一种基于视觉定位的机器人焊接系统的制作方法
【专利摘要】一种基于视觉定位的机器人焊接系统，包括：中央控制模块，中央控制模块可进行数据处理和指令发布；图像采集模块，图像采集模块与中央控制模块连接，图像采集模块将采集到的图像信息发送至中央控制模块以进行数据分析，图像采集模块接收并执行中央控制模块的指令；焊接模块，焊接模块与中央控制模块连接，焊接模块接收并执行中央控制模块的指令。焊接系统应用于铝卷焊接时，可以精确定位焊点，并实现焊点定位和焊接操作自动化，可以有效提高焊接效率和焊接精度。
【专利说明】
一种基于视觉定位的机器人焊接系统
技术领域
[0001]本实用新型属于自动化焊接领域，具体的涉及一种基于视觉定位的机器人焊接系统。
【背景技术】
[0002]铝卷在热处理后需要进行时效处理，时效处理需要将铝卷的卷头和卷尾进行焊接，如果有必要，还需要增加其他一些位置进行焊接，以使铝卷形状得到固定。
[0003]参考图1，通常将铝卷I内圈的头部称为卷头3，外圈的头部称为卷尾2。铝卷I理论上是圆环柱体，其侧面为圆环形。为了确保铝卷I的形状能够有效固定，通常单纯的焊接卷头3和卷尾2是不够的，一般还会增加其他焊点，一般这些其他焊点是位于经过卷头3和/或卷尾2与圆心4的直线与内圈和外圈的交点。
[0004]经过卷头3与圆心4的直线与外圈有两个交点，即卷头对称焊点31和卷头对称焊点33;除卷头3本身外，该直线与内圈还有一个交点，即卷头对称焊点32。同样的，经过卷尾2与圆心4的直线与内圈有两个交点，即卷尾对称焊点21和卷尾对称焊点22;除卷尾2本身外，该直线与外圈还有一个交点，即卷尾对称焊点23。
[0005]—般铝卷I一个侧面上的焊点数量在8个，即卷尾2、卷尾对称焊点21、卷尾对称焊点22和卷尾对称焊点23、卷头3、卷头对称焊点31、卷头对称焊点32和卷头对称焊点33，也可以根据具体情况进行适当增加或者减少。
[0006]在现有技术中，焊点的寻找，要么通过人工进行，要么通过传统的视觉识别方案进行。但是，人工主要依靠经验进行焊点寻找，其精确性得不到控制，此外也不适应自动化工厂的需求。
[0007]传统的视觉识别方案往往通过一次成像技术来识别铝卷的轮廓以及图像细节信息，这种方法在小尺寸的铝卷以及精度要求不高的情况下具有快速高效的特点，但是对于大尺寸的铝卷，例如铝卷外圈直径为2.6m时，一次成像技术要求摄像机具有大广角，或者远离铝卷进行拍摄，但是这样会丢失铝卷的细节信息，比如铝卷卷头和卷尾的翘曲，铝板的不规则切边等，导致焊点寻找失败和焊接失败。
[0008]综上所述，现有技术中，铝卷的焊点定位较难且不精确，焊接操作无法自动化进行。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型的目的在于针对现有技术中铝卷的焊点定位较难且不精确，焊接操作无法自动化进行。
[0010]为实现上述目的，本实用新型提供一种基于视觉定位的机器人焊接系统，包括:[0011 ]中央控制模块，中央控制模块可进行数据处理和指令发布；
[0012]图像采集模块，图像采集模块与中央控制模块连接，图像采集模块将采集到的图像信息发送至中央控制模块以进行数据分析，图像采集模块接收并执行中央控制模块的指令；
[0013]焊接模块，焊接模块与中央控制模块连接，焊接模块接收并执行中央控制模块的指令。
[0014]进一步，图像采集模块包括:
[0015]摄像装置；
[0016]机器人，所述机器人包括一机械臂，所述摄像装置安装于所述机械臂上。
[0017]进一步，摄像装置包括:
[0018]相机、镜头、光源和图像处理卡。
[0019]进一步，焊接模块安装于所述机械臂上。
[0020]进一步，机器人为6自由度机器人。
[0021]进一步，还包括:
[0022]物料传输模块，物料传输模块与所述中央控制模块连接，物料传输模块接收并执行中央控制模块的指令，并将物料传输模块的位置信息发送至中央控制系统。
[0023]与现有技术相比，本技术方案具有以下优点:
[0024]本实用新型提供的焊接系统应用于铝卷焊接时，可以精确定位焊点，并实现焊点定位和焊接操作自动化，可以有效提高焊接效率和焊接精度。
【附图说明】
[0025]图1为铝卷的示意图；
[0026]图2为本实用新型第一实施例中焊接系统结构的示意图；
[0027]图3为本实用新型第二实施例中焊接方法的流程图；
[0028]图4为本实用新型第二实施例中卷状物料置于第一位置的示意图；
[0029]图5为本实用新型第二实施例中确定卷头和卷尾的坐标的流程图；
[0030]图6为本实用新型第二实施例中确定卷状物料的圆心坐标、外圈和内圈的边界轨迹的流程图；
[0031 ]图7为本实用新型第二实施例中卷状物料的示意图；
[0032]图8为本实用新型第二实施例中确定焊点时的卷状物料的示意图；
[0033]图9为本实用新型第二实施例中卷状物料置于第二位置的示意图；
[0034]图10为本实用新型第二实施例中卷状物料置于焊接工作完成区的示意图。
【具体实施方式】
[0035]现有技术中，铝卷的焊点定位较难且不精确，焊接操作无法自动化进行。
[0036]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
[0037]第一实施例
[0038]参考图2，本实施例提供一种基于视觉定位的机器人焊接系统，包括中央控制模块、图像采集模块和焊接模块。
[0039]中央控制模块可进行数据处理和指令发布，以对图像采集模块和焊接模块的信息进行处理，并向图像采集模块和焊接模块发送需要执行的指令。
[0040]图像采集模块与中央控制模块连接，图像采集模块将采集到的图像信息发送至中央控制模块以进行数据分析，图像采集模块接收并执行中央控制模块的指令。
[0041]例如，中央控制模块可以发送指令使图像采集模块移动到指定的位置进行图像采集。
[0042]在本实施例中，所述图像采集模块包括摄像装置和机器人，所述机器人包括一机械臂，所述摄像装置安装于所述机械臂上。
[0043]在本实施例中，摄像装置包括相机、镜头、光源和图像处理卡。
[0044]在本实施例中，机器人为6自由度机器人，以增加图像采集的灵活度和焊接的灵活度。
[0045]在具体实施例中，为了提高采集图像的清晰度，可采用千万像素级的相机和镜头。
[0046]焊接模块与中央控制模块连接，焊接模块接收并执行中央控制模块的指令。
[0047]在本实施例中，所述焊接模块安装于所述机械臂上。所述焊接模块与摄像装置安装在同一机械臂的不同位置上。
[0048]本实施例的焊接系统还包括物料传输模块，物料传输模块与所述中央控制模块连接，物料传输模块接收并执行中央控制模块的指令，并将物料传输模块的位置信息发送至中央控制系统。
[0049]物料传输模块用于将待焊接的卷状物料移送至指定位置以进行焊接。
[0050]本实施例的焊接系统应用于铝卷焊接时，可以精确定位焊点，并实现焊点定位和焊接操作自动化，可以有效提高焊接效率和焊接精度。
[0051 ] 第二实施例
[0052]参考图3，本实施例提供一种基于视觉定位的机器人焊接方法，包括:
[0053]步骤SlOO:提供待焊接卷状物料和焊接系统；
[0054]步骤S200:确定卷状物料的卷头和卷尾坐标；
[0055]步骤S300:对卷头和卷尾进行焊接。
[0056]在步骤SlOO中，焊接系统为第一实施例中所述的基于视觉定位的机器人焊接系统。
[0057]在具体实施例中，卷状物料为铝卷，也可以为其他需要进行焊接的金属材料。
[0058]参考图4，在本实施例中，在步骤SlOO之后，步骤S200之前，还需要将卷状物料400置于物料传输模块(未示出)上，物料传输模块带动卷状物料400移动至第一位置501，并将该第一位置501的坐标发送至中央控制模块100。
[0059]第一位置501适于图像采集模块采集卷状物料400第一侧面401的图像信息，也适于对第一侧面401的焊点进行焊接。
[0060]第一位置501位于轨道300内，物料传输模块带动卷状物料400在轨道300内移动，第一位置501的位置并非预先精确固定，只要能够适于相关操作就行，因此，物料传输模块需要将实际的第一位置501的精确坐标发送至中央控制模块100。
[0061]步骤S200中，图像采集模块采集卷状物料400第一侧面401的图像信息，并通过中央控制模块100确定卷状物料400的卷头和卷尾坐标。
[0062]所述图像采集模块包括摄像装置202和机器人200，所述机器人200包括一机械臂201，所述摄像装置202安装于所述机械臂201上。
[0063]参考图5，步骤S200中，确定卷头和卷尾的坐标的步骤包括:
[0064]步骤S210:确定卷状物料的圆心坐标、外圈和内圈的边界轨迹；
[0065]步骤S220:确定卷头的坐标；
[0066]步骤S230:确定卷尾的坐标。
[0067]步骤S210中，图像采集模块采集卷状物料400第一侧面401图像信息，并将该信息发送至中央控制模块100以确定卷状物料400的圆心坐标、外圈和内圈的边界轨迹。
[0068]参考图6，在本实施例中，确定卷状物料400的圆心坐标、外圈和内圈的边界轨迹的步骤包括:
[0069]步骤S211:采集外圈上的两个点以及内圈上的至少一个点；
[0070]步骤S212:采集外圈上的另外至少一个点；
[0071 ] 步骤S213:计算圆心坐标和外圈边界轨迹；
[0072]步骤S214:计算内圈边界轨迹。
[0073]参考图7，在步骤S211中，图像采集模块在平行于卷状物料400的第一侧面401的平面内沿直线运动，并采集外圈403上的两个点以及内圈404上的至少一个点。
[0074]图7并未将卷状形状表现出来，只是示意性的画出了外圈和内圈。
[0075]在本实施例中，中央控制模块100发送指令，使图像采集模块沿直线LI运动，可以采集到外圈403上的点Al和点A2，内圈上的点BI和点B2。
[0076]由于直线LI会与内圈有交点，所以图像采集模块必然可以采集到外圈上的两个点，即点Al和点A2。
[0077]在其他实施例中，直线LI可与内圈相切，则图像采集模块仅能采集到内圈上的一个点。
[0078]为了有效采集这些点，应当根据卷状物料400的尺寸大小调节图像采集模块的运动直线LI的位置。
[0079]采集这些相关点后，应当将这些点的坐标信息发送至中央控制模块100。
[0080]在步骤S212中，图像采集模块在平行于卷状物料400第一侧面401的平面内沿直线运动，并采集外圈上的另外至少一个点。
[0081 ]在本实施例中，中央控制模块100发送指令，使图像采集模块沿直线L2运动，可以采集到外圈403上的点A3和点A4。
[0082]在其他实施例中，直线L2可与外圈403相切，则图像采集模块仅能采集到外圈403上的一个点。
[0083]直线L2与直线LI不重合，点A3和点A4与点Al和点A2的坐标不同。
[0084]为了有效采集这些点，应当根据卷状物料400的尺寸大小调节图像采集模块的运动直线L2的位置。
[0085]采集这些相关点后，应当将这些点的坐标信息发送至中央控制模块100。
[0086]在其他实施例中，也可以定义其他直线位置进行外圈403和内圈404的点的采集，只要能够保证在外圈403上采集至少三个点，且在内圈404上采集至少一个点即可。
[0087]步骤Sll和步骤S12的顺序可以调换。
[0088]在步骤S13中，中央控制模块100通过外圈403上的三个点的坐标进行理论计算，得到圆心坐标和外圈403边界轨迹。
[0089]在本实施例中，中央控制模块100可以通过点Al、点A2、点A3和点A4中的任何三个点进行计算。由于同一平面内，三个点确定一个圆，所以能够得到外圈403的边界轨迹和圆心405的坐标。
[0090]在步骤S114中，中央控制模块100通过内圈404上的一个点的坐标和圆心坐标进行理论计算，得到内圈404边界轨迹。
[0091]在本实施例中，中央控制模块100可以通过圆心405的坐标和内圈404上的点BI或者点B2进行理论计算，由于在同一平面内，一个圆心和一个点可以确定一个圆，所以能够得到内圈404的边界轨迹。
[0092]在步骤S220中，图像采集模块沿卷状物料400内圈404边界轨迹运动并采集图像信息，将该图像信息发送至中央控制模块以修正内圈404的边界轨迹，并确定卷头的坐标。
[0093]中央控制模块100发送指令，使图像采集模块沿卷状物料400内圈404边界轨迹运动并采集图像信息。由于内圈404上有卷头，在卷头处会有断崖，图像采集模块采集到该断崖并将图像发送至中央控制模块100，中央控制模块100根据图像识别算法，能够发现此处的尺寸突变，记录该点为卷头。
[0094]同样的，由于内圈404边界轨迹是通过理论计算得出来的，在实际中可能形状并非是规则的圆，因此，图像采集模块还能通过采集到的信息修正内圈404的边界轨迹以使其符合实际情况，这有利于提尚焊点寻找的精度。
[0095]在步骤S230中，图像采集模块沿卷状物料400外圈403边界轨迹运动并采集图像信息，将该图像信息发送至中央控制模块以修正外圈403的边界轨迹，并确定卷尾的坐标。
[0096]中央控制模块100发送指令，使图像采集模块沿卷状物料400外圈403边界轨迹运动并采集图像信息。由于外圈403上有卷尾，在卷尾处会有断崖，图像采集模块采集到该断崖并将图像发送至中央控制模块100，中央控制模块100根据图像识别算法，能够发现此处的尺寸突变，记录该点为卷尾。
[0097]同样的，由于外圈403边界轨迹是通过理论计算得出来的，在实际中可能形状并非是规则的圆，因此，图像采集模块还能通过采集到的信息修正外圈403的边界轨迹以使其符合实际情况，这有利于提尚焊点寻找的精度。
[0098]步骤S220和步骤S230的顺序可以调换。
[0099]在本实施例中，步骤S230之后还包括计算卷头对称焊点坐标和卷尾对称焊点坐标。
[0100]在具体实施例中，在计算卷头对称焊点坐标和卷尾对称焊点坐标之前还包括图像采集模块对卷头和卷尾进行图像采集，以修正卷头和卷尾的坐标。这样可以提高确定卷头和卷尾坐标的精度，同样，可以提高确定卷头对称焊点和卷尾对称焊点的精度。
[0101]参考图8，中央控制模块100计算经过卷状物料400的圆心405和卷头420的直线L3，并计算除卷头420外的，该直线L3与内圈404和外圈403的交点坐标，该交点为卷头对称焊点，该交点坐标为卷头对称焊点坐标。
[0102]图8并未将卷状形状表现出来，只是示意性的画出了外圈和内圈，并标记处了卷头和卷尾的位置。
[0103]在本实施例中，包括卷头对称焊点421，卷头对称焊点422和卷头对称焊点423。
[0104]然后，中央控制模块100计算经过卷状物料400的圆心405与卷尾410的直线L4，并计算除卷尾外410的，该直线L4与内圈404和外圈403的交点坐标，该交点为卷尾对称焊点，该交点坐标为卷尾对称焊点坐标。
[0105]在本实施例中，包括卷尾对称焊点411，卷尾对称焊点412和卷尾对称焊点413。
[0106]上述确定卷头对称焊点和卷尾对称焊点的顺序可以调换。
[0107]在具体实施例中，计算卷头对称焊点坐标和卷尾对称焊点坐标之后还包括图像采集模块对卷头对称焊点和卷尾对称焊点进行图像采集，以修正其坐标。这样有助于进一步提高确定卷头对称焊点和卷尾对称焊点的精度。
[0108]只焊接卷头和卷尾时，如果不能有效保持卷状物料400的形状，那么可以再焊接卷头对称焊点和卷尾对称焊点，以使卷状物料400的形状得到有效保持。
[0109]在本实施例中，步骤S300包括焊接模块对第一侧面401的卷头和卷尾进行焊接，也包括对卷头对称焊点和卷尾对称焊点进行焊接。
[0110]如果这些焊点还不足以保持卷状物料400的形状，那么还可以增加其他的焊点进行焊接。
[0111]步骤S300的具体步骤为中央控制模块100根据焊点的坐标信息发送指令至焊接模块，焊接模块依据指令移动至相应的位置并进行焊接操作。
[0112]参考图9，在本实施例中，步骤S300之后还包括:
[0113]物料传输模块带动卷状物料400移动至第二位置502，第二位置502不同于第一位置501，并将第二位置502发送至中央控制模块100;
[0114]重复步骤S100-S300以焊接卷状物料400第二侧面402的卷头和卷尾。
[0115]相关的操作过程与步骤S100-S300相同。
[0116]参考图10.在具体实施例中，步骤S300之后还包括物料传输模块将卷状物料400移送至焊接工作完成区503。
[0117]在本实施例中，该步骤在完成第二侧面402的焊接后进行。
[0118]本本实施例中的焊接方法进行焊接时，可以精确定位焊点，并实现焊点定位和焊接操作自动化，可以有效提高焊接效率和焊接精度。
[0119]以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于视觉定位的机器人焊接系统，其特征在于，包括: 中央控制模块，中央控制模块可进行数据处理和指令发布；图像采集模块，图像采集模块与中央控制模块连接，图像采集模块将采集到的图像信息发送至中央控制模块以进行数据分析，图像采集模块接收并执行中央控制模块的指令；焊接模块，焊接模块与中央控制模块连接，焊接模块接收并执行中央控制模块的指令。2.根据权利要求1所述的基于视觉定位的机器人焊接系统，其特征在于，图像采集模块包括: 摄像装置； 机器人，所述机器人包括一机械臂，所述摄像装置安装于所述机械臂上。3.根据权利要求2所述的基于视觉定位的机器人焊接系统，其特征在于，摄像装置包括: 相机、镜头、光源和图像处理卡。4.根据权利要求2所述的基于视觉定位的机器人焊接系统，其特征在于，焊接模块安装于所述机械臂上。5.根据权利要求2或4所述的基于视觉定位的机器人焊接系统，其特征在于，机器人为6自由度机器人。6.据权利要求1所述的基于视觉定位的机器人焊接系统，其特征在于，还包括:物料传输模块，物料传输模块与所述中央控制模块连接，物料传输模块接收并执行中央控制模块的指令，并将物料传输模块的位置信息发送至中央控制系统。
【文档编号】B23K37/00GK205668131SQ201620597340
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】温中蒙, 禹超, 苏杰, 刘卓斌
【申请人】尔智机器人（上海）有限公司