CN113838142B - 基于ar技术的焊接工件组对方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于AR技术的焊接工件组对方法，属于智能制造技术领域，其中AR摄像头先对工作台和焊接机械臂的坐标系进行标定，然后导入工件CAD图纸，接着工作人员根据工作台上的投影进行操作摆放，最后焊接机械臂执行焊接工作。其中先AR摄像头获得空间位置坐标，内置的软件对CAD图纸进行解析与修正后，AR摄像头将CAD图纸以合适比例投影在工作台表面，便于后续的工件摆放与焊接；整个基于AR技术的焊接工件组对方法采用AR即增强现实技术，通过投影装置AR摄像头将待拼接放置的工件的图形图像投射到工作台上，引导人工按顺序将零部件放置到指定位置拼接，整个***降低对人工的读图要求，降低作业难度，特别适合于多品种频繁换产场景。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造技术领域，特别涉及基于AR技术的焊接工件组对方法。
背景技术
焊接，也称作熔接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。在对金属工件焊接时，需要预先确定工件焊接位置，现在还出现了焊接机器人，在焊接机器人工作前需要将工件预先放在焊接位置上，这样就需要工人熟知数字图纸，根据数字图纸进行工件摆放，提高了作业难度，同时面对不同的焊接实际情况，需要多次进行图纸摆放进一步的降低了工作效率。
公开号CN211427560U一种VR虚拟焊接示教装置，其包括放置于工作台面上的装置架、用于学习人员对焊架进行虚拟焊接的焊枪、用于获取焊接时的位置信息和角度信息的追踪器、用于显示虚拟焊接过程的VR眼镜以及分别与追踪器和VR眼镜连接的处理单元，VR虚拟焊接示教装置还包括安装有多种焊架的多工位焊架体以及固定端与装置架连接而活动端与多工位焊架体连接的悬停臂，焊枪、多工位焊架体和悬停臂上均设有追踪器，其通过调整悬停臂以将安装于多工位焊架体的不同工位上的焊架调节至学习人员的前方，以供学习人员操作焊枪进行虚拟焊接。以上专利虽然能提高部分的虚拟焊接效果，但是还是无法解决工人需要在熟知数字图纸的情况下进行工件摆放，作业难度高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于AR技术的焊接工件组对方法，具备能快速确定工件的摆放位置，便于后续焊接，降低作业难度同时实用性好的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于AR技术的焊接工件组对方法，包括如下步骤：
S1：首先对AR摄像头与工作台的工作坐标系进行标定，具体的来说，在保证焊接区域光源合适的情况下先将AR摄像头布置在工作台的正上方，接着 AR摄像头对着工作台的上表面进行取相和扫描，其中优先确定工作台的上表面四个边角的坐标，预设其为基础坐标，接着确定工作台的上表面横线与竖线交叉点的交差点坐标，每一个横线与竖线交叉点的交差点坐标都预设为判断坐标，每一个判断坐标都与基础坐标存在位置关系，AR摄像头内部记录每一个判断坐标的相对位置；
S2：对工作台与焊接机械臂的工作坐标系进行标定，具体的来说，AR摄像头确定工作台坐标系后，AR摄像头依次向焊接机械臂方向偏移一定角度，直到 AR摄像头的取相范围完全覆盖焊接机械臂，此时AR摄像头不再偏转，接着 AR摄像头对焊接机械臂的底座、主体支撑和焊接部依次进行坐标确定，同时计算焊接机械臂焊接部与工作台上表面四个边角的距离值；
S3：导入工件CAD图纸，进行解析并投影到工作台上，接着将欲焊接的工件CAD图纸导入AR摄像头内，AR摄像头先对CAD图纸进行解析，AR摄像头接着对解析后的CAD图纸进行方向上的修正，使其满足焊接机械臂的工作范围，再将修正后的CAD图纸投影到工作台上；
S4：工作人员根据工作台上的投影进行操作摆放，其中AR摄像头通过内置的算法会将工件的投影与某一点交差点坐标即判断坐标相重合，这样便于工作人员正确的确定摆放位置；
S5：最后焊接机械臂执行焊接工作。
进一步的，所述组队方法需要涉及工作台、AR摄像头和焊接机械臂等构件，其中焊接机械臂位于工作台的一侧，工作台的上方安装AR摄像头，AR摄像头通过导线连接焊接机械臂，工作台包括面板、支撑柱、底基础和斜拉架，底基础通过支撑柱和斜拉架连接面板，面板的上表面四个边角处均涂刷有标记，面板上标记有均匀分布的横线和竖线，横线的间距值与竖线的间距值相同。
进一步的，所述组队方法涉及的AR摄像头内侧设有计算单元、取相单元、解析单元、修正单元、图像缓冲模块、矫正模块和复查模块，其中计算单元的输入端连接取相单元和图像缓冲模块，计算单元的输出端连接解析单元，解析单元的输出端连接修正单元，修正单元与矫正模块电连接，矫正模块的输入端连接复查模块。
进一步的，所述AR摄像头为可转动取相摄像头。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的基于AR技术的焊接工件组对方法，首先对AR摄像头与工作台的工作坐标系进行标定，接着对工作台与焊接机械臂的工作坐标系进行标定，然后导入工件CAD图纸，接着工作人员根据工作台上的投影进行操作摆放，最后焊接机械臂执行焊接工作。其中AR 摄像头可以获得工作台表面的空间分布图和焊接机械臂焊接部空间位置坐标，内置的软件对CAD图纸进行解析与修正后，AR摄像头将CAD图纸以合适比例投影在工作台表面，便于后续的工件摆放与焊接；整个基于AR技术的焊接工件组对方法采用AR即增强现实技术，通过投影装置AR摄像头将待拼接放置的工件的图形图像投射到工作台上，引导人工按顺序将零部件放置到指定位置拼接，整个***降低对人工的读图要求，拼装工件位置不会偏离投影太多，降低作业难度不易出错，特别适合于多品种频繁换产场景。
附图说明
图1为本发明的整体原理拓扑图；
图2为本发明的工作台结构示意图；
图3为本发明的AR摄像头工作原理框图；
图4为本发明的工作台上表面四边角空间布局示意图。
图中：1、工作台；11、面板；12、支撑柱；13、底基础；14、斜拉架；2、 AR摄像头；21、计算单元；22、取相单元；23、解析单元；24、修正单元；25、图像缓冲模块；26、矫正模块；27、复查模块；3、焊接机械臂。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1-附图4；基于AR技术的焊接工件组对方法，包括如下步骤：
第一步：首先对AR摄像头2与工作台1的工作坐标系进行标定，具体的来说，在保证焊接区域光源合适的情况下先将AR摄像头2布置在工作台1的正上方，AR摄像头2为可转动取相摄像头，接着AR摄像头2对着工作台1的上表面进行取相和扫描，其中优先确定工作台1的上表面四个边角的坐标，由于预先在面板11的上表面四个边角处均涂刷有标记，这样AR摄像头2就能在第一时间轻松的确定工作台1的上表面四个边角的位置，同时快速确定边角坐标，并将边角坐标设为基础坐标，储存在AR摄像头2内侧，接着确定工作台1的上表面横线与竖线交叉点的交差点坐标，其中通过标记处横线与竖线这样能快速的定位同时也便于后续的工件摆放，每一个横线与竖线交叉点的交差点坐标都预设为判断坐标，每一个判断坐标都与基础坐标存在位置关系，AR摄像头2内部记录每一个判断坐标的相对位置，具体的来说，AR摄像头2第一时间确定工作台1的上表面四个边角的位置，并将四个边角分别设为00点、01点、10点和11点，并将这四个边角位置点坐标储存，接着AR摄像头2确定工作台1的上表面横线与竖线交叉点的交差点坐标，其中横线将00点、01点的间隙分割成多个相同长度单位的空间，竖线将00点、10点的间隙分割成多个相同长度单位的空间，这样横线与竖线交叉点的交差点坐标与四个边角位置点坐标都有不同的对应关系，便于后续的CAD图纸投影和工件摆放；
第二步：对工作台1与焊接机械臂3的工作坐标系进行标定，具体的来说，AR摄像头2确定工作台1坐标系后，AR摄像头2依次向焊接机械臂3方向偏移一定角度，直到AR摄像头2的取相范围完全覆盖焊接机械臂3，此时AR摄像头2不再偏转，接着AR摄像头2对焊接机械臂3的底座、主体支撑和焊接部依次进行坐标确定，同时计算焊接机械臂3焊接部与工作台1上表面四个边角的距离值；其中AR摄像头2为可转动取相摄像头，这样AR摄像头2可以根据需求转动，AR摄像头2的取相方式可以采用步进的方式，AR摄像头2能全面取样工作台1坐标系为初始位置，AR摄像头2能焊接机械臂3的焊接部坐标取样为结束位置，这样便于根据角度的变化来确定CAD图纸的投影合适位置，同时需要保证焊接机械臂3焊接部的行径能满足实际焊接需求，其中AR摄像头2 获取的焊接机械臂3的焊接部坐标与之前获得的四个边角坐标存在相对位置；
第三步：导入工件CAD图纸，进行解析并投影到工作台1上，接着将欲焊接的工件CAD图纸导入AR摄像头2内，AR摄像头2先对CAD图纸进行解析， AR摄像头2接着对解析后的CAD图纸进行方向上的修正，使其满足焊接机械臂3的工作范围，再将修正后的CAD图纸投影到工作台1上；具体的来说，AR 摄像头2投影工件CAD图纸时，首先确定四个边角坐标位置，接着根据CAD 图纸的实际比例，将CAD图纸上的四个边角点与四个边角坐标位置覆盖，再将同比例的CAD图纸进行投影，其中为了保证投影位置准确性，还可以确定CAD 图纸中工件长度最长的一条边作为基础边，将此基础边投影到工作台1上，使此基础边与工作台1上的横线重合；
第四步：工作人员根据工作台1上的投影进行操作摆放，其中AR摄像头2 通过内置的算法会将工件的投影与某一点交差点坐标即判断坐标相重合，这样便于工作人员正确的确定摆放位置；
第五步：最后焊接机械臂3执行焊接工作。
其中组队方法需要涉及工作台1、AR摄像头2和焊接机械臂3等构件，其中焊接机械臂3位于工作台1的一侧，焊接机械臂3用于进行快速机械焊接，工作台1的上方安装AR摄像头2，AR摄像头2通过导线连接焊接机械臂3，工作台1包括面板11、支撑柱12、底基础13和斜拉架14，底基础13通过支撑柱12和斜拉架14连接面板11，斜拉架14保证整体的稳定性，同时减少焊接过程中的整体热变形，面板11的上表面四个边角处均涂刷有标记，这样便于AR 摄像头2快速确定工作台1的上表面位置，面板11上标记有均匀分布的横线和竖线，横线的间距值与竖线的间距值相同，横线和竖线均是为了便于取样和后续的工件摆放。
AR摄像头2内侧设有计算单元21、取相单元22、解析单元23、修正单元 24、图像缓冲模块25、矫正模块26和复查模块27，其中计算单元21的输入端连接取相单元22和图像缓冲模块25，计算单元21的输出端连接解析单元23，解析单元23的输出端连接修正单元24，修正单元24与矫正模块26电连接，矫正模块26的输入端连接复查模块27；其中AR摄像头2的工作原理为，AR摄像头2首先对工作台1的上表面进行取相和坐标定位，AR摄像头2获得工作台1表面的空间分布图，接着AR摄像头2对焊接机械臂3进行坐标定位并获得焊接机械臂3焊接部空间位置坐标，接着将CAD图纸导入AR摄像头2内，AR 摄像头2内置解析与修正软件，内置的软件对CAD图纸进行解析于修正，AR 摄像头2将CAD图纸进行合适比例的缩放，使缩放后的CAD图纸与工作台1 表面相匹配，在进行CAD图纸投影，其中将CAD图纸的工件最大程度的投影在工作台1表面横线与竖向上，这样能保证后续的焊接，其中投影确定前，复查模块27进行复查确认投影位置便于后续的矫正。
本基于AR技术的焊接工件组对方法，首先对AR摄像头2与工作台1的工作坐标系进行标定，其中在保证焊接区域光源合适的情况下先将AR摄像头2 布置在工作台1的正上方，AR摄像头2为可转动取相摄像头，接着AR摄像头 2对着工作台1的上表面进行取相和扫描，其中优先确定工作台1的上表面四个边角的坐标，并将边角坐标设为基础坐标，储存在AR摄像头2内侧，接着确定工作台1的上表面横线与竖线交叉点的交差点坐标，交差点坐标都预设为判断坐标，其中通过标记处横线与竖线这样能快速的定位同时也便于后续的工件摆放；接着对工作台1与焊接机械臂3的工作坐标系进行标定，具体的来说，AR 摄像头2确定工作台1坐标系后，AR摄像头2依次向焊接机械臂3方向偏移一定角度，直到AR摄像头2的取相范围完全覆盖焊接机械臂3，此时AR摄像头 2不再偏转，AR摄像头2对焊接机械臂3焊接部进行坐标确定，同时计算焊接机械臂3焊接部与工作台1上表面四个边角的距离值；然后导入工件CAD图纸，进行解析并投影到工作台1上，接着将欲焊接的工件CAD图纸导入AR摄像头 2内，内置的软件先对CAD图纸进行解析，然后接着对解析后的CAD图纸进行方向上的修正，使其满足焊接机械臂3的工作范围，再将修正后的CAD图纸投影到工作台1上；接着工作人员根据工作台1上的投影进行操作摆放，其中 AR摄像头2通过内置的算法会将工件的投影与某一点交差点坐标即判断坐标相重合，这样便于工作人员正确的确定摆放位置；最后焊接机械臂3执行焊接工作。其中AR摄像头2的工作原理为，AR摄像头2首先对工作台1的上表面进行取相和坐标定位，AR摄像头2获得工作台1表面的空间分布图，接着AR摄像头2对焊接机械臂3进行坐标定位并获得焊接机械臂3焊接部空间位置坐标，接着将CAD图纸导入AR摄像头2内，内置的软件对CAD图纸进行解析于修正，AR摄像头2将CAD图纸进行合适比例的缩放，使缩放后的CAD图纸与工作台1表面相匹配，在进行CAD图纸投影，其中将CAD图纸的工件最大程度的投影在工作台1表面横线与竖向上，这样能保证后续的焊接，其中投影确定前，复查模块27进行复查确认投影位置便于后续的矫正；整个基于AR技术的焊接工件组对方法采用AR即增强现实技术，通过投影装置AR摄像头2将待拼接放置的工件的图形图像投射到工作台1上，引导人工按顺序将零部件放置到指定位置拼接，整个***降低对人工的读图要求，拼装工件位置不会偏离投影太多，降低作业难度不易出错，特别适合于多品种频繁换产场景。
综上所述，本发明提出的，本基于AR技术的焊接工件组对方法，首先对 AR摄像头2与工作台1的工作坐标系进行标定，接着对工作台1与焊接机械臂 3的工作坐标系进行标定，然后导入工件CAD图纸，接着工作人员根据工作台 1上的投影进行操作摆放，最后焊接机械臂3执行焊接工作。其中AR摄像头2 可以获得工作台1表面的空间分布图和焊接机械臂3焊接部空间位置坐标，在内置的软件对CAD图纸进行解析与修正后，AR摄像头2将CAD图纸以合适比例投影在工作台1表面，便于后续的工件摆放与焊接；整个基于AR技术的焊接工件组对方法采用AR即增强现实技术，通过投影装置AR摄像头2将待拼接放置的工件的图形图像投射到工作台1上，引导人工按顺序将零部件放置到指定位置拼接，整个***降低对人工的读图要求，拼装工件位置不会偏离投影太多，降低作业难度不易出错，特别适合于多品种频繁换产场景。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.基于AR技术的焊接工件组对方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：首先对AR摄像头(2)与工作台(1)的工作坐标系进行标定，具体的来说，在保证焊接区域光源合适的情况下先将AR摄像头(2)布置在工作台(1)的正上方，接着AR摄像头(2)对着工作台(1)的上表面进行取相和扫描，其中优先确定工作台(1)的上表面四个边角的坐标，预设其为基础坐标，接着确定工作台(1)的上表面横线与竖线交叉点的交差点坐标，每一个横线与竖线交叉点的交差点坐标都预设为判断坐标，每一个判断坐标都与基础坐标存在位置关系，AR摄像头(2)内部记录每一个判断坐标的相对位置；
S2：对工作台(1)与焊接机械臂(3)的工作坐标系进行标定，具体的来说，AR摄像头(2)确定工作台(1)坐标系后，AR摄像头(2)依次向焊接机械臂(3)方向偏移一定角度，直到AR摄像头(2)的取相范围完全覆盖焊接机械臂(3)，此时AR摄像头(2)不再偏转，接着AR摄像头(2)对焊接机械臂(3)的底座、主体支撑和焊接部依次进行坐标确定，同时计算焊接机械臂(3)焊接部与工作台(1)上表面四个边角的距离值；
S3：导入工件CAD图纸，进行解析并投影到工作台(1)上，接着将欲焊接的工件CAD图纸导入AR摄像头(2)内，AR摄像头(2)先对CAD图纸进行解析，AR摄像头(2)接着对解析后的CAD图纸进行方向上的修正，使其满足焊接机械臂(3)的工作范围，再将修正后的CAD图纸投影到工作台(1)上；
S4：工作人员根据工作台(1)上的投影进行操作摆放，其中AR摄像头(2)通过内置的算法会将工件的投影与某一点交差点坐标即判断坐标相重合，这样便于工作人员正确的确定摆放位置；
S5：最后焊接机械臂(3)执行焊接工作；
所述组对方法需要涉及工作台(1)、AR摄像头(2)和焊接机械臂(3)，其中焊接机械臂(3)位于工作台(1)的一侧，工作台(1)的上方安装AR摄像头(2)，AR摄像头(2)通过导线连接焊接机械臂(3)，工作台(1)包括面板(11)、支撑柱(12)、底基础(13)和斜拉架(14)，底基础(13)通过支撑柱(12)和斜拉架(14)连接面板(11)，面板(11)的上表面四个边角处均涂刷有标记，面板(11)上标记有均匀分布的横线和竖线，横线的间距值与竖线的间距值相同。
2.根据权利要求1所述的基于AR技术的焊接工件组对方法，其特征在于，所述组对方法涉及的AR摄像头(2)内侧设有计算单元(21)、取相单元(22)、解析单元(23)、修正单元(24)、图像缓冲模块(25)、矫正模块(26)和复查模块(27)，其中计算单元(21)的输入端连接取相单元(22)和图像缓冲模块(25)，计算单元(21)的输出端连接解析单元(23)，解析单元(23)的输出端连接修正单元(24)，修正单元(24)与矫正模块(26)电连接，矫正模块(26)的输入端连接复查模块(27)。
3.根据权利要求1所述的基于AR技术的焊接工件组对方法，其特征在于，所述AR摄像头(2)为可转动取相摄像头。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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