基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置及方法，所述装置包括工作台、精密定位机构、机器视觉采集设备和控制设备，所述精密定位机构和机器视觉采集设备分别与控制设备连接，所述精密定位机构、机器视觉采集设备和控制设备设置在工作台上，所述机器视觉采集设备位于精密定位机构的上方；所述精密定位机构包括x轴方向驱动单元、y轴方向驱动单元、x轴方向位置检测单元以及y轴方向位置检测单元。本发明装置能实现基于机器视觉技术完成焊接工件轨迹在x轴和y轴方向偏移量检测，并对检测结果进行评估和验证，分析误差产生的原因，不断优化机器视觉技术中的图像处理方法，从而实现焊接轨迹偏移量准确检测的目的。
【专利说明】基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种焊接轨迹校正专用测试装置，尤其是一种基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置及方法，属于焊接轨迹校正【技术领域】。
【背景技术】
[0002]由于人工焊接存在操作环境恶劣、劳动量大、和效率低下等问题，当前机器人焊接已经在国内的汽车、工程机械、以及集装箱生产等许多领域逐步得到了应用，焊接机器人通常采用示教再现模式的工作，“示教编程”指通过下述方式完成程序的编制:由人工导引机器人末端执行器(如:焊枪)来使机器人完成预期的动作，“任务程序”为一组运动及辅助功能指令，用以确定机器人特定的预期作业。“再现”指机器人按照示教编程获得任务程序，不断重复再现。
[0003]为确保“示教再现”这种工作模式在具体焊接环境实施，前工序中需通过人工点焊完成焊接工件定位，这会引起定位误差，从而导致示教编程获得机器人焊接轨迹偏离了再现时机器人轨迹。
[0004]为解决上述问题，通常需采用机器视觉检测技术对再现的焊接轨迹进行校正，如图1所示。机器视觉技术是指通过工业相机I将被焊接工件2转换成图像信号，传送给图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，从而确定再现焊接轨迹偏移量，使焊接机器人3能对焊接工件2准确进行焊接；但是这种由机器视觉技术确定焊接轨迹偏移量的精度评估和验证却未见有相关装置出现，因此需要研制一套专用测试装置，可以对由机器视觉技术确定的焊接轨迹偏移量精度进行评估和验证，并分析误差产生的原因，从而不断优化机器视觉技术中的图像处理方法，使得实现焊接轨迹偏移量准确检测要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种可以实现基于机器视觉技术完成焊接工件轨迹在X轴和y轴方向偏移量检测的基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置的测试方法。
[0007]本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0008]基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置，其特征在于:包括工作台、精密定位机构、机器视觉采集设备和控制设备，所述精密定位机构和机器视觉采集设备分别与控制设备连接，所述精密定位机构、机器视觉采集设备和控制设备设置在工作台上，所述机器视觉采集设备位于精密定位机构的上方；所述精密定位机构包括X轴方向驱动单元、y轴方向驱动单元、X轴方向位置检测单元以及y轴方向位置检测单元；在测试时，所述y轴方向驱动单元带动焊接工件沿I轴方向移动，所述X轴方向驱动单元带动I轴方向驱动单元使焊接工件沿X轴方向移动。
[0009]优选的，所述X轴方向驱动单元包括依次连接的第一交流伺服电机、第一联轴器和第一滚珠丝杆，所述第一滚珠丝杆上设置有X轴方向移动台；所述I轴方向驱动单元包括依次连接的第二交流伺服电机、第二联轴器和第二滚珠丝杆，所述第二滚珠丝杆上设置有y轴方向移动台；所述y轴方向驱动单元置于X轴方向移动台上，所述y轴方向移动台在测试时用于放置焊接工件；所述X轴方向位置检测单元和I轴方向位置检测单元分别采用第一线性光栅尺和第二线性光栅尺，所述第一线性光栅尺设置在X轴方向驱动单元的一侧，所述第二线性光栅尺设置在y轴方向驱动单元的一侧。
[0010]优选的，所述机器视觉采集设备包括工业相机、镜头和光源，所述镜头与工业相机连接且对准精密定位机构，所述光源分布在镜头的周围。
[0011]优选的，所述控制设备包括工控主机、运动控制器、第一交流伺服驱动器和第二交流伺服驱动器，所述第一交流伺服驱动器与第一交流伺服电机连接，所述第二交流伺服驱动器与第二交流伺服电机连接，所述第一交流伺服驱动器和第二交流伺服驱动器分别通过运动控制器与工控主机建立通讯，所述第一线性光栅尺和第二线性光栅尺分别通过通讯接口与运动控制器连接，所述工控主机通过总线通讯卡与工业相机连接，所述工控主机连接有用于实现人机交互的显示器。
[0012]优选的，所述工作台采用框架结构，该框架结构的一侧设置有竖向支架，在所述竖向支架上垂直固定有横向支架，所述精密定位机构设置在框架结构的顶部平面上，所述控制设备设置在框架结构的内部，所述机器视觉采集设备固定在横向支架上。
[0013]优选的，所述框架结构的底部设置有四个可使工作台移动的轮子。
[0014]优选的，所述工作台采用的框架结构为1000*800*700mm的框架结构。
[0015]本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0016]基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤:
[0017]I)采用标定板进行标定，获得工业相机内参数和外参数；
[0018]2)将焊接工件放置于精密定位机构的I轴方向移动台上，根据焊接工件的当前位置，通过工业相机抓取焊接工件图像并建立焊接工件模板；
[0019]3)通过工控主机设定工作台上的焊接工件X轴和y轴偏移量，控制第一交流伺服电机和第一滚珠丝杆驱动焊接工件移动到设定的X轴偏移量位置，控制第二交流伺服电机和第二滚珠丝杆驱动焊接工件移动到设定的y轴偏移量位置，通过第一线性光栅尺和第二线性光栅尺分别获得当前焊接工件的X轴和I轴实际偏移量(^，yr)；
[0020]4)在焊接工件偏移后，通过工业相机重新抓取当前位置的焊接工件图像，并采用图像降噪算法对图像进行处理；
[0021]5)采用基于灰度值的模板匹配算法，获取焊接工件相对于模板工件的X轴和y轴方向的偏移量(Xn，ym)；
[0022]6)比较(Xr，yr)和(xm，ym)的值，根据焊接机器人再现过程允许误差，判断机器视
觉检测的精度是否满足要求，即判断是否满足
【权利要求】
1.基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置，其特征在于:包括工作台、精密定位机构、机器视觉采集设备和控制设备，所述精密定位机构和机器视觉采集设备分别与控制设备连接，所述精密定位机构、机器视觉采集设备和控制设备设置在工作台上，所述机器视觉采集设备位于精密定位机构的上方；所述精密定位机构包括X轴方向驱动单元、y轴方向驱动单元、X轴方向位置检测单元以及I轴方向位置检测单元；在测试时，所述I轴方向驱动单元带动焊接工件沿I轴方向移动，所述X轴方向驱动单元带动I轴方向驱动单元使焊接工件沿X轴方向移动。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置，其特征在于:所述X轴方向驱动单元包括依次连接的第一交流伺服电机、第一联轴器和第一滚珠丝杆，所述第一滚珠丝杆上设置有X轴方向移动台；所述I轴方向驱动单元包括依次连接的第二交流伺服电机、第二联轴器和第二滚珠丝杆，所述第二滚珠丝杆上设置有y轴方向移动台；所述I轴方向驱动单元置于X轴方向移动台上，所述I轴方向移动台在测试时用于放置焊接工件；所述X轴方向位置检测单元和I轴方向位置检测单元分别采用第一线性光栅尺和第二线性光栅尺，所述第一线性光栅尺设置在X轴方向驱动单元的一侧，所述第二线性光栅尺设置在I轴方向驱动单元的一侧。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置，其特征在于:所述机器视觉采集设备包括工业相机、镜头和光源，所述镜头与工业相机连接且对准精密定位机构，所述光源分布在镜头的周围。
4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置，其特征在于:所述控制设备包括工控主机、运动控制器、第一交流伺服驱动器和第二交流伺服驱动器，所述第一交流伺服驱动器与第一交流伺服电机连接，所述第二交流伺服驱动器与第二交流伺服电机连接，所述第一交流伺服驱动器和第二交流伺服驱动器分别通过运动控制器与工控主机建立通讯，所述第一线性光栅尺和第二线性光栅尺分别通过通讯接口与运动控制器连接，所述工控主机通过总线通讯卡与工业相机连接，所述工控主机连接有用于实现人机交互的显不器。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置，其特征在于:所述工作台采用框架结构， 该框架结构的一侧设置有竖向支架，在所述竖向支架上垂直固定有横向支架，所述精密定位机构设置在框架结构的顶部平面上，所述控制设备设置在框架结构的内部，所述机器视觉采集设备固定在横向支架上。
6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置，其特征在于:所述框架结构的底部设置有四个可使工作台移动的轮子。
7.根据权利要求5所述的基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置，其特征在于:所述工作台采用的框架结构为1000*800*700mm的框架结构。
8.基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤: 1)采用标定板进行标定，获得工业相机内参数和外参数； 2)将焊接工件放置于精密定位机构的y轴方向移动台上，根据焊接工件的当前位置，通过工业相机抓取焊接工件图像并建立焊接工件模板； 3)通过工控主机设定工作台上的焊接工件X轴和y轴偏移量，控制第一交流伺服电机和第一滚珠丝杆驱动焊接工件移动到设定的X轴偏移量位置，控制第二交流伺服电机和第二滚珠丝杆驱动焊接工件移动到设定的y轴偏移量位置，通过第一线性光栅尺和第二线性光栅尺分别获得当前焊接工件的X轴和I轴实际偏移量(\，yr)； 4)在焊接工件偏移后，通过工业相机重新抓取当前位置的焊接工件图像，并采用图像降噪算法对图像进行处理； 5)采用基于灰度值的模板匹配算法，获取焊接工件相对于模板工件的X轴和I轴方向的偏移量(xm，ym)； 6)比较Ur，yr)和(xm，ym)的值，根据焊接机器人再现过程允许误差，判断机器视觉检测的精度是否满足要求，即判断是否满足
9.根据权利要求8所述的基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置的测试方法，其特征在于:步骤4)具体如下: 在焊接工件偏移后，通过工业相机重新抓取当前位置的焊接工件图像，该图像为24bit彩色图像，通过图像二值化转为256个等级的灰度图像，再采用均值滤波器完成降噪处理，其中均值滤波掩膜大小为mXn，图像中任意一点(X, y)响应为:
10.根据权利要求8所述的基于机器视觉的焊接轨迹校正专用测试装置的测试方法，其特征在于:步骤5)具体如下: a)采用基于灰度值的模板匹配算法，通过计算归一化相关系数NCC，确定当前焊接工件图像和模板图像匹配的相似度，由此确定焊接工件相对于模板工件在图像坐标系中X轴和y轴的偏移量U' m，y, m):
【文档编号】B23K37/047GK103846606SQ201410053434
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年2月17日 优先权日:2014年2月17日
【发明者】李琳, 李春, 邹焱飚 申请人:华南理工大学