CN115070298A - 一种高效双丝焊接路径生成***及路径生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效双丝焊接路径生成***及路径生成方法，涉及焊接技术领域，包括：焊缝识别提取与调库模块，视觉***依次对工件进行视觉传感检测，获取图像信息，提取焊缝特征，搜索数据库、调用相似度最高的焊缝模型和相关焊接工艺数据。焊缝模型知识库和焊缝识别提取需要经过大量的视觉识别测试获得，焊接工艺数据库需要针对不同的坡口形式、装配条件经过焊接试验获得，焊缝识别提取调库、焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划、机器人焊接程序自动生成及仿真下达等需要通过软件算法设计保证，并通过试验进行验证优化，保证了双丝焊接路径的焊接质量和精度，避免产生错位和虚焊的问题，最大程度提高焊接的效率。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体为一种高效双丝焊接路径生成***及路径生成方法。
背景技术
焊接：也称作熔接、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，焊接通过下列三种途径达成接合的目的：熔焊－－加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助，它是适合各种金属和合金的焊接加工，不需压力，压焊－－焊接过程必须对焊件施加压力，属于各种金属材料和部分金属材料的加工，钎焊－－采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件，适合于各种材料的焊接加工，也适合于不同金属或异类材料的焊接加工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。
传统单丝焊接工艺焊枪的TCP为一个点，高效双丝焊接工艺焊枪的TCP为一个有两个点组成的线段，将一个点和焊缝轨迹拟合相对简单，将一个线段与焊缝轨迹拟合进行精准焊接其难度大大增加，且焊接时需要自带一定的焊接倾角，难度更是成指数级提升，无法解决焊枪TCP校准问题，无法适应焊枪TCP多姿态适应能力。
发明内容
本发明提供的发明目的在于提供一种高效双丝焊接路径生成***及路径生成方法，解决上述背景技术中的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高效双丝焊接路径生成***，包括：
焊缝识别提取与调库模块，视觉***依次对工件进行视觉传感检测，获取图像信息，提取焊缝特征，搜索数据库、调用相似度最高的焊缝模型和相关焊接工艺数据。
焊缝模型知识库和焊接工艺数据库，焊缝模型知识库和焊接工艺数据库包括：焊缝知识库和组立焊缝功能工艺数据库。
焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块，工件识别和焊缝轨迹提取后，以提取的焊缝轨迹为规划依据，规划机器人焊接的路径和焊枪姿态。
机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块，机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块形成“机器人焊接系列(或1个完整)程序”后，***进行程序转换，形成机器人可执行的“机器人运行程序”，并在后台进行机器人运行可达性和防碰撞性验证。
所述焊缝识别提取与调库模块与焊缝模型知识库和焊接工艺数据库之间信号连接，所述焊缝识别提取与调库模块与焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块之间信号连接，所述焊接工艺数据库与焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块之间双向信号连接，所述机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块与焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块之间信号连接。
进一步的，所述焊缝识别提取与调库模块基于视觉***依次对工件进行视觉传感检测，获取图像信息，提取焊缝特征，搜索数据库、调用相似度最高的焊缝模型和相关焊接工艺数据，同时，提取焊缝轮廓图像和焊缝轨迹，与调用数据库的数据对比验证，确认机器人焊接的焊缝轨迹
进一步的，所述焊缝模型知识库和焊接工艺数据库还具有导入、新建、存储和管理所有焊缝三维模型或焊缝规则，通过批产验证的各种焊缝的最佳的焊接工艺，已设计或通过试验验证、但未经批产验证的焊接工艺等，以及组立焊缝焊接设计规则等数据，本数据库模块通过算法将产品模型转化，进行参数化管理，作为视觉扫描识别***在后期对实际工件与工件模型数据有效对比分析的基础，也是所有轨迹、姿态、路径规划软件的基础。
进一步的，所述焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块还用于结合调取的焊接工艺，依据数据库给出的“焊接工艺”等级，依据数据和模型驱动方式，设计各焊缝的焊接工艺及参数，并形成机器人焊接系列程序。
进一步的，所述机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块还用于将“机器人运行程序”分别推送至各机器人控制器，形成将执行的机器人程序。
一种高效双丝焊接路径生成***的路径生成方法，应用于上述任意一项所述的一种高效双丝焊接路径生成***，包括以下步骤：
步骤一、首先利用焊缝识别提取与调库模块，确定焊缝的路径，随后将提取的数据与焊缝模型知识库和焊接工艺数据库进行交互，获取最佳的焊接工艺和焊缝模型。
步骤二、将焊接工艺和焊缝模型数据发送给焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块，工件识别和焊缝轨迹提取后，以提取的焊缝轨迹为规划依据，规划机器人焊接的路径和焊枪姿态。
步骤三、依据数据和模型驱动方式，设计各焊缝的焊接工艺及参数，并形成机器人焊接系列程序。
步骤四、将焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块规划的路径数据发送给机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块，进行数据仿真模拟，合格后进行数据发送。
步骤五、将“机器人运行程序”分别推送至各机器人控制器，形成将执行的机器人程序，最后进行焊接工序。
进一步的，包括以下步骤：根据步骤一中的操作步骤，所述焊缝识别提取与调库模块的视觉识别获取的焊缝轨迹变成焊枪的运动轨迹，除了需要专门的执行软件外，还需要通过专门的标定方法将视觉***、机器人外部轴、机器人TCP(焊枪末端)整合到一个公共的坐标系，形成一个整体。
进一步的，包括以下步骤：根据步骤二中的操作步骤，所述焊缝识别提取与调库模块基于手眼标定的立体视觉测量识别模块是高精度三维测量的基础，模块主要包括高分辨率板卡相机、高速图像采集板卡、图像处理控制模块等，优化标定过程，提出空间圆拟合方法进行标准球的手眼标定，使得光平面可以是任何平面方程，提高标准球手眼标定精度、拓展结构件适应范围，所述针对大型复杂构件，协同多模块三维成像进行多个幅面重建，然后进行多视角拼接即可得到全景形貌。
进一步的，包括以下步骤：根据步骤四中的操作步骤，所述TCP的两根焊丝形成的线段方向编制180或360个姿态数据存入数据库，焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块执行时，根据算法自动匹配最佳焊枪姿态生成焊接轨迹。
进一步的，包括以下步骤：根据步骤五中的操作步骤，所述焊接工序采用自适应激光传感器在将高分辨率全帧图像处理和焊缝跟踪。
本发明提供了一种高效双丝焊接路径生成***及路径生成方法。具备以下有益效果：
该高效双丝焊接路径生成***及使用方法，焊缝模型知识库和焊缝识别提取需要经过大量的视觉识别测试获得，焊接工艺数据库需要针对不同的坡口形式、装配条件经过焊接试验获得，焊缝识别提取调库、焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划、机器人焊接程序自动生成及仿真下达等需要通过软件算法设计保证，并通过试验进行验证优化，保证了双丝焊接路径的焊接质量和精度，避免产生错位和虚焊的问题，最大程度提高焊接的效率。
附图说明
图1为本发明一种高效双丝焊接路径生成***及路径生成方法的总***图；
图2为本发明一种高效双丝焊接路径生成***及路径生成方法的方法示意图。
图1中：1、焊缝识别提取与调库模块；2、焊缝模型知识库和焊接工艺数据库；3、焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块；4、机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块。
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。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高效双丝焊接路径生成***，包括：
焊缝识别提取与调库模块1，视觉***依次对工件进行视觉传感检测，获取图像信息，提取焊缝特征，搜索数据库、调用相似度最高的焊缝模型和相关焊接工艺数据；
焊缝模型知识库和焊接工艺数据库2，焊缝模型知识库和焊接工艺数据库2包括：焊缝知识库和组立焊缝功能工艺数据库
焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块3，工件识别和焊缝轨迹提取后，以提取的焊缝轨迹为规划依据，规划机器人焊接的路径和焊枪姿态；
机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块4，机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块4形成“机器人焊接系列或1个完整程序”后，***进行程序转换，形成机器人可执行的“机器人运行程序”，并在后台进行机器人运行可达性和防碰撞性验证；
焊缝识别提取与调库模块1与焊缝模型知识库和焊接工艺数据库2之间信号连接，焊缝识别提取与调库模块1与焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块3之间信号连接，焊缝模型知识库和焊接工艺数据库2与焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块3之间双向信号连接，机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块4与焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块3之间信号连接，厢斗内部铺设新的耐磨复合钢板(整体或局部)，钢板与钢板之间会形成两类焊缝，一类为方形坡口的对接焊缝(两块钢板相邻布局，预留少量间隙作为焊缝)，此类焊缝需要满焊；另一类为角接坡口，即单块钢板与底板形成的角焊缝，需要焊接角焊缝。以上两类焊缝均需要进行多层多道焊接，且厢斗底部带有不规则弧度，整个底面高度不同，解决了焊缝坡口状态具有：复杂尺寸大；测量现场环境复杂，背景物体干扰严重，以致拍摄的图像中背景物体与目标难以区分；光照因素不可控，图像中目标边界处并无明显的灰度梯度变化等特点，以上问题导致视觉识别难、激光跟踪难问题。
具体的，焊缝识别提取与调库模块1基于视觉***依次对工件进行视觉传感检测，获取图像信息，提取焊缝特征，搜索数据库、调用相似度最高的焊缝模型和相关焊接工艺数据，同时，提取焊缝轮廓图像和焊缝轨迹，与调用数据库的数据对比验证，确认机器人焊接的焊缝轨迹
具体的，焊缝模型知识库和焊接工艺数据库2还具有导入、新建、存储和管理所有焊缝三维模型或焊缝规则，通过批产验证的各种焊缝的最佳的焊接工艺，已设计或通过试验验证、但未经批产验证的焊接工艺等，以及组立焊缝焊接设计规则等数据；本数据库模块通过算法将产品模型转化，进行参数化管理，作为视觉扫描识别***在后期对实际工件与工件模型数据有效对比分析的基础，也是所有轨迹、姿态、路径规划软件的基础。
具体的，焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块3还用于结合调取的焊接工艺，依据数据库给出的“焊接工艺”等级，依据数据和模型驱动方式，设计各焊缝的焊接工艺及参数，并形成机器人焊接系列程序。
具体的，机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块4还用于将“机器人运行程序”分别推送至各机器人控制器，形成将执行的机器人程序。
一种高效双丝焊接路径生成***的路径生成方法，应用于上述任意一项的一种高效双丝焊接路径生成***，包括以下步骤：
步骤一、首先利用焊缝识别提取与调库模块1，确定焊缝的路径，随后将提取的数据与焊缝模型知识库和焊接工艺数据库2进行交互，获取最佳的焊接工艺和焊缝模型；
步骤二、将焊接工艺和焊缝模型数据发送给焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块3，工件识别和焊缝轨迹提取后，以提取的焊缝轨迹为规划依据，规划机器人焊接的路径和焊枪姿态；
步骤三、依据数据和模型驱动方式，设计各焊缝的焊接工艺及参数，并形成机器人焊接系列程序；
步骤四、将焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块3规划的路径数据发送给机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块4，进行数据仿真模拟，合格后进行数据发送；
步骤五、将“机器人运行程序”分别推送至各机器人控制器，形成将执行的机器人程序，最后进行焊接工序。
具体的，根据步骤一中的操作步骤，焊缝识别提取与调库模块1的视觉识别获取的焊缝轨迹变成焊枪的运动轨迹，除了需要专门的执行软件外，还需要通过专门的标定方法将视觉***、机器人外部轴、机器人TCP焊枪末端整合到一个公共的坐标系，形成一个整体。
具体的，根据步骤二中的操作步骤，焊缝识别提取与调库模块1基于手眼标定的立体视觉测量识别模块是高精度三维测量的基础，模块主要包括高分辨率板卡相机、高速图像采集板卡、图像处理控制模块等，优化标定过程，提出空间圆拟合方法进行标准球的手眼标定，使得光平面可以是任何平面方程，提高标准球手眼标定精度、拓展结构件适应范围，针对大型复杂构件，协同多模块三维成像进行多个幅面重建，然后进行多视角拼接即可得到全景形貌。
具体的，根据步骤四中的操作步骤，TCP的两根焊丝形成的线段方向编制180或360个姿态数据存入数据库，焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块3执行时，根据算法自动匹配最佳焊枪姿态生成焊接轨迹。
具体的，根据步骤五中的操作步骤，焊接工序采用自适应激光传感器在将高分辨率全帧图像处理和焊缝跟踪，SLPr跟踪***采用最新的智能传感器，传感器中集成了百万像素高分辨率摄像机，独特的自动激光控制和特殊的光学***，确保了所生成的焊缝激光条纹图像的高质量和稳定性，传感器内部的特殊数字图像处理软硬件保证了高速图像处理和焊缝跟踪。
以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高效双丝焊接路径生成***，其特征在于，包括：
焊缝识别提取与调库模块(1)，视觉***依次对工件进行视觉传感检测，获取图像信息，提取焊缝特征，搜索数据库、调用相似度最高的焊缝模型和相关焊接工艺数据；
焊缝模型知识库和焊接工艺数据库(2)，焊缝模型知识库和焊接工艺数据库(2)包括：焊缝知识库和组立焊缝功能工艺数据库；
焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块(3)，工件识别和焊缝轨迹提取后，以提取的焊缝轨迹为规划依据，规划机器人焊接的路径和焊枪姿态；
机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块(4)，机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块(4)形成“机器人焊接系列(或1个完整)程序”后，***进行程序转换，形成机器人可执行的“机器人运行程序”，并在后台进行机器人运行可达性和防碰撞性验证；
所述焊缝识别提取与调库模块(1)与焊缝模型知识库和焊接工艺数据库(2)之间信号连接，所述焊缝识别提取与调库模块(1)与焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块(3)之间信号连接，所述焊接工艺数据库(2)与焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块(3)之间双向信号连接，所述机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块(4)与焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块(3)之间信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效双丝焊接路径生成***，其特征在于：所述焊缝识别提取与调库模块(1)基于视觉***依次对工件进行视觉传感检测，获取图像信息，提取焊缝特征，搜索数据库、调用相似度最高的焊缝模型和相关焊接工艺数据，同时，提取焊缝轮廓图像和焊缝轨迹，与调用数据库的数据对比验证，确认机器人焊接的焊缝轨迹。
3.根据权利要求1所述的一种高效双丝焊接路径生成***，其特征在于：所述焊缝模型知识库和焊接工艺数据库(2)还具有导入、新建、存储和管理所有焊缝三维模型或焊缝规则，通过批产验证的各种焊缝的最佳的焊接工艺，已设计或通过试验验证、但未经批产验证的焊接工艺等，以及组立焊缝焊接设计规则等数据；本数据库模块通过算法将产品模型转化，进行参数化管理，作为视觉扫描识别***在后期对实际工件与工件模型数据有效对比分析的基础，也是所有轨迹、姿态、路径规划软件的基础。
4.根据权利要求1所述的一种高效双丝焊接路径生成***，其特征在于：所述焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块(3)还用于结合调取的焊接工艺，依据数据库给出的“焊接工艺”等级，依据数据和模型驱动方式，设计各焊缝的焊接工艺及参数，并形成机器人焊接系列程序。
5.根据权利要求1所述的一种高效双丝焊接路径生成***，其特征在于：所述机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块(4)还用于将“机器人运行程序”分别推送至各机器人控制器，形成将执行的机器人程序。
6.一种高效双丝焊接路径生成***的路径生成方法，其特征在于，应用于权利要求1-5中任意一项所述的一种高效双丝焊接路径生成***，包括以下步骤：
S1、首先利用焊缝识别提取与调库模块(1)，确定焊缝的路径，随后将提取的数据与焊缝模型知识库和焊接工艺数据库(2)进行交互，获取最佳的焊接工艺和焊缝模型；
S2、将焊接工艺和焊缝模型数据发送给焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块(3)，工件识别和焊缝轨迹提取后，以提取的焊缝轨迹为规划依据，规划机器人焊接的路径和焊枪姿态；
S3、依据数据和模型驱动方式，设计各焊缝的焊接工艺及参数，并形成机器人焊接系列程序；
S4、将焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块(3)规划的路径数据发送给机器人焊接程序自动生成及仿真下达模块(4)，进行数据仿真模拟，合格后进行数据发送；
S5、将“机器人运行程序”分别推送至各机器人控制器，形成将执行的机器人程序，最后进行焊接工序。
7.据权利要求6所述的一种高效双丝焊接路径生成***的路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S1中的操作步骤，所述焊缝识别提取与调库模块(1)的视觉识别获取的焊缝轨迹变成焊枪的运动轨迹，除了需要专门的执行软件外，还需要通过专门的标定方法将视觉***、机器人外部轴、机器人TCP(焊枪末端)整合到一个公共的坐标系，形成一个整体。
8.据权利要求6所述的一种高效双丝焊接路径生成***的路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S2中的操作步骤，所述焊缝识别提取与调库模块(1)基于手眼标定的立体视觉测量识别模块是高精度三维测量的基础，模块主要包括高分辨率板卡相机、高速图像采集板卡、图像处理控制模块等，优化标定过程，提出空间圆拟合方法进行标准球的手眼标定，使得光平面可以是任何平面方程，提高标准球手眼标定精度、拓展结构件适应范围，所述针对大型复杂构件，协同多模块三维成像进行多个幅面重建，然后进行多视角拼接即可得到全景形貌。
9.据权利要求6所述的一种高效双丝焊接路径生成***的路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S4中的操作步骤，所述TCP的两根焊丝形成的线段方向编制180或360个姿态数据存入数据库，焊缝智能焊接轨迹路径姿态规划模块(3)执行时，根据算法自动匹配最佳焊枪姿态生成焊接轨迹。
10.据权利要求6所述的一种高效双丝焊接路径生成***的路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：根据S5中的操作步骤，所述焊接工序采用自适应激光传感器在将高分辨率全帧图像处理和焊缝跟踪。
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