焊接跟踪识别设备及焊接系统的制作方法

本申请涉及自动化焊接技术领域，具体而言，涉及一种焊接跟踪识别设备及焊接系统。

背景技术：

随着社会的不断进步，自动化焊接技术因具有焊接效率高、焊接质量高等特点得到了飞速发展，而目前影响自动化焊接效果的最主要因素就是对焊缝的跟踪识别，跟踪识别能力越强，焊接的自动化水平也就越高。目前的焊缝跟踪识别技术在跟踪识别过程中存在焊缝识别偏差较大、无法自主抓取焊缝位置及仅针对焊接前的焊缝进行跟踪识别而无法确对应的焊接质量等缺点。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种焊接跟踪识别设备及焊接系统，所述焊接跟踪识别设备能够自行且精准地针对焊接前后的焊缝进行跟踪识别，以提高焊接效率，并确保焊接质量。

就设备而言，本申请实施例提供一种焊接跟踪识别设备，所述设备应用于包括焊接机器人的焊接系统，所述设备包括第一图像采集单元、第二图像采集单元及跟踪校正单元；

所述第一图像采集单元用于按照当前图像跟踪方向对未经所述焊接机器人进行焊接处理的待处理焊缝进行图像采集，得到对应的第一焊缝图像；

所述跟踪校正单元与所述第一图像采集单元电性连接，用于根据所述待处理焊缝在所述第一焊缝图像中的特征点坐标，计算所述第一图像采集单元的第一跟踪方向偏移量，并基于所述第一跟踪方向偏移量对所述第一图像采集单元当前图像跟踪方向进行校正；

所述第二图像采集单元用于按照当前图像跟踪方向对由所述待处理焊缝经所述焊接机器人进行焊接处理后得到的已处理焊缝进行图像采集，得到对应的第二焊缝图像；

所述跟踪校正单元还与所述第二图像采集单元电性连接，用于根据所述已处理焊缝在所述第二焊缝图像中的特征点坐标，计算所述第二图像采集单元的第二跟踪方向偏移量，并基于所述第二跟踪方向偏移量对所述第二图像采集单元当前图像跟踪方向进行校正。

可选地，在本申请实施例中，上述第一图像采集单元与所述第二图像采集单元分别设置在所述焊接机器人的焊接器件的相对的两侧，以分别对由所述焊接机器人进行焊接处理前后的所述待处理焊缝进行图像采集。

可选地，在本申请实施例中，上述每个图像采集单元包括电荷耦合器件ccd相机、结构光发射器及微处理器；

所述微处理器与所述结构光发射器电性连接，用于控制所述结构光发射器向焊缝投射结构光；

所述ccd相机用于按照当前图像跟踪方向对投射有结构光的所述焊缝进行图像采集；

所述微处理器与所述ccd相机电性连接，用于对所述ccd相机采集到的焊缝图像进行焊缝特征点提取，得到该焊缝图像中存在的所有焊缝特征点坐标。

可选地，在本申请实施例中，上述结构光发射器为一字激光器，每个所述图像采集单元还包括激光滤光片及光学衰减片；

所述激光滤光片设置在所述ccd相机的采集镜头前，用于滤除焊接杂光；

所述光学衰减片设置在所述激光滤光片之前，用于降低焊接杂光对所述ccd相机的图像采集过程的干扰。

可选地，在本申请实施例中，上述跟踪校正单元包括控制器及电推缸调节机构；

所述控制器与每个所述图像采集单元中的微处理器电性连接，用于根据每个所述图像采集单元采集得到的焊缝图像中的焊缝特征点坐标，计算该焊缝图像中对应的特征点中心坐标，并计算每个所述图像采集单元当前图像跟踪方向在对应焊缝图像中的投影位置坐标与所述特征点坐标之间的跟踪方向偏移量；

所述控制器与所述电推缸调节机构电性连接，用于按照每个所述图像采集单元各自对应的跟踪方向偏移量，控制所述电推缸调节机构调节对应图像采集单元的当前图像跟踪方向，其中所述电推缸调节机构与每个所述图像采集单元中的ccd相机活动连接，以调节对应ccd相机的图像跟踪方向。

可选地，在本申请实施例中，上述设备还包括焊缝识别单元；

所述焊缝识别单元与所述第一图像采集单元电性连接，用于根据所述第一图像采集单元采集到的第一焊缝图像，及所述待处理焊缝在所述第一焊缝图像中的所有特征点坐标，对所述待处理焊缝进行种类识别。

可选地，在本申请实施例中，上述设备还包括焊接策略生成单元；

所述焊接策略生成单元与所述焊缝识别单元电性连接，并与所述焊接机器人电性连接，用于根据所述焊缝识别单元针对所述待处理焊缝识别得到的焊缝种类结果生成匹配的焊接策略，并将生成的所述焊接策略发送给所述焊接机器人，以使所述焊接机器人按照所述焊接策略对所述待处理焊缝进行焊接处理。

可选地，在本申请实施例中，上述设备还包括焊接检测单元；

所述焊接检测单元与所述第二图像采集单元电性连接，用于根据所述第二图像采集单元采集到的第二焊缝图像，及所述已处理焊缝在所述第二焊缝图像中的所有特征点坐标，计算所述已处理焊缝所对应的成型宽度及打底高度。

可选地，在本申请实施例中，上述设备还包括供电单元；

所述供电单元与所述第一图像采集单元、所述第二图像采集单元、所述跟踪校正单元、所述焊缝识别单元、所述焊接策略生成单元及所述焊接检测单元电性连接，用于向所述第一图像采集单元、所述第二图像采集单元、所述跟踪校正单元、所述焊缝识别单元、所述焊接策略生成单元及所述焊接检测单元提供电能。

就系统而言，本申请实施例提供一种焊接系统，所述系统包括焊接机器人及任意一种上述的焊接跟踪识别设备。

相对于现有技术而言，本申请实施例提供的焊接跟踪识别设备及焊接系统具有以下有益效果：所述焊接跟踪识别设备能够自行且精准地针对焊接前后的焊缝进行跟踪识别，以提高焊接效率，并确保焊接质量。所述焊接跟踪识别设备包括第一图像采集单元、第二图像采集单元及跟踪校正单元。所述第一图像采集单元用于按照当前图像跟踪方向对未经焊接机器人进行焊接处理的待处理焊缝进行图像采集，得到对应的第一焊缝图像。所述跟踪校正单元与所述第一图像采集单元电性连接，用于根据所述待处理焊缝在所述第一焊缝图像中的特征点坐标，计算所述第一图像采集单元的第一跟踪方向偏移量，并基于所述第一跟踪方向偏移量对所述第一图像采集单元当前图像跟踪方向进行校正，从而自行且精确地针对焊接前的焊缝进行跟踪识别，以提高焊接过程中的焊接效率。所述第二图像采集单元用于按照当前图像跟踪方向对由所述待处理焊缝经所述焊接机器人进行焊接处理后得到的已处理焊缝进行图像采集，得到对应的第二焊缝图像。所述跟踪校正单元还与所述第二图像采集单元电性连接，用于根据所述已处理焊缝在所述第二焊缝图像中的特征点坐标，计算所述第二图像采集单元的第二跟踪方向偏移量，并基于所述第二跟踪方向偏移量对所述第二图像采集单元当前图像跟踪方向进行校正，从而自行且精确地针对焊接后的焊缝进行跟踪识别，以对焊接过程的焊接质量进行跟踪检测，确保焊接质量。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本申请较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请权利要求保护范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的焊接系统的方框示意图。

图2为本申请实施例提供的焊接跟踪识别设备的第一种方框示意图。

图3为本申请实施例提供的焊接跟踪识别设备的第二种方框示意图。

图4为本申请实施例提供的焊接跟踪识别设备的第三种方框示意图。

图5为本申请实施例提供的焊接跟踪识别设备的第四种方框示意图。

图标：10-焊接系统；100-焊接跟踪识别设备；200-焊接机器人；110-第一图像采集单元；120-第二图像采集单元；130-跟踪校正单元；140-焊缝识别单元；150-焊接策略生成单元；160-焊接检测单元；170-供电单元。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，是本申请实施例提供的焊接系统10的方框示意图。在本申请实施例中，所述焊接系统10用于对焊缝进行自动化焊接处理，其中所述焊接系统10包括焊接机器人200与焊接跟踪识别设备100，所述焊接机器人200可自行走动并进行焊接处理，所述焊接跟踪识别设备100可配合所述焊接机器人200自行且精准地对焊接前的焊缝进行跟踪识别，使所述焊接机器人200能够准确地在焊接前的焊缝上进行焊接作业，以提高焊接过程中的焊接效率，并能自行且精准地对由所述焊接机器人200焊接处理后的焊缝进行跟踪识别，以对焊接过程的焊接质量进行跟踪检测，确保焊接质量，为后续可能存在的盖面焊处理时的相关工艺参数提供数据支撑。

在本申请实施例中，所述焊接机器人200包括爬行器本体、焊接器件及焊接方位调控单元，所述焊接器件与所述焊接方位调控单元设置在所述爬行器本体上，并由所述爬行器本体进行携带移动。其中，所述焊接器件用于实现焊接处理；所述焊接方位调控单元与所述焊接器件连接，用于对所述焊接器件的焊接角度、焊接方位及焊接功率进行调控。

请参照图2，是本申请实施例提供的焊接跟踪识别设备100的第一种方框示意图。在本申请实施例中，所述焊接跟踪识别设备100包括第一图像采集单元110、第二图像采集单元120及跟踪校正单元130。

在本实施例中，所述第一图像采集单元110用于按照当前图像跟踪方向对未经所述焊接机器人200进行焊接处理的待处理焊缝进行图像采集，得到对应的第一焊缝图像，并基于所述第一焊缝图像得到所述待处理焊缝在所述第一焊缝图像中的特征点坐标，其中所述特征点坐标用于表示对应焊缝在图像中的位置、大小、走向趋势等焊缝信息。

在本实施例中，所述第二图像采集单元120用于对按照当前图像跟踪方向对由所述待处理焊缝经所述焊接机器人200进行焊接处理后得到的已处理焊缝进行图像采集，得到对应的第二焊缝图像，并基于所述第二焊缝图像得到所述已处理焊缝在所述第二焊缝图像中的特征点坐标。其中，所述已处理焊缝与所述待处理焊缝相互对应。

在本实施例中，所述第一图像采集单元110与所述第二图像采集单元120分别设置在所述焊接机器人200的焊接器件的相对的两侧，并由所述焊接机器人200的爬行器本体携带移动到焊缝的对应位置处，以分别对由所述焊接机器人200进行焊接处理前后的所述待处理焊缝进行图像采集，其中由所述焊接机器人200进行焊接处理后的所述待处理焊缝即为所述已处理焊缝。

在本实施例中，每个图像采集单元包括ccd(charge-coupleddevice，电荷耦合器件)相机、结构光发射器及微处理器。所述结构光发射器用于向焊缝投射结构光。所述微处理器与所述结构光发射器电性连接，用于控制所述结构光发射器的开关状态及结构光投射方向。所述ccd相机用于按照当前图像跟踪方向对投射有结构光的所述焊缝进行图像采集。所述微处理器与所述ccd相机电性连接，用于对所述ccd相机采集到的焊缝图像进行焊缝特征点提取，得到该焊缝图像中存在的所有焊缝特征点坐标。

其中，所述微处理器在得到由所述ccd相机采集到的焊缝图像后，会通过依次对所述焊缝图像进行图像平滑处理、图像增强处理及图像二值化处理的方式，得到降噪后的焊缝图像，而后针对所述降噪后的焊缝图像提取出焊缝特征明显的图像区域，并对提取出的图像区域进行图像细化处理，从而基于细化后的所述图像区域进行焊缝特征点提取操作，以得到该焊缝图像中存在的所有焊缝特征点坐标。

在本实施例的一种实施方式中，所述结构光发射器为一字激光器，每个所述图像采集单元还包括激光滤光片及光学衰减片。所述激光滤光片设置在所述ccd相机的采集镜头及所述结构光发射器的光发射口前，用于滤除焊接杂光并仅允许激光通过；所述光学衰减片设置在所述激光滤光片之前，用于降低焊接杂光对所述ccd相机的图像采集过程的干扰。

在本实施例中，所述跟踪校正单元130与所述第一图像采集单元110电性连接，用于根据所述待处理焊缝在所述第一焊缝图像中的特征点坐标，计算所述第一图像采集单元110的第一跟踪方向偏移量，并基于所述第一跟踪方向偏移量对所述第一图像采集单元110当前图像跟踪方向进行校正。其中，所述第一跟踪方向偏移量用于表示所述第一图像采集单元110当前图像跟踪方向与所述待处理焊缝在所述第一焊缝图像中的特征点坐标之间的跟踪偏差。

在本实施例中，所述跟踪校正单元130还与所述第二图像采集单元120电性连接，用于根据所述已处理焊缝在所述第二焊缝图像中的特征点坐标，计算所述第二图像采集单元120的第二跟踪方向偏移量，并基于所述第二跟踪方向偏移量对所述第二图像采集单元120当前图像跟踪方向进行校正。其中，所述第二跟踪方向偏移量用于表示所述第二图像采集单元120当前图像跟踪方向与所述已处理焊缝在所述第二焊缝图像中的特征点坐标之间的跟踪偏差。

在本实施例中，所述跟踪校正单元130包括控制器及电推缸调节机构。所述跟踪校正单元130可在所述控制器处采用pid(proportionintegrationdifferentiation，比例积分微分)控制算法控制所述电推缸调节结构的方式，对所述第一图像采集单元110当前图像跟踪方向进行校正，和/或对所述第二图像采集单元120当前图像跟踪方向进行校正。

在本实施例中，所述控制器与每个所述图像采集单元中的微处理器电性连接，用于根据每个所述图像采集单元采集得到的焊缝图像中的焊缝特征点坐标，计算该焊缝图像中对应的特征点中心坐标，并计算每个所述图像采集单元当前图像跟踪方向在对应焊缝图像中的投影位置坐标与所述特征点坐标之间的跟踪方向偏移量。其中所述特征点中心坐标为同一焊缝图像中所有特征点坐标之间的中心点位置坐标，当同一焊缝图像中的投影位置坐标与特征点坐标的位置不重合时，则表明该焊缝图像所对应的图像采集单元当前图像跟踪方向与对应焊缝存在跟踪偏差，即对应的跟踪方向偏移量不为零。

其中，所述控制器在从所述第一图像采集单元110的微处理器处，获取到由所述第一图像采集单元110按照当前图像跟踪方向针对待处理焊缝得到的第一焊缝图像中的所述待处理焊缝的焊缝特征点坐标后，会计算所述待处理焊缝在所述第一焊缝图像中的特征点中心坐标，并计算所述第一图像采集单元110当前图像跟踪方向在所述第一焊缝图像中的投影位置坐标，而后将所述第一焊缝图像中的所述特征点中心坐标与所述投影位置坐标进行比对，得到所述第一图像采集单元110按照当前图像跟踪方向进行图像采集时的跟踪方向偏移量即所述第一跟踪方向偏移量。

所述控制器在从所述第二图像采集单元120的微处理器处，获取到由所述第二图像采集单元120按照当前图像跟踪方向针对已处理焊缝得到的第二焊缝图像中的所述已处理焊缝的焊缝特征点坐标后，会计算所述已处理焊缝在所述第二焊缝图像中的特征点中心坐标，并计算所述第二图像采集单元120当前图像跟踪方向在所述第二焊缝图像中的投影位置坐标，而后将所述第二焊缝图像中的所述特征点中心坐标与所述投影位置坐标进行比对，得到所述第二图像采集单元120按照当前图像跟踪方向进行图像采集时的跟踪方向偏移量即所述第二跟踪方向偏移量。

在本实施例中，所述控制器与所述电推缸调节机构电性连接，用于按照每个所述图像采集单元各自对应的跟踪方向偏移量，控制所述电推缸调节机构调节对应图像采集单元的当前图像跟踪方向，其中所述电推缸调节机构与每个所述图像采集单元中的ccd相机活动连接，以调节对应ccd相机的图像跟踪方向。

其中，所述控制器在得到所述第一图像采集单元110当前对应的第一跟踪方向偏移量后，会基于所述电推缸调节机构调节所述第一图像采集单元110的当前图像跟踪方向，以使所述第一图像采集单元110能够自行且精准地对焊接前的待处理焊缝进行跟踪识别，使所述焊接机器人200能够准确地在焊接前的待处理焊缝上进行焊接作业，以提高焊接过程中的焊接效率。

所述控制器在得到所述第二图像采集单元120当前对应的第二跟踪方向偏移量后，会基于所述电推缸调节机构调节所述第二图像采集单元120的当前图像跟踪方向，以使所述第二图像采集单元120能够自行且精准地对焊接后的已处理焊缝进行跟踪识别，以对焊接过程的焊接质量进行跟踪检测，确保焊接质量，为后续可能存在的盖面焊处理时的相关工艺参数提供数据支撑。

请参照图3，是本申请实施例提供的焊接跟踪识别设备100的第二种方框示意图。在本申请实施例中，所述焊接跟踪识别设备100还可以包括焊缝识别单元140及焊接策略生成单元150。

在本实施例中，所述焊缝识别单元140与所述第一图像采集单元110电性连接，用于根据所述第一图像采集单元110采集到的第一焊缝图像，及所述待处理焊缝在所述第一焊缝图像中的所有特征点坐标，对所述待处理焊缝进行种类识别。其中，所述焊缝识别单元140中存储有不同焊缝种类类型(例如，对接焊缝类型、搭接焊缝类型、角接焊缝类型)各自的焊缝特征信息，所述焊缝识别单元140可根据所述待处理焊缝在所述第一焊缝图像的特征点坐标，得到所述待处理焊缝的焊缝特征信息，并相应地识别出所述待处理焊缝的焊缝种类结果。

在本实施例中，所述焊接策略生成单元150与所述焊缝识别单元140电性连接，并与所述焊接机器人200电性连接，用于根据所述焊缝识别单元140针对所述待处理焊缝识别得到的焊缝种类结果生成匹配的焊接策略，并将生成的所述焊接策略发送给所述焊接机器人200，以使所述焊接机器人200按照所述焊接策略对所述待处理焊缝进行焊接处理。其中，所述焊接策略生成单元150中存储有针对不同焊缝种类的焊接工艺参数(例如，二保焊焊接工艺参数、埋弧焊焊接工艺参数等)，所述焊接策略生成单元150在得到所述待处理焊缝的焊缝种类结果后，会基于存储的焊接工艺参数生成与所述待处理焊缝匹配的焊接策略。

请参照图4，是本申请实施例提供的焊接跟踪识别设备100的第三种方框示意图。在本申请实施例中，所述焊接跟踪识别设备100还可以包括焊接检测单元160。

在本实施例中，所述焊接检测单元160与所述第二图像采集单元120电性连接，用于根据所述第二图像采集单元120采集到的第二焊缝图像，及所述已处理焊缝在所述第二焊缝图像中的所有特征点坐标，计算所述已处理焊缝所对应的成型宽度及打底高度，以通过所述成型宽度及所述打底高度表示所述焊接机器人200针对所述待处理焊缝的焊接处理质量，从而在后续存在的盖面焊处理时，基于得到的与一整条待处理焊缝匹配的成型宽度及打底高度对盖面焊处理的工艺参数进行调整，以确保盖面焊处理效果。

请参照图5，是本申请实施例提供的焊接跟踪识别设备100的第四种方框示意图。在本申请实施例中，所述焊接跟踪识别设备100还包括供电单元170。

在本实施例中，所述供电单元170与所述第一图像采集单元110、所述第二图像采集单元120、所述跟踪校正单元130、所述焊缝识别单元140、所述焊接策略生成单元150及所述焊接检测单元160电性连接，用于向所述第一图像采集单元110、所述第二图像采集单元120、所述跟踪校正单元130、所述焊缝识别单元140、所述焊接策略生成单元150及所述焊接检测单元160提供电能，以使所述第一图像采集单元110、所述第二图像采集单元120、所述跟踪校正单元130、所述焊缝识别单元140、所述焊接策略生成单元150及所述焊接检测单元160正常运行。其中，所述供电单元170包括储蓄电池及充电电路，所述储蓄电池用于提供电能，所述充电电路与所述储蓄电池电性连接，用于通过所述充电电路外接的外部电源对所述储蓄电池进行充电。

综上所述，在本申请实施例提供的焊接跟踪识别设备及焊接系统中，所述焊接跟踪识别设备能够自行且精准地针对焊接前后的焊缝进行跟踪识别，以提高焊接效率，并确保焊接质量。所述焊接跟踪识别设备包括第一图像采集单元、第二图像采集单元及跟踪校正单元。所述第一图像采集单元用于按照当前图像跟踪方向对未经焊接机器人进行焊接处理的待处理焊缝进行图像采集，得到对应的第一焊缝图像。所述跟踪校正单元与所述第一图像采集单元电性连接，用于根据所述待处理焊缝在所述第一焊缝图像中的特征点坐标，计算所述第一图像采集单元的第一跟踪方向偏移量，并基于所述第一跟踪方向偏移量对所述第一图像采集单元当前图像跟踪方向进行校正，从而自行且精确地针对焊接前的焊缝进行跟踪识别，以提高焊接过程中的焊接效率。所述第二图像采集单元用于按照当前图像跟踪方向对由所述待处理焊缝经所述焊接机器人进行焊接处理后得到的已处理焊缝进行图像采集，得到对应的第二焊缝图像。所述跟踪校正单元还与所述第二图像采集单元电性连接，用于根据所述已处理焊缝在所述第二焊缝图像中的特征点坐标，计算所述第二图像采集单元的第二跟踪方向偏移量，并基于所述第二跟踪方向偏移量对所述第二图像采集单元当前图像跟踪方向进行校正，从而自行且精确地针对焊接后的焊缝进行跟踪识别，以对焊接过程的焊接质量进行跟踪检测，确保焊接质量。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。