本發(fā)明涉及焊接監(jiān)測，具體為一種基于視覺傳感的弧焊機(jī)器人焊接監(jiān)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，弧焊機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。在焊接過程中，準(zhǔn)確監(jiān)測和控制焊接質(zhì)量至關(guān)重要。

2、根據(jù)公開號為cn101224519b的專利申請，公開了基于視覺傳感的弧焊機(jī)器人焊接監(jiān)控系統(tǒng)，包括：焊接機(jī)器人、機(jī)器人控制器、視覺傳感系統(tǒng)、接口電路裝置、主控計(jì)算機(jī)，雙逆變弧焊電源，其中：視覺傳感系統(tǒng)動(dòng)態(tài)采集焊接熔池的圖像，并將圖像傳送到主控計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)接收視覺傳感器提供圖像信息，進(jìn)行圖像處理，并根據(jù)處理結(jié)果通過接口電路裝置調(diào)整雙逆變弧焊電源和控制焊接機(jī)器人，接口電路裝置由模擬信號輸出子模塊、焊接開關(guān)及過程狀態(tài)檢測子模塊和機(jī)器人控制器通用i/o子模塊組成；焊接機(jī)器人通過機(jī)器人控制器接收主控計(jì)算機(jī)發(fā)送的行走指令信號，移動(dòng)焊槍進(jìn)行焊接。

3、但是在傳統(tǒng)焊接中，缺乏精確獲取焊接參數(shù)和實(shí)時(shí)檢測焊接缺陷的有效手段，導(dǎo)致焊接質(zhì)量難以保證的問題

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于視覺傳感的弧焊機(jī)器人焊接監(jiān)控系統(tǒng)及方法，解決了缺乏精確獲取焊接參數(shù)和實(shí)時(shí)檢測焊接缺陷的有效手段，導(dǎo)致焊接質(zhì)量難以保證的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種基于視覺傳感的弧焊機(jī)器人焊接監(jiān)控系統(tǒng)，包括：

3、焊接效果分析單元，用于對焊接圖像采集單元傳輸?shù)暮附訄D像進(jìn)行分析并獲取焊接效果，同時(shí)與焊接標(biāo)準(zhǔn)比較生成正?；虍惓Ｐ盘枺⒍叻謩e傳輸?shù)胶附诱７治鰡卧秃附赢惓７治鰡卧?/p>

4、焊接正常分析單元，用于對正常信號分析，根據(jù)形狀參數(shù)對焊接工件分類得到規(guī)則工件或不規(guī)則工件，并確定焊接標(biāo)準(zhǔn)方式，同時(shí)借助機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型避開奇點(diǎn)位置生成路徑規(guī)劃信息，并傳輸至監(jiān)控信息輸出單元；

5、焊接異常分析單元，用于對異常信號分析，基于圖像處理算法確定異常區(qū)域以及焊接類型，篩選相似區(qū)域，同時(shí)根據(jù)異常區(qū)域的熔池面積、形狀特征參數(shù)和亮度參數(shù)計(jì)算調(diào)節(jié)電壓和調(diào)節(jié)電流，并對所有相似區(qū)域進(jìn)行調(diào)節(jié)得到調(diào)節(jié)效果，同時(shí)與焊接標(biāo)準(zhǔn)比較生成調(diào)節(jié)信息或二次分析信號，接著將二次分析信號傳輸?shù)絽?shù)調(diào)節(jié)分析單元；

6、參數(shù)調(diào)節(jié)分析單元，對得到的二次分析信號分析，計(jì)算調(diào)節(jié)效果與焊接標(biāo)準(zhǔn)的差值并識別生成偏大或偏小效果，并對二者進(jìn)行分析，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析焊縫單位調(diào)節(jié)參數(shù)與電壓和電流的關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)分析，生成參數(shù)調(diào)節(jié)信息，并傳輸至監(jiān)控信息輸出單元。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，還包括焊接圖像采集單元和監(jiān)控信息輸出單元；

8、焊接圖像采集單元，用于通過工業(yè)相機(jī)對焊接工件的焊接圖像進(jìn)行獲取，并傳輸至焊接效果分析單元；

9、監(jiān)控信息輸出單元，用于將獲取的路徑規(guī)劃信息、調(diào)節(jié)信息和參數(shù)調(diào)節(jié)信息傳輸至控制終端。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述焊接效果分析單元生成正常或異常信號的具體方式為：

11、獲取焊接圖像同時(shí)運(yùn)用圖像處理算法獲取焊接圖像對應(yīng)的焊接效果，并與焊接標(biāo)準(zhǔn)比較，且焊接標(biāo)準(zhǔn)由操作人員自行設(shè)定，若焊接效果與焊接標(biāo)準(zhǔn)相同，且相同表示參數(shù)差值在允許差值范圍內(nèi)，則生成正常信號，反之若焊接效果與焊接標(biāo)準(zhǔn)不相同，則生成異常信號。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述焊接正常分析單元生成路徑規(guī)劃信息的具體方式為：

13、獲取當(dāng)前焊接工件對應(yīng)的形狀參數(shù)，并根據(jù)形狀參數(shù)將焊接工件進(jìn)行分類得到規(guī)則工件和不規(guī)則工件，同時(shí)基于分類結(jié)果選取對應(yīng)的焊接方式記作標(biāo)準(zhǔn)方式，接著對焊接機(jī)器人對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)奇點(diǎn)進(jìn)行獲取，同時(shí)借助機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型提前計(jì)算并避開奇點(diǎn)位置，生成路徑規(guī)劃信息。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述焊接異常分析單元生成調(diào)節(jié)信息或二次分析信號的具體方式為：

15、獲取焊接圖像，并基于圖像處理算法確定焊接圖像中對應(yīng)的焊接缺陷以及焊接區(qū)域，記作異常區(qū)域，同時(shí)獲取異常區(qū)域?qū)?yīng)的熔池面積、形狀特征參數(shù)和亮度參數(shù)，建立起熔池特征與焊接電流、電壓的映射關(guān)系，同時(shí)將獲取的區(qū)域參數(shù)代入公式計(jì)算得到異常區(qū)域?qū)?yīng)的電壓參數(shù)u和電流參數(shù)i，其中a為熔池面積，s為形狀特征參數(shù)、l為亮度參數(shù)，ai、ci、b1和d1為通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的系數(shù)；

16、并以得到的電壓參數(shù)u和電流參數(shù)i為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)進(jìn)行周期監(jiān)測分析得到調(diào)節(jié)效果，并焊接標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析，若調(diào)節(jié)效果滿足焊接標(biāo)準(zhǔn)，則生成調(diào)節(jié)信息，反之若調(diào)節(jié)效果不滿足焊接標(biāo)準(zhǔn)，則生成二次分析信號。

17、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述參數(shù)調(diào)節(jié)分析單元對二次分析信號分析的具體方式為：

18、計(jì)算調(diào)節(jié)效果與焊接標(biāo)準(zhǔn)的差值，并將差值與數(shù)值零進(jìn)行比較，若差值大于零，則表示調(diào)節(jié)效果大于焊接標(biāo)準(zhǔn)，并生成偏大效果，反之若差值小于零，則表示調(diào)節(jié)效果小于焊接標(biāo)準(zhǔn)，并生成偏小效果，同時(shí)對二者分析。

19、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述參數(shù)調(diào)節(jié)分析單元對偏大效果或偏小效果的具體方式為：

20、對得到的偏大效果進(jìn)行分析，獲取調(diào)節(jié)后的電壓參數(shù)u1和電流參數(shù)i1，接著獲取歷史數(shù)據(jù)，并獲取歷史數(shù)據(jù)中相同的調(diào)節(jié)記錄，同時(shí)根據(jù)獲取的相同調(diào)節(jié)記錄計(jì)算焊縫單位調(diào)節(jié)參數(shù)與電壓和電流的關(guān)系，接著獲取偏大效果對應(yīng)的焊縫參數(shù)，并生成對應(yīng)的參數(shù)調(diào)節(jié)信息，同理上述分析方式，對偏小效果進(jìn)行分析，生成對應(yīng)的參數(shù)調(diào)節(jié)信息。

21、一種基于視覺傳感的弧焊機(jī)器人焊接監(jiān)控方法，該方法具體包括以下步驟：

22、步驟s1、將焊縫圖像對應(yīng)的焊接效果與焊接標(biāo)準(zhǔn)比較判斷焊接情況，生成正?；虍惓Ｐ盘?；

23、步驟s2、對正常信號分析，根據(jù)形狀參數(shù)對焊接工件分類得到規(guī)則工件或不規(guī)則工件，并確定焊接標(biāo)準(zhǔn)方式，同時(shí)借助機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型避開奇點(diǎn)位置生成路徑規(guī)劃信息；

24、步驟s3、對異常信號分析，基于圖像處理算法確定異常區(qū)域以及焊接類型，篩選相似區(qū)域，同時(shí)根據(jù)異常區(qū)域的熔池面積、形狀特征參數(shù)和亮度參數(shù)計(jì)算調(diào)節(jié)電壓和調(diào)節(jié)電流，并對所有相似區(qū)域進(jìn)行調(diào)節(jié)；

25、步驟s4、基于調(diào)節(jié)參數(shù)生成調(diào)節(jié)效果，并將其與焊接標(biāo)準(zhǔn)比較生成調(diào)節(jié)信息或二次分析信號；

26、步驟s5、對得到的二次分析信號分析，計(jì)算調(diào)節(jié)效果與焊接標(biāo)準(zhǔn)的差值并識別生成偏大或偏小效果，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析焊縫單位調(diào)節(jié)參數(shù)與電壓和電流的關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)分析，生成參數(shù)調(diào)節(jié)信息。

27、本發(fā)明提供了一種基于視覺傳感的弧焊機(jī)器人焊接監(jiān)控系統(tǒng)及方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比具備以下有益效果：

28、本發(fā)明通過高分辨率、高速響應(yīng)的工業(yè)相機(jī)和先進(jìn)的圖像處理算法，能準(zhǔn)確獲取焊接圖像中的焊接參數(shù)和焊接效果，對于不同形狀的焊接工件，系統(tǒng)能夠基于形狀參數(shù)進(jìn)行分類，并自動(dòng)選取合適的焊接方式和規(guī)劃焊接路徑。對于規(guī)則工件采用直線往返焊接路線，保證焊接參數(shù)穩(wěn)定；對于復(fù)雜形狀工件，將焊接路線拆分為多個(gè)簡單線段與曲線組合，并利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型提前計(jì)算并避開運(yùn)動(dòng)奇點(diǎn)，提高了焊接路徑規(guī)劃的合理性和焊接過程的穩(wěn)定性。

29、本發(fā)明通過焊接異常分析單元能夠快速對焊接異常信號進(jìn)行分析，準(zhǔn)確識別焊接缺陷和異常區(qū)域，并通過搜索相似區(qū)域總結(jié)異常模式，為制定預(yù)防和改進(jìn)措施提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)，能夠根據(jù)熔池特征計(jì)算異常區(qū)域?qū)?yīng)的電壓和電流參數(shù)，并對相似區(qū)域進(jìn)行調(diào)節(jié)和周期監(jiān)測。當(dāng)調(diào)節(jié)效果不滿足焊接標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，參數(shù)調(diào)節(jié)分析單元能進(jìn)一步計(jì)算差值并生成參數(shù)調(diào)節(jié)信息，實(shí)現(xiàn)對焊接參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，解決了傳統(tǒng)焊接異常處理不及時(shí)、不準(zhǔn)確的問題，提高了焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。