本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的激光焊接定位方法。

背景技術(shù)：

機(jī)器視覺是通過圖像采集硬件將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，并傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，以獲得所需信息，發(fā)出指令、配合執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成位置調(diào)整、好壞篩選、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等自動(dòng)化流程的裝置。機(jī)器視覺不知疲勞，具有很高的跟蹤速度和分辨精度，在一些不適合人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺，大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，因此，近年來機(jī)器視覺技術(shù)已在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

激光焊接是利用激光的輻射能量來實(shí)現(xiàn)有效焊接的工藝，是激光加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一，與其他焊接方法相比，其焊接質(zhì)量更高、效率更快。若將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用到激光焊接中，那么機(jī)器視覺系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械夾具定位方式，不僅可以減少制作夾具的成本，也為激光焊接設(shè)備的運(yùn)動(dòng)提供精確定位參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度激光焊接。

中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN204414117U于2015年6月24日公開了一種視覺定位焊接機(jī)器人，該專利著重機(jī)器視覺系統(tǒng)中攝像頭與焊槍的相對(duì)安裝位置以及連接結(jié)構(gòu)，沒有注明基于機(jī)器視覺的激光焊接圖像處理算法、運(yùn)動(dòng)控制、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等細(xì)節(jié)。因此，需要進(jìn)一步補(bǔ)充說明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在提供一種簡(jiǎn)單合理、效果優(yōu)異、使用方便、實(shí)施成本低、易實(shí)現(xiàn)的基于機(jī)器視覺的激光焊接定位方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處。

按此目的設(shè)計(jì)的一種基于機(jī)器視覺的激光焊接定位方法，其特征在于：包括視覺子系統(tǒng)、工業(yè)PC機(jī)、電機(jī)可編程邏輯控制器、電機(jī)執(zhí)行裝置、焊接控制板和二維工作臺(tái)；所述的激光焊接定位方法利用工業(yè)PC機(jī)對(duì)視覺子系統(tǒng)采集的圖像進(jìn)行處理，提取待焊工件的中心坐標(biāo)，并把此圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成在運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，然后通過串口把數(shù)據(jù)傳到電機(jī)可編程邏輯控制器中，電機(jī)可編程邏輯控制器對(duì)焊接點(diǎn)位置計(jì)算，并控制電機(jī)執(zhí)行裝置對(duì)把二維工作臺(tái)的焊接點(diǎn)移動(dòng)到焊接頭下進(jìn)行焊接。

所述視覺子系統(tǒng)包括無閃爍光源、CCD攝像頭、圖像采集卡；其中，激光焊接定位方法步驟如下：

步驟一、待焊工件圖像釆集：接收待焊接工件光學(xué)圖像信息，并轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)，對(duì)圖像傳感器輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；

步驟二、待焊工件圖像預(yù)處理：對(duì)傳感器輸出的原始圖像進(jìn)行預(yù)處理操作；

步驟三、待焊工件的中心定位：對(duì)待焊工件的中心定位，通過輸出接口發(fā)送給相應(yīng)的控制器以實(shí)現(xiàn)控制執(zhí)行單元進(jìn)行相應(yīng)的操作；

步驟四、二維工作臺(tái)帶動(dòng)焊接頭運(yùn)動(dòng)：控制器發(fā)出信號(hào)控制二維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)固定在平臺(tái)上的焊接頭運(yùn)動(dòng)，使其到達(dá)焊接位置；

步驟五、焊接頭位置調(diào)整，焊接工件：根據(jù)待焊工件的中心定位信息與焊接頭實(shí)時(shí)位置信息比較得出偏移量回傳給控制器，校準(zhǔn)焊接頭位置，完成工件焊接。

所述CCD攝像頭為旁軸式設(shè)置，其安裝在激光器的旁邊位置、且與XY工作平臺(tái)垂直；所述的無閃爍光源為環(huán)形光源，其具有60個(gè)LED發(fā)光管，并采用高角度直射光照明設(shè)置；所述的圖像采集卡為基于PCI總線的外插式圖像采集卡、且通過面陣式CCD攝像頭實(shí)現(xiàn)圖像采集。

所述二維工作臺(tái)通過電機(jī)可編程邏輯控制器控制電機(jī)執(zhí)行裝置運(yùn)動(dòng)；所述的電機(jī)執(zhí)行裝置包括步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。

所述焊接控制板用于控制焊接頭焊接過程、且通過串口與工業(yè)PC機(jī)配合連接。

所述工業(yè)PC機(jī)通過圖像處理算法檢測(cè)圖像的邊緣信息，并提取邊緣的特征作為模板進(jìn)行匹配，以找到目標(biāo)信息的中心位置。

所述圖像處理算法對(duì)圖像進(jìn)行圖像平滑濾波、閾值分割，經(jīng)過Canny算子邊緣檢測(cè)得到圖像的邊緣，基于鏈碼對(duì)圖像提取建立特征模板，然后通過模板的匹配進(jìn)行粗定位和細(xì)定位，獲得待焊工件焊縫圓的圓心坐標(biāo)。

所述視覺子系統(tǒng)上設(shè)置有標(biāo)定圓柱，標(biāo)定圓柱安裝在工件夾具上，視覺子系統(tǒng)通過對(duì)標(biāo)定圓柱的圓心的定位和直徑的測(cè)量，可直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行圖像坐標(biāo)到運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換和相機(jī)放大倍數(shù)的標(biāo)定。

所述工業(yè)PC機(jī)上安裝有激光焊接定位軟件，該激光焊接定位軟件是基于Visual Studio 2010平臺(tái)采用C#.NET語言編寫的系統(tǒng)配套工控軟件。

本發(fā)明通過上述方法的改良，采用機(jī)器視覺自動(dòng)定位技術(shù)，圖像提取特征準(zhǔn)確、處理算法可靠并且執(zhí)行速度快，可引導(dǎo)校準(zhǔn)焊接位置，有效地解決了傳統(tǒng)人工視覺和機(jī)械夾具定位法難以達(dá)到系統(tǒng)精度要求等問題，為激光焊接設(shè)備的運(yùn)動(dòng)提供精確定位參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高精度激光焊接，不需要人工干預(yù)，只需要上下工件即可，大幅度的提高生產(chǎn)效率。其具有簡(jiǎn)單合理、效果優(yōu)異、使用方便、實(shí)施成本低、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的實(shí)施示意圖。

圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的基于圖像特征的模板匹配基本流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參見圖1、圖2，本基于機(jī)器視覺的激光焊接定位方法，包括視覺子系統(tǒng)、工業(yè)PC機(jī)、電機(jī)可編程邏輯控制器、電機(jī)執(zhí)行裝置、焊接控制板和二維工作臺(tái)；所述的激光焊接定位方法利用工業(yè)PC機(jī)對(duì)視覺子系統(tǒng)采集的圖像進(jìn)行處理，提取待焊工件的中心坐標(biāo)，并把此圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成在運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，然后通過串口把數(shù)據(jù)傳到電機(jī)可編程邏輯控制器中，電機(jī)可編程邏輯控制器對(duì)焊接點(diǎn)位置計(jì)算，并控制電機(jī)執(zhí)行裝置對(duì)把二維工作臺(tái)的焊接點(diǎn)移動(dòng)到焊接頭下進(jìn)行焊接。

進(jìn)一步地講，視覺子系統(tǒng)包括無閃爍光源、CCD攝像頭、圖像采集卡。

其中，激光焊接定位方法步驟如下：

步驟一、待焊工件圖像釆集：接收待焊接工件光學(xué)圖像信息，并轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)，對(duì)圖像傳感器輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；

步驟二、待焊工件圖像預(yù)處理：對(duì)傳感器輸出的原始圖像進(jìn)行預(yù)處理操作；

步驟三、待焊工件的中心定位：對(duì)待焊工件的中心定位，通過輸出接口發(fā)送給相應(yīng)的控制器以實(shí)現(xiàn)控制執(zhí)行單元進(jìn)行相應(yīng)的操作；

步驟四、二維工作臺(tái)帶動(dòng)焊接頭運(yùn)動(dòng)：控制器發(fā)出信號(hào)控制二維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)固定在平臺(tái)上的焊接頭運(yùn)動(dòng)，使其到達(dá)焊接位置；

步驟五、焊接頭位置調(diào)整，焊接工件：根據(jù)待焊工件的中心定位信息與焊接頭實(shí)時(shí)位置信息比較得出偏移量回傳給控制器，校準(zhǔn)焊接頭位置，完成工件焊接。

進(jìn)一步地講，CCD攝像頭為旁軸式設(shè)置，其安裝在激光器的旁邊位置、且與XY工作平臺(tái)垂直；所述的無閃爍光源為環(huán)形光源，其具有60個(gè)LED發(fā)光管，并采用高角度直射光照明設(shè)置；所述的圖像采集卡為基于PCI總線的外插式圖像采集卡、且通過面陣式CCD攝像頭實(shí)現(xiàn)圖像采集。

進(jìn)一步地講，二維工作臺(tái)通過電機(jī)可編程邏輯控制器控制電機(jī)執(zhí)行裝置運(yùn)動(dòng)；所述的電機(jī)執(zhí)行裝置包括步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。

進(jìn)一步地講，焊接控制板用于控制焊接頭焊接過程、且通過串口與工業(yè)PC機(jī)配合連接。

進(jìn)一步地講，工業(yè)PC機(jī)通過圖像處理算法檢測(cè)圖像的邊緣信息，并提取邊緣的特征作為模板進(jìn)行匹配，以找到目標(biāo)信息的中心位置。

進(jìn)一步地講，圖像處理算法對(duì)圖像進(jìn)行圖像平滑濾波、閾值分割，經(jīng)過Canny算子邊緣檢測(cè)得到圖像的邊緣，基于鏈碼對(duì)圖像提取建立特征模板，然后通過模板的匹配進(jìn)行粗定位和細(xì)定位，獲得待焊工件焊縫圓的圓心坐標(biāo)。

進(jìn)一步地講，視覺子系統(tǒng)上設(shè)置有標(biāo)定圓柱，標(biāo)定圓柱安裝在工件夾具上，視覺子系統(tǒng)通過對(duì)標(biāo)定圓柱的圓心的定位和直徑的測(cè)量，可直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行圖像坐標(biāo)到運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換和相機(jī)放大倍數(shù)的標(biāo)定。

具體地講，視覺子系統(tǒng)考慮到相機(jī)坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度，為此需在機(jī)械零件的夾具上安裝另外一個(gè)標(biāo)定圓柱，通過對(duì)此標(biāo)定圓柱圓心的定位和直徑的測(cè)量可直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行圖像坐標(biāo)到運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形成的旋轉(zhuǎn)角度

其中，(x₁，y₁)是標(biāo)定圓柱中心在圖像坐標(biāo)中的位置，(x₂，y₂)是重新標(biāo)定圓柱中心位置，d是標(biāo)定圓柱的直徑，d_pixel是測(cè)量的像素直徑值。

進(jìn)一步地講，工業(yè)PC機(jī)上安裝有激光焊接定位軟件，該激光焊接定位軟件是基于Visual Studio 2010平臺(tái)采用C#.NET語言編寫的系統(tǒng)配套工控軟件。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。