本發(fā)明屬于自動化焊接技術領域，特別是一種船梯機器人折線角焊縫智能識別裝置。

背景技術：

隨著計算機、人工智能等科學信息技術的進步及廣泛應用，“智能化”的概念越來越清晰地呈現(xiàn)在人們面前。現(xiàn)代生產對高品質、高效率的迫切需求，如何提高焊接技術的智能化程度日益成為焊接技術應用領域的研究熱點。如今，汽車、壓力容器以及造船工業(yè)現(xiàn)場對焊接技術的自動化、智能化水平的要求不斷增強。

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

技術實現(xiàn)要素：

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

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

將半導體激光器與CCD攝像機固定于ABB焊接機器人手臂末端，并調整半導體激光器、CCD攝像機與焊槍三者的空間位置關系，使半導體激光器發(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算機，計算機進行圖像分析處理獲得船梯折線角焊縫軌跡；計算機將焊縫軌跡反饋至ABB焊接機器人，實現(xiàn)船梯機器人折線角焊縫的自動焊接。

進一步地，所述半導體激光器與CCD攝像機分別通過夾具剛性固定于ABB焊接機器人手臂末端。

進一步地，所述鏡頭與窄帶濾光片分別通過夾具與CCD攝像機固定連接。

進一步地，所述固定半導體激光器與CCD攝像機的夾具，能夠調節(jié)半導體激光器與CCD攝像機之間的角度，使半導體激光器發(fā)射的激光照射在船梯工件角焊縫接頭上，并通過CCD攝像機攝取焊縫激光圖像。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點為：(1)采用焊縫智能識別技術，提高了焊接機器人智能化程度；(2)有利于保證焊接產品質量；(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)明焊縫智能識別系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

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

將半導體激光器與CCD攝像機固定于ABB焊接機器人手臂末端，并調整半導體激光器、CCD攝像機與焊槍三者的空間位置關系如圖2，使半導體激光器發(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算機，計算機進行圖像分析處理獲得船梯折線角焊縫軌跡；計算機將焊縫軌跡反饋至ABB焊接機器人，實現(xiàn)船梯機器人折線角焊縫的自動焊接。

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

結合圖2，所述半導體激光器與CCD攝像機分別通過夾具剛性固定于ABB焊接機器人手臂末端，鏡頭與窄帶濾光片分別通過夾具與CCD攝像機固定連接。所述固定半導體激光器與CCD攝像機的夾具，能夠調節(jié)半導體激光器與CCD攝像機之間的角度，使半導體激光器發(fā)射的激光照射在船梯工件角焊縫接頭上，并通過CCD攝像機攝取焊縫激光圖像，同時不能干涉到實際機器人的焊接工作。首先是半導體激光器發(fā)出的光束投射被測船梯工件的表面，由工件表面反射后的光被CCD攝像頭吸收，通過測量反射光束與攝像頭主光軸的夾角，并結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，求得每一束光在工件表面投射點與CCD鏡面的距離，從而得到焊縫的斷面剖面圖。

結合圖3、圖4，所述計算機包括圖像采集模塊以及焊縫智能識別系統(tǒng)，其中，焊縫智能識別系統(tǒng)基于Visual++軟件平臺開發(fā)，主要包括圖像預處理模塊、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)明船梯機器人折線焊縫智能識別方法，包括以下步驟：

步驟1、通過激光視覺傳感器夾具將半導體激光器與CCD攝像機剛性固定于ABB焊接機器人手臂末端，并調整好將半導體激光器、CCD攝像機與焊槍三者的空間位置關系；

步驟2、半導體激光器發(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)接嬎銠C內存中，交給計算機焊縫識別軟件進行圖像分析處理并獲得船梯折線角焊縫軌跡程序；

步驟4、將焊縫軌跡程序導入到ABB焊接機器人，在單軸變位機的協(xié)同作用下，最終實現(xiàn)船梯機器人折線角焊縫的自動焊接。

步驟2中所述的船梯工件角焊縫為斷續(xù)折線角焊縫。

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

實施例1

本實施例的船梯機器人折線角焊縫智能識別裝置是基于圖像處理以及焊縫識別智能化焊接技術，硬件部分包括：激光視覺傳感器組件一套、圖像采集卡一個、計算機一臺以及ABB焊接機器人系統(tǒng)一套組成；所述激光視覺傳感器組件包括半導體激光器、CCD攝像機、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別系統(tǒng)，其中焊縫智能識別系統(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體激光器與CCD攝像機剛性固定于ABB焊接機器人手臂末端，并調整好將半導體激光器、CCD攝像機與焊槍三者的空間位置關系；

步驟2、半導體激光器發(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)接嬎銠C內存中，交給計算機焊縫識別軟件進行圖像分析處理并獲得船梯折線角焊縫軌跡程序；

步驟4、將焊縫軌跡程序導入到ABB焊接機器人，在單軸變位機的協(xié)同作用下，最終實現(xiàn)船梯機器人折線角焊縫的自動焊接。

本船梯ABB焊接機器人系統(tǒng)采用雙機器人雙工位，由兩臺機器人，兩個單軸變位機，針對不同長度的船梯，可采用柔性工裝，工裝長度可設置為6m以上，工裝平臺上設置孔和導軌，可快速安裝夾具，不同長度的船梯可在這一平臺上夾裝，工裝可隨變位機360°旋轉。水平裝夾完成后可旋轉90°焊接，保證所有折線角焊縫焊縫平焊。兩臺機器人安裝在兩個1.5m長的滑軌上。兩臺機器人協(xié)同工作完成船梯焊接。工作站主要由弧焊機器人、焊接電源、單軸變位機、工裝平臺、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工裝上，用快速夾具夾好，方便焊接機器人自動焊接。焊接工藝如下：

焊接方法：MAG自動焊專用工藝

焊接速度：20-50cm/min

焊絲直徑：Φ1.0mm或Φ1.2mm

焊接氣體：80％Ar+20％CO2

結合圖2，CCD攝像機采用的是德國進口的工業(yè)攝像機BASLER acA1300-30gm，剛性固定于ABB焊接機器人手臂末端的半導體激光器與CCD攝像機有一定的角度配合，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。由于采用PCI總線,所采集的圖像數(shù)據傳輸基本不占用CPU空間,并可將圖像直接傳送到計算機內存或顯存。視頻圖像經多路切換器、解碼器、A/D轉換,將數(shù)字化的圖像數(shù)據送到數(shù)據緩沖器。經裁減、比例壓縮及數(shù)據格式轉換后,由內部控制圖形覆蓋與數(shù)據傳輸,數(shù)據傳輸目標位置由軟件決定,可以是顯存,也可以是計算機內存,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。

主要技術性能及指標:

1.支持六路復合視頻輸入,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)據數(shù)值范圍:1-253或16-235可選。

5.支持計算機內容與圖像同屏顯示,圖形覆蓋功能。

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

7.支持單場、單幀、連續(xù)場、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)定接收錄像機信號。

10.視頻輸入帶寬:>4MHz。

結合圖4，步驟3焊縫識別系統(tǒng)獲取的船梯折線角焊縫軌跡與實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體激光器與CCD攝像機剛性固定于ABB焊接機器人手臂末端，并調整好將半導體激光器與CCD攝像機之間的空間位置關系；半導體激光器發(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)接嬎銠C內存中，交給計算機焊縫識別系統(tǒng)進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導入到ABB焊接機器人，在單軸變位機的協(xié)同作用下，最終實現(xiàn)船梯機器人折線角焊縫的自動焊接。

本發(fā)明采用焊縫智能識別技術，提高了焊接機器人智能化程度，有利于保證焊接產品質量，有利于提高焊接作業(yè)效率。