CN104588837A - 弧焊机器人智能耦合系统 - Google Patents
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Abstract
一种弧焊机器人智能耦合系统，包括焊接设备系统和追踪系统；焊接设备系统包括焊枪、用于控制焊枪姿态及其与焊缝的相对位置的执行机构和用于接收图像处理器的信息数据、向执行机构发出控制焊枪姿态及其与焊缝相对位置的指令的控制模块；控制模块通过系统总线的伺服驱动控制接口与执行机构电路连接；执行机构与焊枪之间采用谐波传动；所述追踪系统包括用于采集焊枪姿态及其与焊缝相对位置的光源信号的高清摄像头和用于处理高清摄像头传输来的图像数据信号的图像处理器，高清摄像头与图像处理器连接，图像处理器通过系统总线的输入输出接口与控制模块连接。该弧焊机器人智能耦合系统对焦速度快，图像判断准确，性能可靠，焊接质量好，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动弧焊辅助设备,特别是一种弧焊机器人智能耦合系统。
背景技术
焊接制造技术广泛应用于汽车制造、航天工程等领域，焊接成型已经成为先进制造领域中极为重要的技术，焊枪与焊缝之间的相对位置，对保证焊接质量起着至关重要的作用。目前弧焊机器人作业过程中，往往采用示教的方法对待焊缝进行追踪，通过记录示教点，焊接机器人再逐点重复示教的动作，进行追踪焊缝；但是由于待焊工件的定位偏差以及焊机的震动，常常导致焊枪与焊缝产生偏差，影响焊接质量。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种弧焊机器人智能耦合系统，使其在焊接过程中能够实时捕捉即调整焊枪及焊缝的位置，以克服已有技术所存在的上述不足。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种弧焊机器人智能耦合系统，包括焊接设备系统和追踪系统；
所述焊接设备系统包括焊枪、执行机构和控制模块，所述控制模块通过系统总线的伺服驱动控制接口与执行机构电路连接；所述执行机构与焊枪之间采用谐波传动；
所述追踪系统包括高清摄像头和与其电路连接的图像处理器，所述高清摄像头与图像处理器连接，图像处理器通过系统总线的输入输出接口与控制模块连接相互交换数据；
所述控制模块用于接收图像处理器传送的信息数据，向执行机构发出控制、调整焊枪姿态及其与焊缝相对位置的指令；
所述执行机构接受控制模块的指令控制、调整焊枪姿态及其与焊缝的相对位置；
所述高清摄像头用于采集焊枪姿态及其与焊缝的相对位置的光源信号，并将光源信号转换成图像数据信号输入到图像处理器；
所述图像处理器用于处理高清摄像头传输来的图像数据信号，提取图像的边缘特征，并根据焊缝熔池和焊枪图像边缘特征得到边缘点和焊枪的位置信息，再把信息数据反馈到的控制模块。
其进一步的技术方案是：所述高清摄像头前端通过传动装置连接滤光模块，所述滤光模块包括隔热玻璃片和滤光片，所述隔热玻璃片用于过滤焊接产生的烟尘，所述滤光片用于接收并过滤焊接时产生的弧光。
更进一步的技术方案是：所述控制模块包括：操作键盘、校准盒、显示器、CPU控制中心以及与其电路连接的存储器；
所述操作键盘用于输入焊接电压、电流参数；
所述校准盒用于对焊枪的初步校准，把焊枪的焊丝与待焊焊缝的初始点对准；
所述显示器用于实时显示焊接状态；
CPU控制中心是中央处理器，是控制模块的数据处理核心；
所述存储器用于存放待处理的图像数据。
更进一步：所述图像处理器采用佳能DIGIC II、DIGIC III、DIGIC 4数码图像处理器，或索尼Bionz真实图像处理器。
由于采取上述技术方案，本发明之弧焊机器人智能耦合系统具有如下有益效果：
1．本发明之弧焊机器人智能耦合系统可以在焊接过程中实时监控待焊焊缝，获取焊缝实际位置，依据该信息来判断焊枪下一步的运行轨迹，运用图像技术对待焊焊缝按一定距离进行反复线性扫描，从而获取图像，依据同一图像模糊和清晰的灰度变化差异，确定当前图像是否清晰，进而根据光学原理和优化算法调整弧焊机器人智能耦合系统中高清摄像头相对焊枪的距离，获得的实时焊缝轨迹，然后把图像信息传送到控制模块，再由焊接设备的执行机构实时调整焊枪的运动，从而保证焊接质量；
2．对焦速度快，图像判断准确：
本发明之弧焊机器人智能耦合系统中的追踪系统包括高清摄像头，隔热玻璃片，滤光片，图像处理器，高清摄像头采集到经过滤光的图像信号后，把图像信号通过数据转换发送到图像处理器，图像处理器提取原始图像的边缘特征，然后根据图像边缘特征计算出边缘点到焊枪中心点的位置，同时也分析出焊缝中心的位置,最后把数据信息输出到焊接设备的控制系统，来调节焊枪的相对位置及姿态，因而具有对焦速度快，图像判断准确的优点；
3．性能可靠：
本发明中采用高清摄像头作为视觉传感器，进行实时拍照获取信息采用高速系统处理器技术，能快速完成图像采集，滤波、灰度分割等处理、完成实时调焦任务，隔热玻璃片可过滤焊接产生的烟尘，滤光片可，过滤掉焊接时产生的弧光部分光线，仅让弧光波长与滤光片峰值波长相同的光进入高清摄像头，因而获得的图像清晰度高，性能可靠；
4．焊枪与待焊工件之间产生弧光，所以高清摄像头拍摄原始图像信息不需要借助外部光源；
5．由于本发明焊接设备系统与追踪系统相对独立，互换性好，在各类弧焊机器人的焊接中都能适应，可以应用于MIG焊、TIG焊等焊接工艺，适用范围较广。
下面，结合附图和实施例对本发明之弧焊机器人智能耦合系统的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明之弧焊机器人智能耦合系统结构示意图；
图2为本发明之弧焊机器人智能耦合系统追踪系统原理框图；
图3为本发明之弧焊机器人智能耦合系统结构框图；
图4为图像数据处理流程图；
图5为弧焊机器人智能耦合系统工作原理图；
图中：
1-焊接工件， 2-焊接设备系统， 21-焊枪， 22-执行机构，23-控制模块，231-操作键盘，232-显示器，233-校准盒，234-存储器，235-CPU控制中心；
3-追踪系统， 31 -滤光模块， 311-隔热玻璃片 ，312-滤光片，32-高清摄像头，33-图像处理器，4-系统总线，41-输入输出接口，42-伺服驱动控制接口。
具体实施方式
一种弧焊机器人智能耦合系统，包括焊接设备系统2和追踪系统3；
所述焊接设备系统2包括焊枪21，执行机构22和控制模块23，所述控制模块23通过系统总线的伺服驱动控制接口42与执行机构22电路连接；所述执行机构与焊枪之间采用谐波传动；
所述追踪系统3包括高清摄像头32和与其电路连接的图像处理器33，所述高清摄像头与图像处理器连接，图像处理器通过系统总线的输入输出接口41与控制模块23连接相互交换数据；
所述控制模块用于接收图像处理器传送的信息数据，向执行机构发出控制、调整焊枪姿态及其与焊缝相对位置的指令；
所述执行机构接受控制模块的指令控制、调整焊枪姿态及其与焊缝的相对位置；
所述高清摄像头用于采集焊枪姿态及其与焊缝的相对位置的光源信号，并将光源信号转换成图像数据信号输入到图像处理器；
所述图像处理器用于处理高清摄像头传输来的图像数据信号，提取图像的边缘特征，并根据焊缝熔池和焊枪图像边缘特征得到边缘点和焊枪的位置信息，再把信息数据反馈到的控制模块。
所述高清摄像头前端通过传动装置连接滤光模块31，所述滤光模块包括隔热玻璃片311和滤光片312，所述隔热玻璃片用于过滤焊接产生的烟尘，所述滤光片用于接收并过滤焊接时产生的弧光，过滤掉部分光线，仅让弧光波长与滤光片峰值波长相同的光进入高清摄像头。
所述控制模块包括：操作键盘、校准盒、显示器、CPU控制中心以及与其电路连接的存储器；
所述操作键盘用于输入焊接电压、电流参数；
所述校准盒用于焊接机器人焊枪的初步校准，把焊枪的焊丝与待焊焊缝的初始点对准；
所述显示器用于实时显示焊接状态；
CPU控制中心是中央处理器，是控制模块的数据处理核心；
所述存储器用于存放待处理的图像数据。
所述图像处理器采用佳能DIGIC II 4数码图像处理器。
作为变换，所述图像处理器也可采用佳能 DIGIC III、DIGIC 4数码图像处理器，或索尼Bionz真实图像处理器。
工作原理
追踪系统可以在焊接过程中实时监控待焊焊缝，获取焊缝实际位置，依据该信息来判断焊枪下一步的运行轨迹。
追踪系统运用图像技术对待焊焊缝按一定距离进行反复线性扫描，从而获取图像，依据同一图像模糊和清晰的灰度变化差异，确定当前图像是否清晰，进而根据光学原理和优化算法调整追踪系统中高清摄像头相对焊枪的距离，获得的实时焊缝轨迹，把图像信息传送到焊接设备系统的控制模块，并通过执行机构实时调整焊枪的运动，从而保证焊接质量。
首先在获取焊枪与焊缝图像方面，本发明的设计方案是：提出图像灰度评价函数，实时高清摄像头采集的图像进行判断，并实时调整高清摄像头的焦距，使图像清晰度函数的曲线点位于峰值，从而获取清晰焊缝；其次，当高清摄像头获得清晰图像后，通过处理器处理，再把信息传送到焊接设备的控制模块，由控制模块发送指令给执行机构，执行机构采用谐波传动装置，以保证焊枪的调姿迅速，准确。
图像灰度评价函数，本发明中采用灰度差分梯度函数，灰度差分法是图像清晰度评价函数，计算量小并且能够便于硬件快速响应，使摄像头能够快速聚焦。
工作过程
设定焊枪与焊缝的实时位置为：St；实时图像灰度为Ht；
执行机构启动，焊枪与待焊工件的焊缝事先找准定位好，该相对位置可以设定为一个最佳位置参数S，同时追踪系统开启，等待采集图像，把采集到的图像传送到图像处理器，图像清晰度值设定在H时为最佳图像。
当焊枪起弧后，高清摄像头开始拍照，从而采集图像，高清摄像头采集的图像传输到图像处理器，经过图像处理，计算出实时灰度值，把相关信息并行传送到焊接设备的控制模块和高清摄像头，把实时数据与设定值比较，通过调整使得实时值不断接近设定值。
Claims (4)
1.一种弧焊机器人智能耦合系统，其特征在于：包括焊接设备系统（2）和追踪系统（3）；
所述焊接设备系统（2）包括焊枪（21）、执行机构（22）和控制模块（23），所述控制模块（23）通过系统总线的伺服驱动控制接口（42）与执行机构（22）电路连接；所述执行机构与焊枪之间采用谐波传动；
所述追踪系统（3）包括高清摄像头（32）和图像处理器（33），所述高清摄像头与图像处理器电路连接，图像处理器通过系统总线的输入输出接口（41）与控制模块（23）连接相互交换数据；
所述控制模块用于接收图像处理器传送的信息数据，向执行机构发出控制、调整焊枪姿态及其与焊缝相对位置的指令；
所述执行机构接受控制模块的指令控制、调整焊枪姿态及其与焊缝的相对位置；
所述高清摄像头用于采集焊枪姿态及其与焊缝的相对位置的光源信号，并将光源信号转换成图像数据信号输入到图像处理器；
所述图像处理器用于处理高清摄像头传输来的图像数据信号，提取图像的边缘特征，并根据焊缝熔池和焊枪图像边缘特征得到边缘点和焊枪的位置信息，再把信息数据反馈到的控制模块。
2.如权利要求1所述的弧焊机器人智能耦合系统，其特征在于：所述高清摄像头前端通过传动装置连接滤光模块（31），所述滤光模块包括隔热玻璃片（311）和滤光片（312），所述隔热玻璃片用于过滤焊接时产生的烟尘，所述滤光片用于接收并过滤焊接时产生的弧光。
3.如权利要求1或2所述的弧焊机器人智能耦合系统，其特征在于：所述控制模块包括：操作键盘、校准盒、显示器、CPU控制中心以及与其电路连接的存储器；
所述操作键盘用于输入焊接电压、电流参数；
所述校准盒用于对焊枪的初步校准，把焊枪的焊丝与待焊焊缝的初始点对准；
所述显示器用于实时显示焊接状态；
CPU控制中心是中央处理器，是控制模块的数据处理核心；
所述存储器用于存放待处理的图像数据。
4.如权利要求3所述的弧焊机器人智能耦合系统，其特征在于：所述图像处理器采用佳能DIGIC II、DIGIC III、DIGIC 4数码图像处理器，或索尼Bionz真实图像处理器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150506 |