本發(fā)明涉及機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)焊接，尤其涉及一種缸筒孔位焊接對(duì)位方法。

背景技術(shù)：

1、在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，機(jī)器人焊接應(yīng)用范圍廣泛，例如：制造業(yè)、建筑業(yè)、能源行業(yè)、醫(yī)療機(jī)械制造、消費(fèi)品制造以及水下焊接等行業(yè)。機(jī)器人焊接能夠穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量，將焊接質(zhì)量以數(shù)值的形式反映出來(lái)的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)還能有效提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，且能夠在有害環(huán)境下工作。

2、但是，機(jī)器人焊接都需要被焊接物體進(jìn)行精確對(duì)位后，才能有效進(jìn)行焊接。在缸筒制造行業(yè)，焊接塊如何精準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)接，傳統(tǒng)方法采用人工對(duì)接和機(jī)器視覺(jué)一次對(duì)位。并且，傳統(tǒng)人工焊接方式，由于操作者技藝和體力的限制，很難保證孔位的精度和一致性，同時(shí)生產(chǎn)效率不高。而機(jī)器人的自動(dòng)化和智能化程度提高，可以大幅度提高生產(chǎn)效率和焊接的精度。

3、專利號(hào)cn2023110832075公開(kāi)了一種液壓缸缸筒內(nèi)孔熔銅焊接工藝，涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，該焊接工藝包括缸底焊接步驟、環(huán)槽焊接步驟和環(huán)槽搭接步驟。缸底焊接步驟為沿液壓缸缸筒的缸底端向缸口端的方向上，焊接液壓缸內(nèi)孔的缸底端內(nèi)壁，直至焊接至與環(huán)形凹槽間隔預(yù)設(shè)距離，且形成有第一焊道。環(huán)槽焊接步驟具體為焊接環(huán)形凹槽，并形成有第二焊道。環(huán)槽搭接步驟具體為承接缸底焊接步驟繼續(xù)焊接內(nèi)孔的缸底端內(nèi)壁，并且形成有第三焊道，第三焊道的一端與第一焊道搭接，另一端與第二焊道搭接，實(shí)現(xiàn)缸底端內(nèi)壁和環(huán)形凹槽交界位置的過(guò)渡。上述發(fā)明公開(kāi)的焊接工藝與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，焊接成品的氣孔點(diǎn)數(shù)大大減少，返修率大大降低，焊接質(zhì)量有明顯的提高。

4、專利號(hào)cn2023100286737公開(kāi)了一種鍋筒焊接機(jī)器人的定位裝置，包括定位組件和膨脹組件；所述定位組件包括安裝板和分別設(shè)置在安裝板厚度方向兩側(cè)的氣缸和定位軸，所述安裝板朝向定位軸的一端面具有限位部，所述氣缸的活動(dòng)端連接定位軸的一端，所述定位軸遠(yuǎn)離氣缸的一端設(shè)置有拓寬部，所述拓寬部直徑大于定位軸直徑；所述膨脹組件與定位軸相對(duì)滑動(dòng)連接，所述膨脹組件一端與限位部相抵接，另一端為彈性端，所述彈性端朝向拓寬部方向延伸。上述發(fā)明能夠保證在焊接過(guò)程中定位軸不會(huì)發(fā)生活動(dòng)。

5、雖然，以上專利在焊接缸筒時(shí)利用焊接工具對(duì)孔位進(jìn)行定位，但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于缸筒是圓柱體，焊接塊擺放很難一次性精準(zhǔn)擺放到缸筒正上方。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種缸筒孔位焊接對(duì)位方法，能夠通過(guò)兩步對(duì)位方法，即第一次先糾正缸筒姿態(tài)，讓缸筒的孔位移動(dòng)到正上方；第二次對(duì)位焊接塊，使缸筒孔位和焊接塊孔位的同心度達(dá)到預(yù)設(shè)同心度之內(nèi)；以有效提高缸筒孔位的對(duì)位精度，提升缸筒焊接效率，同時(shí)降低缸筒焊接失誤率。

2、本發(fā)明利用下述技術(shù)方案：

3、一種缸筒孔位焊接對(duì)位方法，依次包括以下步驟；

4、s1：機(jī)械臂將缸筒放置于焊接平臺(tái)進(jìn)行夾緊；

5、s2：機(jī)械臂帶動(dòng)工業(yè)相機(jī)至缸筒的指定拍攝位置上方進(jìn)行圖像拍攝，獲取缸筒孔位圖像；

6、s3：從缸筒孔位圖像中，提取缸筒筒壁的兩個(gè)水平向邊界和孔位中心，并計(jì)算孔位中心到兩個(gè)邊界的距離差，同時(shí)將距離差轉(zhuǎn)換為角度；

7、s4：將計(jì)算得到的角度與設(shè)定角度范圍進(jìn)行判斷，以生成角度判斷結(jié)果；

8、s5：若角度未在設(shè)定角度范圍內(nèi)，則計(jì)算角度偏差值，并利用焊接平臺(tái)根據(jù)角度偏差值旋轉(zhuǎn)缸筒，并返回步驟s3，繼續(xù)進(jìn)行角度判斷；若角度在設(shè)定角度范圍，則機(jī)械臂擺放焊接塊；

9、s6：移動(dòng)機(jī)械臂至焊接塊的指定拍攝位置進(jìn)行圖像拍攝，以獲取焊接塊孔位圖像；

10、s7：從焊接塊孔位圖像中，提取焊接塊的四個(gè)邊界和孔位中心；

11、s8：再次移動(dòng)機(jī)械臂至焊接塊孔位上方，對(duì)焊接塊孔位進(jìn)行圖像拍攝，獲取包含焊接塊孔位和缸筒孔位的復(fù)合孔位圖像；

12、s9：從復(fù)合孔位圖像中，計(jì)算焊接塊孔位和缸筒孔位的同心度，并與預(yù)設(shè)同心度范圍進(jìn)行判斷，以生成同心判斷結(jié)果；

13、s10：若同心度未在預(yù)設(shè)同心度范圍，計(jì)算同心度偏差值，則機(jī)械臂根據(jù)同心度偏差值移動(dòng)焊接塊，并轉(zhuǎn)至s7；若同心度在設(shè)定同心度范圍，則對(duì)位結(jié)束，開(kāi)始焊接；

14、s11：移動(dòng)機(jī)械臂拍攝完成焊接的焊接塊與缸筒，以獲取組合圖像；

15、s12：對(duì)組合圖像進(jìn)行圖像處理，以驗(yàn)證兩孔位的對(duì)位情況，并修正預(yù)設(shè)同心度范圍。

16、優(yōu)選地，步驟s2和步驟s6中，指定拍攝位置為缸筒孔位或焊接塊孔位，且機(jī)械臂的工業(yè)相機(jī)垂直于缸筒水平軸向切面或焊接塊的水平向切面。

17、優(yōu)選地，步驟s3中，通過(guò)下述圖像處理算法將距離差轉(zhuǎn)換為角度：

18、s301：利用圖像校正算法對(duì)缸筒孔位圖像的光照和顏色進(jìn)行校正，以獲取校正后的缸筒圖像；

19、s302：利用圖像二值化算法對(duì)校正后的缸筒圖像進(jìn)行灰度化，以獲取缸筒灰度圖像；

20、s303：利用圖像濾波算法對(duì)缸筒灰度圖像進(jìn)行濾波去噪，以獲取去噪后的缸筒圖像；

21、s304：利用亞像素算法提取去噪后的缸筒圖像中缸筒的兩個(gè)水平向邊界l1,l2和孔位中心oc；

22、s305：測(cè)算孔位中心到兩個(gè)邊界的距離分別為x1,x2，則距離差為|x1-x2|，由于缸筒半徑為r，從而將距離差轉(zhuǎn)化為角度θ：α表示偏差系數(shù)。

23、優(yōu)選地，步驟s4和步驟s5中，設(shè)定角度范圍為：(θmin,θmax)，θmin表示最小角度，θmax表示最大角度；若角度小于最小角度，則角度偏差值為：δθ1∈(δθmin,δθmax)，δθmin＝θmin-θ，δθmin表示最小角度偏差值，δθmax＝θmax-θ，δθmax表示最大角度偏差值；若角度大于最大角度，則角度偏差值為：δθ2∈(δθ′min,δθ′max)，δθ′min＝θ-θmax，δθ′min表示最小角度偏差值，δθ′max＝θ-θmin，δθ′max表示最大角度偏差值。

24、優(yōu)選地，步驟s7中，利用下述圖像處理算法對(duì)焊接塊孔位圖像進(jìn)行處理的流程為：

25、s701：利用圖像校正算法對(duì)焊接塊孔位圖像的光照和顏色進(jìn)行校正，以獲取校正后的焊接塊圖像；

26、s702：利用圖像二值化算法對(duì)校正后的焊接塊圖像進(jìn)行灰度化，以獲取焊接塊灰度圖像；

27、s703：利用圖像濾波算法對(duì)焊接塊灰度圖像進(jìn)行濾波去噪，以獲取去噪后的焊接塊圖像；

28、s704：利用亞像素算法提取去噪后的焊接塊圖像中焊接塊的四個(gè)邊界l1,l2,l3,l4和孔位中心ow。

29、優(yōu)選地，步驟s9中，利用下述圖像處理算法對(duì)復(fù)合孔位圖像進(jìn)行處理，并提取焊接塊孔位和缸筒孔位的流程為：

30、s901：利用圖像校正算法對(duì)復(fù)合孔位圖像的光照和顏色進(jìn)行校正，以獲取校正后的復(fù)合孔位圖像；

31、s902：利用圖像二值化算法對(duì)校正后的復(fù)合孔位圖像進(jìn)行灰度化，以獲取復(fù)合孔位灰度圖像；

32、s903：利用圖像濾波算法對(duì)復(fù)合孔位灰度圖像進(jìn)行濾波去噪，以獲取去噪后的復(fù)合孔位圖像；

33、s904：利用亞像素算法提取去噪后的復(fù)合孔位圖像中焊接塊的孔位中心ow和孔位半經(jīng)rw，以及缸筒的孔位中心oc；并計(jì)算步驟s3中缸筒孔位圖像中缸筒孔位的孔位半經(jīng)rc；缸筒的孔位中心oc為孔位疊合區(qū)域的中心，即去噪后的孔位圖像中，焊接塊的孔位范圍與缸筒孔位范圍重疊部分的中心；

34、s905：分別計(jì)算焊接塊的孔位面積sw＝πrw2、缸筒的孔位面積sc＝πrc2、兩孔位中心之間的距離d和重疊面積sz：

35、

36、再計(jì)算同心度μ：

37、s906：將同心度與預(yù)設(shè)同心度范圍進(jìn)行判斷，以生成同心判斷結(jié)果。

38、優(yōu)選地，步驟s10中，預(yù)設(shè)同心度范圍為：(ε,1)，ε表示同心度下限值；若同心度μ<ε，則計(jì)算同心度偏差值ρ∈(ρmin,ρmax)，ρmin表示同心度最小偏差值，ρmin＝ε-μ；ρmax表示同心度最大偏差值，ρmax＝1-μ。

39、優(yōu)選地，步驟s12中，對(duì)組合圖像中兩孔位的對(duì)位情況進(jìn)行驗(yàn)證，以修正預(yù)設(shè)同心度范圍的流程為：

40、s121：利用圖像二值化算法對(duì)組合圖像進(jìn)行二值化，并結(jié)合自適應(yīng)閾值算法提取組合圖像中的孔位疊合區(qū)域；

41、孔位疊合區(qū)域?yàn)閮蓚€(gè)孔位上下疊放時(shí)的共同交叉區(qū)域；

42、s122：利用圖像分割算法將孔位疊合區(qū)域進(jìn)行分割，以獲取孔位分割圖像；

43、s123：計(jì)算孔位分割圖像中的孔位疊合面積sn，并與重疊面積sz進(jìn)行對(duì)比，以區(qū)分焊接良品和焊接劣品；

44、s124：根據(jù)重疊面積sz、孔位疊合面積sn和同心度μ對(duì)預(yù)設(shè)同心度范圍進(jìn)行修正；由于缸筒和焊接塊進(jìn)行焊接時(shí)，機(jī)械臂的焊接部件產(chǎn)生振蕩導(dǎo)致同心度偏移，因此根據(jù)焊接振蕩系數(shù)σ對(duì)同心度μ進(jìn)行修正，以獲取修正后的同心度μ′：再根據(jù)修正后的同心度μ′對(duì)同心度下限值ε進(jìn)行修正，以修正預(yù)設(shè)同心度范圍(ε′,1)：

45、ε′表示修正后的同心度下限值。

46、本發(fā)明通過(guò)兩步對(duì)位方法，即第一次先糾正缸筒姿態(tài)，讓缸筒的孔位移動(dòng)到正上方；第二次對(duì)位焊接塊，使缸筒孔位和焊接塊孔位的同心度達(dá)到預(yù)設(shè)同心度之內(nèi)；以有效提高缸筒孔位的對(duì)位精度，提升缸筒焊接效率，同時(shí)降低缸筒焊接失誤率。