本發(fā)明屬于自動(dòng)化焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種船梯機(jī)器人折線角焊縫智能識(shí)別裝置。

背景技術(shù)：

隨著計(jì)算機(jī)、人工智能等科學(xué)信息技術(shù)的進(jìn)步及廣泛應(yīng)用，“智能化”的概念越來越清晰地呈現(xiàn)在人們面前?，F(xiàn)代生產(chǎn)對(duì)高品質(zhì)、高效率的迫切需求，如何提高焊接技術(shù)的智能化程度日益成為焊接技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。如今，汽車、壓力容器以及造船工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焊接技術(shù)的自動(dòng)化、智能化水平的要求不斷增強(qiáng)。

目前，船梯焊縫接頭焊接采用的焊接技術(shù)方法，主要是常規(guī)手工電弧焊，手工電弧焊存在以下幾個(gè)問題：焊接效率低，焊接質(zhì)量難以保證以及焊接人工成本高等，無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種保證焊接作業(yè)質(zhì)量，提高工廠自動(dòng)化、智能化程度的船梯機(jī)器人折線角焊縫智能識(shí)別裝置。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種船梯機(jī)器人折線焊縫智能識(shí)別裝置，包括激光視覺傳感器組件、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)，其中激光視覺傳感器組件設(shè)置在ABB焊接機(jī)器人的焊槍上，激光視覺傳感器組件通過圖像采集卡與計(jì)算機(jī)連接；所述激光視覺傳感器組件包括半導(dǎo)體激光器、CCD攝像機(jī)、鏡頭、窄帶濾光片，所述半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)設(shè)置于ABB焊接機(jī)器人手臂末端；窄帶濾光片設(shè)置于鏡頭前端，且窄帶濾光片和鏡頭均與CCD攝像機(jī)固定連接；圖像采集卡設(shè)置于計(jì)算機(jī)主板上；

將半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)固定于ABB焊接機(jī)器人手臂末端，并調(diào)整半導(dǎo)體激光器、CCD攝像機(jī)與焊槍三者的空間位置關(guān)系，使半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光照射在船梯工件角焊縫接頭上，通過CCD攝像機(jī)攝取焊縫激光圖像；圖像采集卡將窄帶濾光片濾光處理后的圖像傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像分析處理獲得船梯折線角焊縫軌跡；計(jì)算機(jī)將焊縫軌跡反饋至ABB焊接機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)船梯機(jī)器人折線角焊縫的自動(dòng)焊接。

進(jìn)一步地，所述半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)分別通過夾具剛性固定于ABB焊接機(jī)器人手臂末端。

進(jìn)一步地，所述鏡頭與窄帶濾光片分別通過夾具與CCD攝像機(jī)固定連接。

進(jìn)一步地，所述固定半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)的夾具，能夠調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)之間的角度，使半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光照射在船梯工件角焊縫接頭上，并通過CCD攝像機(jī)攝取焊縫激光圖像。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：(1)采用焊縫智能識(shí)別技術(shù)，提高了焊接機(jī)器人智能化程度；(2)有利于保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量；(3)有利于提高焊接作業(yè)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明船梯折線焊縫智能識(shí)別示意圖。

圖2為本發(fā)明激光視覺傳感器組件示意圖。

圖3為本發(fā)明圖像采集系統(tǒng)示意圖。

圖4為本發(fā)明焊縫智能識(shí)別系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1～2，本發(fā)明船梯機(jī)器人折線焊縫智能識(shí)別裝置，包括激光視覺傳感器組件、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)，其中激光視覺傳感器組件設(shè)置在ABB焊接機(jī)器人的焊槍上，激光視覺傳感器組件通過圖像采集卡與計(jì)算機(jī)連接；所述激光視覺傳感器組件包括半導(dǎo)體激光器4、CCD攝像機(jī)3、鏡頭2、窄帶濾光片1，所述半導(dǎo)體激光器4與CCD攝像機(jī)3設(shè)置于ABB焊接機(jī)器人手臂末端；窄帶濾光片1設(shè)置于鏡頭前端，且窄帶濾光片1和鏡頭2均與CCD攝像機(jī)固定連接；圖像采集卡設(shè)置于計(jì)算機(jī)主板上；

將半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)固定于ABB焊接機(jī)器人手臂末端，并調(diào)整半導(dǎo)體激光器、CCD攝像機(jī)與焊槍三者的空間位置關(guān)系如圖2，使半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光5照射在船梯工件6角焊縫接頭上，通過CCD攝像機(jī)3攝取焊縫激光圖像；圖像采集卡將窄帶濾光片1濾光處理后的圖像傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像分析處理獲得船梯折線角焊縫軌跡；計(jì)算機(jī)將焊縫軌跡反饋至ABB焊接機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)船梯機(jī)器人折線角焊縫的自動(dòng)焊接。

所述船梯焊縫為角焊縫，機(jī)器人系統(tǒng)的單軸變位機(jī)能與機(jī)器人協(xié)同作業(yè)，滿足機(jī)器人焊槍可達(dá)船梯每一條折線角焊縫的要求。

結(jié)合圖2，所述半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)分別通過夾具剛性固定于ABB焊接機(jī)器人手臂末端，鏡頭與窄帶濾光片分別通過夾具與CCD攝像機(jī)固定連接。所述固定半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)的夾具，能夠調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)之間的角度，使半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光照射在船梯工件角焊縫接頭上，并通過CCD攝像機(jī)攝取焊縫激光圖像，同時(shí)不能干涉到實(shí)際機(jī)器人的焊接工作。首先是半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束投射被測(cè)船梯工件的表面，由工件表面反射后的光被CCD攝像頭吸收，通過測(cè)量反射光束與攝像頭主光軸的夾角，并結(jié)合已知的投射光束與掃描鏡面的夾角以及攝像頭與掃描鏡面的距離等數(shù)據(jù)，求得每一束光在工件表面投射點(diǎn)與CCD鏡面的距離，從而得到焊縫的斷面剖面圖。

結(jié)合圖3、圖4，所述計(jì)算機(jī)包括圖像采集模塊以及焊縫智能識(shí)別系統(tǒng)，其中，焊縫智能識(shí)別系統(tǒng)基于Visual++軟件平臺(tái)開發(fā)，主要包括圖像預(yù)處理模塊、快速算法匹配模塊以及軌跡程序生成與傳送模塊，圖像處理模塊與焊縫智能識(shí)別系統(tǒng)，主要功能包括：圖像的中值濾波、圖像矯正、二值化、圖像腐蝕以及軌跡程序生成與傳送等。

本發(fā)明船梯機(jī)器人折線焊縫智能識(shí)別方法，包括以下步驟：

步驟1、通過激光視覺傳感器夾具將半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)剛性固定于ABB焊接機(jī)器人手臂末端，并調(diào)整好將半導(dǎo)體激光器、CCD攝像機(jī)與焊槍三者的空間位置關(guān)系；

步驟2、半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光照射在船梯工件角焊縫接頭上，通過CCD攝像機(jī)攝取焊縫激光圖像；

步驟3、圖像采集卡將窄帶濾光片濾光處理后的圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存中，交給計(jì)算機(jī)焊縫識(shí)別軟件進(jìn)行圖像分析處理并獲得船梯折線角焊縫軌跡程序；

步驟4、將焊縫軌跡程序?qū)氲紸BB焊接機(jī)器人，在單軸變位機(jī)的協(xié)同作用下，最終實(shí)現(xiàn)船梯機(jī)器人折線角焊縫的自動(dòng)焊接。

步驟2中所述的船梯工件角焊縫為斷續(xù)折線角焊縫。

結(jié)合圖4，步驟3焊縫識(shí)別系統(tǒng)獲取的船梯折線角焊縫軌跡與實(shí)際焊縫軌跡尺寸偏差≦±0.5mm。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的船梯機(jī)器人折線角焊縫智能識(shí)別裝置是基于圖像處理以及焊縫識(shí)別智能化焊接技術(shù)，硬件部分包括：激光視覺傳感器組件一套、圖像采集卡一個(gè)、計(jì)算機(jī)一臺(tái)以及ABB焊接機(jī)器人系統(tǒng)一套組成；所述激光視覺傳感器組件包括半導(dǎo)體激光器、CCD攝像機(jī)、鏡頭、窄帶濾光片、激光視覺傳感器夾具；軟件部分包括圖像采集模塊以及焊縫智能識(shí)別系統(tǒng)，其中焊縫智能識(shí)別系統(tǒng)基于Visual++開發(fā)。本方法具體包括以下步驟：

步驟1、通過激光視覺傳感器夾具將半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)剛性固定于ABB焊接機(jī)器人手臂末端，并調(diào)整好將半導(dǎo)體激光器、CCD攝像機(jī)與焊槍三者的空間位置關(guān)系；

步驟2、半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光照射在船梯工件角焊縫接頭上，通過CCD攝像機(jī)攝取焊縫激光圖像；

步驟3、圖像采集卡將窄帶濾光片濾光處理后的圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存中，交給計(jì)算機(jī)焊縫識(shí)別軟件進(jìn)行圖像分析處理并獲得船梯折線角焊縫軌跡程序；

步驟4、將焊縫軌跡程序?qū)氲紸BB焊接機(jī)器人，在單軸變位機(jī)的協(xié)同作用下，最終實(shí)現(xiàn)船梯機(jī)器人折線角焊縫的自動(dòng)焊接。

本船梯ABB焊接機(jī)器人系統(tǒng)采用雙機(jī)器人雙工位，由兩臺(tái)機(jī)器人，兩個(gè)單軸變位機(jī)，針對(duì)不同長(zhǎng)度的船梯，可采用柔性工裝，工裝長(zhǎng)度可設(shè)置為6m以上，工裝平臺(tái)上設(shè)置孔和導(dǎo)軌，可快速安裝夾具，不同長(zhǎng)度的船梯可在這一平臺(tái)上夾裝，工裝可隨變位機(jī)360°旋轉(zhuǎn)。水平裝夾完成后可旋轉(zhuǎn)90°焊接，保證所有折線角焊縫焊縫平焊。兩臺(tái)機(jī)器人安裝在兩個(gè)1.5m長(zhǎng)的滑軌上。兩臺(tái)機(jī)器人協(xié)同工作完成船梯焊接。工作站主要由弧焊機(jī)器人、焊接電源、單軸變位機(jī)、工裝平臺(tái)、焊接夾具、清槍站、系統(tǒng)集成控制柜等組成。船梯由梯架(扁鋼、角鋼、球扁鋼)和踏步(方鋼)拼接而成，材料為Q235-B，焊接前將船梯各部件裝夾到變位機(jī)工裝上，用快速夾具夾好，方便焊接機(jī)器人自動(dòng)焊接。焊接工藝如下：

焊接方法：MAG自動(dòng)焊專用工藝

焊接速度：20-50cm/min

焊絲直徑：Φ1.0mm或Φ1.2mm

焊接氣體：80％Ar+20％CO2

結(jié)合圖2，CCD攝像機(jī)采用的是德國進(jìn)口的工業(yè)攝像機(jī)BASLER acA1300-30gm，剛性固定于ABB焊接機(jī)器人手臂末端的半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)有一定的角度配合，中心線夾角為30°，距離船梯工件表面30cm。

結(jié)合圖3，圖像采集卡采用的是北京大恒公司的圖像采集卡DH-CG41O視頻采集卡,它具有靈活、集成度高、功耗低等特點(diǎn)。由于采用PCI總線,所采集的圖像數(shù)據(jù)傳輸基本不占用CPU空間,并可將圖像直接傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存或顯存。視頻圖像經(jīng)多路切換器、解碼器、A/D轉(zhuǎn)換,將數(shù)字化的圖像數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖器。經(jīng)裁減、比例壓縮及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后,由內(nèi)部控制圖形覆蓋與數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)傳輸目標(biāo)位置由軟件決定,可以是顯存,也可以是計(jì)算機(jī)內(nèi)存,該圖像采集卡支持多種格式的視頻輸出,本系統(tǒng)中用到的是8位位圖格式。

主要技術(shù)性能及指標(biāo):

1.支持六路復(fù)合視頻輸入,最多組成三路Y/C輸入或一路分量輸入,軟件切換。

2.支持PAL,NTSC彩色/黑白視頻輸入。

3.圖像分辨率最高:PAL:768X576X24BITNTSC:640X480X24BIT

4.圖像數(shù)據(jù)數(shù)值范圍:1-253或16-235可選。

5.支持計(jì)算機(jī)內(nèi)容與圖像同屏顯示,圖形覆蓋功能。

6.支持YUV422、RGB8888、RGB888、RGB565、RGB555及Y8

7.支持單場(chǎng)、單幀、連續(xù)場(chǎng)、連續(xù)幀的采集方式。

8.硬件支持圖像的水平、垂直鏡像。

9.穩(wěn)定接收錄像機(jī)信號(hào)。

10.視頻輸入帶寬:>4MHz。

結(jié)合圖4，步驟3焊縫識(shí)別系統(tǒng)獲取的船梯折線角焊縫軌跡與實(shí)際焊縫軌跡尺寸偏差≦±0.5mm。

具體焊接過程如下：首先通過激光視覺傳感器夾具將半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)剛性固定于ABB焊接機(jī)器人手臂末端，并調(diào)整好將半導(dǎo)體激光器與CCD攝像機(jī)之間的空間位置關(guān)系；半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光照射在船梯工件角焊縫接頭上，通過CCD攝像機(jī)攝取焊縫激光圖像；圖像采集卡將窄帶濾光片濾光處理后的圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)存中，交給計(jì)算機(jī)焊縫識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行圖像分析處理并獲得船梯折線角焊縫軌跡；接著將焊縫軌跡程序?qū)氲紸BB焊接機(jī)器人，在單軸變位機(jī)的協(xié)同作用下，最終實(shí)現(xiàn)船梯機(jī)器人折線角焊縫的自動(dòng)焊接。

本發(fā)明采用焊縫智能識(shí)別技術(shù)，提高了焊接機(jī)器人智能化程度，有利于保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量，有利于提高焊接作業(yè)效率。