圈403上采集至少三個點，且在內(nèi)圈404上采集至少一個點即可。
[0087]步驟Sll和步驟S12的順序可以調(diào)換。
[0088]在步驟S13中，中央控制模塊100通過外圈403上的三個點的坐標(biāo)進(jìn)行理論計算，得到圓心坐標(biāo)和外圈403邊界軌跡。
[0089]在本實施例中，中央控制模塊100可以通過點Al、點A2、點A3和點A4中的任何三個點進(jìn)行計算。由于同一平面內(nèi)，三個點確定一個圓，所以能夠得到外圈403的邊界軌跡和圓心405的坐標(biāo)。
[0090]在步驟S114中，中央控制模塊100通過內(nèi)圈404上的一個點的坐標(biāo)和圓心坐標(biāo)進(jìn)行理論計算，得到內(nèi)圈404邊界軌跡。
[0091]在本實施例中，中央控制模塊100可以通過圓心405的坐標(biāo)和內(nèi)圈404上的點BI或者點B2進(jìn)行理論計算，由于在同一平面內(nèi)，一個圓心和一個點可以確定一個圓，所以能夠得到內(nèi)圈404的邊界軌跡。
[0092]在步驟S220中，圖像采集模塊沿卷狀物料400內(nèi)圈404邊界軌跡運動并采集圖像信息，將該圖像信息發(fā)送至中央控制模塊以修正內(nèi)圈404的邊界軌跡，并確定卷頭的坐標(biāo)。
[0093]中央控制模塊100發(fā)送指令，使圖像采集模塊沿卷狀物料400內(nèi)圈404邊界軌跡運動并采集圖像信息。由于內(nèi)圈404上有卷頭，在卷頭處會有斷崖，圖像采集模塊采集到該斷崖并將圖像發(fā)送至中央控制模塊100，中央控制模塊100根據(jù)圖像識別算法，能夠發(fā)現(xiàn)此處的尺寸突變，記錄該點為卷頭。
[0094]同樣的，由于內(nèi)圈404邊界軌跡是通過理論計算得出來的，在實際中可能形狀并非是規(guī)則的圓，因此，圖像采集模塊還能通過采集到的信息修正內(nèi)圈404的邊界軌跡以使其符合實際情況，這有利于提尚焊點尋找的精度。
[0095]在步驟S230中，圖像采集模塊沿卷狀物料400外圈403邊界軌跡運動并采集圖像信息，將該圖像信息發(fā)送至中央控制模塊以修正外圈403的邊界軌跡，并確定卷尾的坐標(biāo)。
[0096]中央控制模塊100發(fā)送指令，使圖像采集模塊沿卷狀物料400外圈403邊界軌跡運動并采集圖像信息。由于外圈403上有卷尾，在卷尾處會有斷崖，圖像采集模塊采集到該斷崖并將圖像發(fā)送至中央控制模塊100，中央控制模塊100根據(jù)圖像識別算法，能夠發(fā)現(xiàn)此處的尺寸突變，記錄該點為卷尾。
[0097]同樣的，由于外圈403邊界軌跡是通過理論計算得出來的，在實際中可能形狀并非是規(guī)則的圓，因此，圖像采集模塊還能通過采集到的信息修正外圈403的邊界軌跡以使其符合實際情況，這有利于提尚焊點尋找的精度。
[0098]步驟S220和步驟S230的順序可以調(diào)換。
[0099]在本實施例中，步驟S230之后還包括計算卷頭對稱焊點坐標(biāo)和卷尾對稱焊點坐標(biāo)。
[0100]在具體實施例中，在計算卷頭對稱焊點坐標(biāo)和卷尾對稱焊點坐標(biāo)之前還包括圖像采集模塊對卷頭和卷尾進(jìn)行圖像采集，以修正卷頭和卷尾的坐標(biāo)。這樣可以提高確定卷頭和卷尾坐標(biāo)的精度，同樣，可以提高確定卷頭對稱焊點和卷尾對稱焊點的精度。
[0101]參考圖8，中央控制模塊100計算經(jīng)過卷狀物料400的圓心405和卷頭420的直線L3，并計算除卷頭420外的，該直線L3與內(nèi)圈404和外圈403的交點坐標(biāo)，該交點為卷頭對稱焊點，該交點坐標(biāo)為卷頭對稱焊點坐標(biāo)。
[0102]圖8并未將卷狀形狀表現(xiàn)出來，只是示意性的畫出了外圈和內(nèi)圈，并標(biāo)記處了卷頭和卷尾的位置。
[0103]在本實施例中，包括卷頭對稱焊點421，卷頭對稱焊點422和卷頭對稱焊點423。
[0104]然后，中央控制模塊100計算經(jīng)過卷狀物料400的圓心405與卷尾410的直線L4，并計算除卷尾外410的，該直線L4與內(nèi)圈404和外圈403的交點坐標(biāo)，該交點為卷尾對稱焊點，該交點坐標(biāo)為卷尾對稱焊點坐標(biāo)。
[0105]在本實施例中，包括卷尾對稱焊點411，卷尾對稱焊點412和卷尾對稱焊點413。
[0106]上述確定卷頭對稱焊點和卷尾對稱焊點的順序可以調(diào)換。
[0107]在具體實施例中，計算卷頭對稱焊點坐標(biāo)和卷尾對稱焊點坐標(biāo)之后還包括圖像采集模塊對卷頭對稱焊點和卷尾對稱焊點進(jìn)行圖像采集，以修正其坐標(biāo)。這樣有助于進(jìn)一步提高確定卷頭對稱焊點和卷尾對稱焊點的精度。
[0108]只焊接卷頭和卷尾時，如果不能有效保持卷狀物料400的形狀，那么可以再焊接卷頭對稱焊點和卷尾對稱焊點，以使卷狀物料400的形狀得到有效保持。
[0109]在本實施例中，步驟S300包括焊接模塊對第一側(cè)面401的卷頭和卷尾進(jìn)行焊接，也包括對卷頭對稱焊點和卷尾對稱焊點進(jìn)行焊接。
[0110]如果這些焊點還不足以保持卷狀物料400的形狀，那么還可以增加其他的焊點進(jìn)行焊接。
[0111]步驟S300的具體步驟為中央控制模塊100根據(jù)焊點的坐標(biāo)信息發(fā)送指令至焊接模塊，焊接模塊依據(jù)指令移動至相應(yīng)的位置并進(jìn)行焊接操作。
[0112]參考圖9，在本實施例中，步驟S300之后還包括:
[0113]物料傳輸模塊帶動卷狀物料400移動至第二位置502，第二位置502不同于第一位置501，并將第二位置502發(fā)送至中央控制模塊100;
[0114]重復(fù)步驟S100-S300以焊接卷狀物料400第二側(cè)面402的卷頭和卷尾。
[0115]相關(guān)的操作過程與步驟S100-S300相同。
[0116]參考圖10.在具體實施例中，步驟S300之后還包括物料傳輸模塊將卷狀物料400移送至焊接工作完成區(qū)503。
[0117]在本實施例中，該步驟在完成第二側(cè)面402的焊接后進(jìn)行。
[0118]本本實施例中的焊接方法進(jìn)行焊接時，可以精確定位焊點，并實現(xiàn)焊點定位和焊接操作自動化，可以有效提高焊接效率和焊接精度。
[0119]以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護(hù)范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，其特征在于，包括: 中央控制模塊，中央控制模塊可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和指令發(fā)布；圖像采集模塊，圖像采集模塊與中央控制模塊連接，圖像采集模塊將采集到的圖像信息發(fā)送至中央控制模塊以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，圖像采集模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令；焊接模塊，焊接模塊與中央控制模塊連接，焊接模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，其特征在于，圖像采集模塊包括: 攝像裝置； 機(jī)器人，所述機(jī)器人包括一機(jī)械臂，所述攝像裝置安裝于所述機(jī)械臂上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，其特征在于，攝像裝置包括: 相機(jī)、鏡頭、光源和圖像處理卡。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，其特征在于，焊接模塊安裝于所述機(jī)械臂上。5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，其特征在于，機(jī)器人為6自由度機(jī)器人。6.據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺定位的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，其特征在于，還包括:物料傳輸模塊，物料傳輸模塊與所述中央控制模塊連接，物料傳輸模塊接收并執(zhí)行中央控制模塊的指令，并將物料傳輸模塊的位置信息發(fā)送至中央控制系統(tǒng)。
【文檔編號】B23K37/00GK205668131SQ201620597340
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】溫中蒙, 禹超, 蘇杰, 劉卓斌
【申請人】爾智機(jī)器人（上海）有限公司