CN110548988A - 一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置和方法 - Google Patents

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杨国舜
周法权
张华德
汪虎
钟赟
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    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
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Abstract

本发明公开了一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置和方法，包括：搅拌摩擦焊设备机身，主轴，搅拌工具，视觉识别装置和工作台，所述搅拌摩擦焊设备机身设置在工作台上方，所述的工作台上方设置焊接工装，所述的主轴连接于搅拌摩擦焊设备机身上，所述主轴的的前端连接搅拌工具，所述的视觉识别装置连接在搅拌摩擦焊设备机身的下端，所述视觉识别装置和搅拌工具对准下方工作台。本发明焊接轨迹特征坐标值可通过视觉识别装置自动生成，无需编程，降低操作工的技能需求，提高生产效率；视觉识别装置与机床数控***智能互联，实现焊接工艺编程自动化、智能化。

Description

一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置和方法
技术领域
本发明公开了一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置和方法，涉及搅拌摩擦焊设备自动控制领域。
背景技术
目前在航天、航空、高铁等轨道交通生产领域有越来越多的涉及到搅拌摩擦焊接设备，搅拌摩擦焊技术属于一种固相连接技术，用类似加工中心的机床进行焊接加工，与普通熔焊相比，更易于实现加工自动化、智能化。目前搅拌摩擦焊接加工还是采用传统的机床对刀和运动轨迹手动编程或者焊接轨迹模拟图形导入半自动编程的方式实现搅拌摩擦焊接加工，对机床操作工人的技能水平要求相对较高，对刀、编程过程浪费大量的时间，影响生产效率。但是搅拌摩擦焊接对机床的走刀精度远低于机加工精度要求，一般焊缝间隙量为0.1~0.2mm，焊缝错边量控制在0~0.2mm即可，因此得益于视觉识别技术的发展和搅拌摩擦焊接本身的工艺特性，将视觉识别技术用于搅拌摩擦焊焊接轨迹的检测，实现自动、智能焊接是推进搅拌摩擦焊接设备升级的重要方式。
发明内容
本发明针对上述背景技术中的缺陷，一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置和方法，实现平面搅拌摩擦焊焊缝轨迹的自动检测，实现焊接智能化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置，其特征在于，包括：搅拌摩擦焊设备机身，主轴，搅拌工具，视觉识别装置和工作台，视觉识别装置与机床数控***智能互联，所述搅拌摩擦焊设备机身设置在工作台上方，所述的工作台上方设置焊接工装，所述的主轴连接于搅拌摩擦焊设备机身上，所述主轴的的前端连接搅拌工具，所述的视觉识别装置连接在搅拌摩擦焊设备机身的下端，所述视觉识别装置和搅拌工具对准下方工作台。
进一步的，所述视觉识别装置包括TOF景深摄像头和CCD普通摄像头。
进一步的，所述CCD普通摄像头通过第一安装支架连接在搅拌摩擦焊设备机身上，所述的TOF景深摄像头通过第二安装支架连接在搅拌摩擦焊设备机身上。
进一步的，所述的TOF景深摄像头和CCD普通摄像头对称设置在搅拌工具的两侧。
进一步的，所述的第一安装支架和第二安装支架均为可伸缩支架。
进一步的，所述CCD普通摄像头的底端低于搅拌工具底端5~10mm。
一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定焊接轨迹的基准坐标（X、Y）；获取搅拌工具所需的平面焊缝轨迹加工特征坐标（X、Y、Z），并将采集的影响数据实时传送到工控机进行图像处理，用于显示轨迹图像；根据轨迹图像，确定焊接起始位置；执行焊接任务。
进一步的，基准坐标为焊接设备下端CCD摄像头在机床坐标中所处的位置（X、Y）。
进一步的，所述加工特征坐标的获取方法包括：CCD摄像头获取的平面焊缝轨迹转化成机床坐标系内的（X、Y），TOF摄像头获得的搅拌工具底面到焊接平面的深度值（Z）。
工作原理：CCD普通摄像头获取平面焊缝的影像，TOF景深摄像头测试搅拌头与待焊接工件表面间得距离，将采集到的影像数据实时传送到工控机进行图像处理；影像数据处理后获得焊缝的三维坐标，包括焊缝平面的二维坐标（X、Y）,以及搅拌工具底面到焊接平面的深度值（Z）；将获取得到的数据与机床数控***对接并转化成编程语言即可实现自动、智能焊接。
本发明无需对刀，无需人工获取起始坐标，在获取影像之前，将CCD摄像头通过机床手柄调节至焊缝中心附近，此位置的坐标值从数控***中自动传递至视觉识别***，此坐标值即为视觉分析的基准点；焊缝坐标值检测处理完成后会在工控机上显示出轨迹图像，操作工可根据工艺需求自行选取其实焊接点，或者在装夹完成后在其实焊接点附近用记号笔进行标识，通过程序自动判断离标记点最近的焊缝轨迹坐标开始执行焊接任务。
有益效果：1.无需对刀，无需找基准点；
2.焊接轨迹特征坐标值可通过视觉识别装置自动生成，无需编程，降低操作工的技能需求，提高生产效率；
3.视觉识别装置与机床数控***智能互联，实现焊接工艺编程自动化、智能化。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
图2本发明的工作台的结构示意图；
图3本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1~3所示，一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置，其特征在于，包括：搅拌摩擦焊设备机身1，主轴2，搅拌工具7，视觉识别装置和工作台9，视觉识别装置与机床数控***智能互联，所述搅拌摩擦焊设备机身1设置在工作台9上方，所述的工作台9上方设置焊接工装8，所述的主轴2连接于搅拌摩擦焊设备机身1上，所述主轴2的的前端连接搅拌工具7，所述的视觉识别装置连接在搅拌摩擦焊设备机身1的下端，所述视觉识别装置和搅拌工具7对准下方工作台9。
所述视觉识别装置包括TOF景深摄像头6和CCD普通摄像头5。
所述CCD普通摄像头5通过第一安装支架3连接在搅拌摩擦焊设备机身1上，所述的TOF景深摄像头6通过第二安装支架4连接在搅拌摩擦焊设备机身1上。
所述的TOF景深摄像头6和CCD普通摄像头5对称设置在搅拌工具7的两侧。
所述的第一安装支架3和第二安装支架4均为可伸缩支架。
所述CCD普通摄像头5的底端低于搅拌工具7底端5~10mm。
一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定焊接轨迹的基准坐标（X、Y）；获取搅拌工具所需的平面焊缝10轨迹加工特征坐标（X、Y、Z），并将采集的影响数据实时传送到工控机进行图像处理，用于显示轨迹图像；根据轨迹图像，确定焊接起始位置；执行焊接任务。
基准坐标为焊接设备下端CCD摄像头在机床坐标中所处的位置（X、Y）。
所述加工特征坐标的获取方法包括：CCD摄像头获取的平面焊缝10轨迹转化成机床坐标系内的（X、Y），TOF摄像头获得的搅拌工具底面到焊接平面的深度值（Z）。
本发明CCD普通摄像头获取平面焊缝的影像，TOF景深摄像头测试搅拌头与待焊接工件表面间得距离，将采集到的影像数据实时传送到工控机进行图像处理；影像数据处理后获得焊缝的三维坐标，包括焊缝平面的二维坐标（X、Y）,以及搅拌工具底面到焊接平面的深度值（Z）；将获取得到的数据与机床数控***对接并转化成编程语言即可实现自动、智能焊接。
本发明无需对刀，无需人工获取起始坐标，在获取影像之前，将CCD摄像头通过机床手柄调节至焊缝中心附近，此位置的坐标值从数控***中自动传递至视觉识别***，此坐标值即为视觉分析的基准点；焊缝坐标值检测处理完成后会在工控机上显示出轨迹图像，操作工可根据工艺需求自行选取其实焊接点，或者在装夹完成后在其实焊接点附近用记号笔进行标识，通过程序自动判断离标记点最近的焊缝轨迹坐标开始执行焊接任务。
本发明无需对刀，无需找基准点；
本发明焊接轨迹特征坐标值可通过视觉识别装置自动生成，无需编程，降低操作工的技能需求，提高生产效率；
本发明视觉识别装置与机床数控***智能互联，实现焊接工艺编程自动化、智能化。
本发明通过视觉识别技术获取搅拌摩擦焊焊缝轨迹坐标，并自动转化成机床编程语言，实现搅拌摩擦焊焊接自动化，提升搅拌摩擦装备智能化水平。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置，其特征在于，包括：搅拌摩擦焊设备机身，主轴，搅拌工具，视觉识别装置和工作台，所述搅拌摩擦焊设备机身设置在工作台上方，所述的工作台上方设置焊接工装，所述的主轴连接于搅拌摩擦焊设备机身上，所述主轴的的前端连接搅拌工具，所述的视觉识别装置连接在搅拌摩擦焊设备机身的下端，所述视觉识别装置和搅拌工具对准下方工作台。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置，其特征在于，所述视觉识别装置包括TOF景深摄像头和CCD普通摄像头。
3.根据权利要求2所述的一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置，其特征在于，所述CCD普通摄像头通过第一安装支架连接在搅拌摩擦焊设备机身上，所述的TOF景深摄像头通过第二安装支架连接在搅拌摩擦焊设备机身上。
4.根据权利要求2所述的一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置，其特征在于，所述的TOF景深摄像头和CCD普通摄像头对称设置在搅拌工具的两侧。
5.根据权利要求3所述的一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置，其特征在于，所述的第一安装支架和第二安装支架均为可伸缩支架。
6.根据权利要求2所述的一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别装置，其特征在于，所述CCD普通摄像头的底端低于搅拌工具底端5~10mm。
7.一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：确定焊接轨迹的基准坐标（X、Y）；获取搅拌工具所需的平面焊缝轨迹加工特征坐标（X、Y、Z），并将采集的影响数据实时传送到工控机进行图像处理，用于显示轨迹图像；根据轨迹图像，确定焊接起始位置；执行焊接任务。
8.根据权利要求7所述的一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别和方法，其特征在于：基准坐标为焊接设备下端CCD摄像头在机床坐标中所处的位置（X、Y）。
9.根据权利要求8所述的一种基于视觉技术的焊缝轨迹自动识别方法，其特征在于：所述加工特征坐标的获取方法包括：CCD摄像头获取的平面焊缝轨迹转化成机床坐标系内的（X、Y），TOF摄像头获得的搅拌工具底面到焊接平面的深度值（Z）。
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