本實(shí)用新型涉及的是一種可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人，特別是涉及一種用于造船、海洋工程、鋼結(jié)構(gòu)橋梁、鋼結(jié)構(gòu)建筑、化工機(jī)械和起重機(jī)械等重型機(jī)械的行業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)連接電弧焊接的一種可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人。

背景技術(shù)：

視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤作為一門綜合性應(yīng)用技術(shù)，具有多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，包括電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、焊接、結(jié)構(gòu)、材料、流體、光學(xué)、電磁等學(xué)科，國內(nèi)外眾多研究工作者投入到這一領(lǐng)域進(jìn)行研究，從示教型焊接機(jī)器人到程序控制焊接系統(tǒng)，再到移動(dòng)式焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)，焊接自動(dòng)化的每一次進(jìn)步都顯著提高了生產(chǎn)效率。焊接技術(shù)的自動(dòng)化、柔性化與智能化是未來焊接技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

對于造船、海洋工程、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)建筑、化工機(jī)械和起重機(jī)械等重型機(jī)械的制造大部分不是批量生產(chǎn)，大多數(shù)是單個(gè)生產(chǎn)，很少采用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)線進(jìn)行加工、裝配、制造。因?yàn)檫@些行業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)件外型尺寸大、重量重、形狀各異、縱橫結(jié)構(gòu)復(fù)雜很少采用固定式的工裝夾具進(jìn)行裝配，焊接過程有很多是在封閉結(jié)構(gòu)或半封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行，目前都是依賴很多焊工移動(dòng)到金屬結(jié)構(gòu)焊接的位置進(jìn)行焊接，所以很少使用固定式的焊接機(jī)器人。如果要采用焊接機(jī)器人，那只能使用可移動(dòng)的焊接機(jī)器人。首先就要解決可移動(dòng)焊接機(jī)器人在金屬結(jié)構(gòu)焊接的工作區(qū)定位，意思是首先要解決找到焊接的焊縫，找到焊縫的始點(diǎn)，才能解決焊縫自動(dòng)跟蹤。而目前很多焊縫自動(dòng)跟蹤器只考慮焊縫自動(dòng)跟蹤，忽略了焊縫的識(shí)別與定位，令焊接自動(dòng)化、柔性化與智能化受到了約束。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人，解決目前造船、海洋工程、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)建筑、化工機(jī)械和起重機(jī)械等重型機(jī)械的行業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)連接的電弧焊接的可移動(dòng)焊接機(jī)器人的視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤問題。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人，包括：移動(dòng)小車、升降裝置、機(jī)械手、焊槍、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；

所述升降裝置安裝于所述移動(dòng)小車上，所述機(jī)械手安裝于所述升降裝置上，所述焊槍安裝于所述機(jī)械手上；

所述焊槍上設(shè)有視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤器，所述視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤器包括依次連接的視覺傳感器、控制器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)與所述焊槍連接；

所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用于對所述移動(dòng)小車、所述升降裝置、所述機(jī)械手及所述焊槍進(jìn)行控制。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述視覺識(shí)別定位焊縫跟蹤器上安裝有電弧濾光片。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述移動(dòng)小車為輪式行走結(jié)構(gòu)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述移動(dòng)小車為履帶式行走結(jié)構(gòu)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述移動(dòng)小車為腿式行走結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人的示意圖；

圖2為圖1所示的可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人各部件的模塊連接圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本實(shí)用新型，下面將參照相關(guān)附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式。但是，本實(shí)用新型可以以 許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施方式。相反地，提供這些實(shí)施方式的目的是使對本實(shí)用新型的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

如圖1及圖2所示，一種可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人10，包括：移動(dòng)小車100、升降裝置200、機(jī)械手300、焊槍400、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)500。

升降裝置200安裝于移動(dòng)小車100上，機(jī)械手300安裝于升降裝置200上，焊槍400安裝于機(jī)械手300上。

焊槍400上設(shè)有視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤器410，視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤器410包括依次連接的視覺傳感器412、控制器414及執(zhí)行機(jī)構(gòu)416，執(zhí)行機(jī)構(gòu)416與焊槍400連接。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)500用于對移動(dòng)小車100、升降裝置200、機(jī)械手300及焊槍400進(jìn)行控制。

在本實(shí)施例中，視覺識(shí)別定位焊縫跟蹤器410上安裝有電弧濾光片。

例如，移動(dòng)小車100為輪式行走結(jié)構(gòu)，例如，移動(dòng)小車100可以為履帶式行走結(jié)構(gòu)，例如，移動(dòng)小車100還可以為腿式行走結(jié)構(gòu)。

一種視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤方法，用于對金屬結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行焊接，通過上述的可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接，步驟如下：

視覺測量，利用可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人在金屬結(jié) 構(gòu)焊接的工作區(qū)位置，測量距離金屬結(jié)構(gòu)件的坐標(biāo)；

金屬結(jié)構(gòu)識(shí)別定位，與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)出的金屬結(jié)構(gòu)CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和位置仿真顯示，找到可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人在金屬結(jié)構(gòu)焊接的工作區(qū)位置，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人移動(dòng)到金屬結(jié)構(gòu)焊接的位置，并控制焊槍帶著視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤器找到焊縫的始點(diǎn)位置；

直接拍攝電弧式自動(dòng)跟蹤焊縫，視覺傳感器把電弧、熔池、導(dǎo)電嘴、焊絲伸出和焊接坡口一起拍攝成圖像，并根據(jù)電弧附近的圖像求得坡口寬度，然后判斷焊絲是否對準(zhǔn)中心位置及焊絲伸出長度是否合適。

由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)500、焊槍400、金屬結(jié)構(gòu)焊縫、視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤器410構(gòu)成一個(gè)識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤閉環(huán)反饋系統(tǒng)。而視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤器410主要由視覺傳感器412、控制器414及執(zhí)行機(jī)構(gòu)416三大部分組成。

根據(jù)可移動(dòng)焊接機(jī)器人視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用視覺測量、金屬結(jié)構(gòu)識(shí)別定位和直接拍攝電弧式。

一、視覺測量。利用視覺傳感器測量可移動(dòng)焊接機(jī)器人在金屬結(jié)構(gòu)焊接的工作區(qū)位置，測量距離金屬結(jié)構(gòu)件(零件、部件)的XYZ座標(biāo)。

二、金屬結(jié)構(gòu)識(shí)別定位。與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)出的金屬結(jié)構(gòu)CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和位置仿真顯示，找到可移動(dòng)焊接機(jī)器人在金屬結(jié)構(gòu)焊接的工作區(qū)位置。由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制可移動(dòng)焊接機(jī)器人移動(dòng)到金屬結(jié)構(gòu)焊接的位置，并控制焊槍帶著焊縫自動(dòng)跟蹤器找到焊縫的始點(diǎn)位置。

三、直接拍攝電弧式自動(dòng)跟蹤焊縫法。自動(dòng)跟蹤焊縫的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：圖像采集、高精度系統(tǒng)標(biāo)定、圖像的特征提取，亞像素邊緣定位技術(shù)等。視覺傳感器把電弧、熔池、導(dǎo)電嘴、焊絲伸出和焊接坡口一起拍攝成圖像，并根據(jù)電弧附近的圖像求得坡口寬度，然后判斷焊絲是否對準(zhǔn)中心位置及焊絲伸出長度是否合適。該方法不僅可以跟蹤焊縫，還可預(yù)測坡口形狀和截面積，并能用于焊接過程的自適應(yīng)控制，可適用于各種坡口形狀。

四、焊縫自動(dòng)跟蹤器。主要由視覺傳感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分組 成。視覺傳感器是直接拍攝電弧，把電弧、熔池、導(dǎo)電嘴、焊絲伸出和焊接坡口一起拍攝成圖像，并根據(jù)電弧附近的圖像求得坡口寬度，然后判斷焊絲是否對準(zhǔn)中心位置及焊絲伸出長度是否合適，并把精確檢測出焊縫的位置和形狀信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)?？刂破鲗π盘?hào)進(jìn)行處理，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測結(jié)果控制自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整焊槍位置，從而實(shí)現(xiàn)焊縫自動(dòng)跟蹤。

本實(shí)用新型通過一種視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤方法及可視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤的智能焊接機(jī)器人，解決了目前造船、海洋工程、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)建筑、化工機(jī)械和起重機(jī)械等重型機(jī)械的行業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)連接的電弧焊接的可移動(dòng)焊接機(jī)器人的視覺識(shí)別定位焊縫自動(dòng)跟蹤問題。

以上所述實(shí)施方式僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。