一种基于机器视觉与AI算法的自动焊接方法及焊接装置与流程

本发明涉及焊接设备领域，尤其涉及一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法及焊接装置。

背景技术：

现有技术中，自动焊接已经是提高焊接效率、降低人工成本的有效途径。相应的，自动焊接装置也被广泛的应用，常见的自动焊接装置包括工业机器人，工业机器人上安装有焊枪。

常见的，先根据产品图纸编辑出焊缝数据，也即，焊接时焊枪端部的运动轨迹，然后将焊缝数据导入工业机器人，接着，手动调节焊枪，使焊枪端部靠近产品上焊接起点，记录当前工业机器人的坐标，并将当前坐标设置成工业机器人开始焊接的起点，最后，工业机器人带动焊枪动作，焊枪从起点开始焊接，并沿焊缝轨迹运动，完成焊接。

然而，产品的制造、定位均存在偏差，导致焊接质量降低。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述所提及的技术问题，提供一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法及焊接装置，自动补偿产品的制造及定位误差，准确的进行焊接，确保焊接质量。

本发明是通过以下的技术方案实现的：

本发明的第一方面，是提供一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法，包括以下步骤：拍照步骤，使用工业相机对产品待焊接部位拍照，获得待焊接位置的平面图像；计算步骤，根据平面图像特征，ai算法计算得出焊接起点在平面图像上的像素位置；换算步骤，根据工业相机与焊枪的相对位置关系，换算得出焊接起点的在机器人坐标系中的坐标位置；焊接步骤，焊枪从焊接起点的坐标位置开始焊接，焊接轨迹按照已存储的焊缝数据执行。

有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法通过使用工业相机拍照，可以获得产品待焊接位置的平面图像，再通过ai算法获得焊接起点的坐标，进而，可以根据产品的实际情况，修正机器人的焊接起点，补偿产品制造和定位产生的偏差，使得焊缝位置准确，提高焊接质量，降低焊接次品率，提高生产效率。

根据本发明的第一方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法，优选的，拍照步骤之前设置有转动步骤，转动步骤将产品水平转动，使得产品待焊接位置正对工业相机。

有益的是，通过使产品待焊接位置正对工业相机，从而，减少检测误差，同时，方便换算和校准。

根据本发明的第一方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法，优选的，所述计算步骤还包括计算出焊接终点的像素位置，换算步骤还包括换算得出焊接终点在机器人坐标系中的坐标位置。

有益的是，控制焊接终点位置，避免因焊接起点处存在细微偏差而导致焊接终点偏差增大。

根据本发明的第一方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法，进一步的，所述计算步骤还包括计算出焊接起点与焊接终点之间的内插点的像素位置，换算步骤还包括换算得出内插点的坐标位置，换算步骤与焊接步骤之间还包括补偿步骤，将内插点坐标与焊缝数据比较，修正焊缝数据。

有益的是，通过设置内插点，进一步校正焊接轨迹，修正焊缝数据。

根据本发明的第一方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法，进一步的，所述焊缝数据包括焊缝的轨迹数据以及焊缝的能量数据。

有益的是，不仅对焊接轨迹进行补偿纠正，还对焊接时的时间和速度进行全方位控制。

根据本发明的第一方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法，优选的，所述焊接步骤还包括控制焊接能量，使焊接能量参照焊缝数据执行。

有益的是，还可以对焊接能量相关的电压和电流进行控制，进一步控制焊接质量。

本发明的第二方面，是提供一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置，应用上述任一一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法。

有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置，通过应用上述焊接方法，提高焊接轨迹的精准度，进而，确保焊接质量，使得自动焊接装置真正高效。

根据本发明的第二方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置，优选的，包括机器人，机器人设置有机械臂、焊枪和工业相机，机械臂设置有固定焊枪和工业相机的第一悬臂，焊枪设置于第一悬臂的末端，工业相机设置于第一悬臂的径向外侧。

有益的是，使得焊枪与工业相机的相对位置固定而且容易换算，方便使用者操控调试。

根据本发明的第二方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置，优选的，还包括固定产品的夹具、带动夹具水平转动调整的第一转座。

有益的是，通过设置第一转座，使得自动焊接装置能够对产品的不同侧面进行焊接，克服产品尺寸大而机器人焊接范围有限的情况。

根据本发明的第二方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置，优选的，夹具为水平设置的矩形，夹具的对角位置设置固定产品的夹紧组件。

有益的是，将固定产品的夹紧组件设置在夹具的对角位置，可以减少夹紧组件对焊枪的遮挡，降低调试难度，方便产品切换，而且，易于优化焊接路线，不受焊枪路径被干涉的影响。

根据本发明的第二方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置，优选的，所述夹紧组件包括压块、带动压块旋转升降的旋转气缸。

有益的是，利用旋转气缸，可以避免压块在上下方向遮挡产品，扩展产品的拆装方式，方便从夹具上取出产品。

根据本发明的第二方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置，优选的，所述夹具还包括侧靠模和侧向压紧件。

有益的是，通过设置侧靠模和侧向压紧件，增加对产品的约束，减少产品的变形，使得焊接完毕后的产品尺寸符合图纸要求而且精度高。

根据本发明的第二方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置，优选的，所述夹具和第一转座设置有两组，分别设置在机器人相对的两侧。

有益的是，使得机器人在对一个夹具上的产品进行焊接时，可以对另一夹具上的产品进行拆装，减少机器人的停顿，提高焊接效率。

根据本发明的第二方面的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置，优选的，所述机器人设置有连接机械臂的第二转座，机械臂通过第二转座连接地面，第二转座用于带动机械臂沿水平方向转动。

有益的是，通过第二转座直接带动机械臂转动，使得机器人可以快速的开始焊接，不需要再重新详细调试，缩短调试时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。

显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1为本发明的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置的结构示意图；

图2为本发明的一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法的流程图；

图3为图2中计算步骤和换算步骤的计算图解。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一方面，提供一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接装置，结构上，包括机器人10和固定待焊接产品的固定机构20。

机器人10设置有机械臂、焊枪13和工业相机12。

优选的，机械臂具有六个自由度，可以以多个角度进行焊接，避免焊接时焊枪13与固定机构20或产品干涉碰撞，适用于更多更复杂的产品，因而，降低用户的使用成本。

更为具体的，机械臂设置有固定焊枪13和工业相机12的第一悬臂11，焊枪13设置于第一悬臂11的末端，工业相机12设置于第一悬臂11的径向外侧。

由于焊枪13和工业相机12均设置在第一悬臂11上，焊枪13与工业相机12的相对位置由安装位置的差异决定，焊枪13与工业相机12的相对位置固定，方便后续焊接时进行计算和换算。

工业相机12设置在第一悬臂11上，可以避免物体对待焊接位置遮挡，还便于使工业相机12正对待焊接位置，使得待焊接位置在工业相机12所拍的平面图像上位置精确，差异小，同时，降低ai算法的复杂程度，方便计算。

另外，对于产品的固定，可以使固定机构20包括固定产品的夹具22、带动夹具22水平转动调整的第一转座21。

第一转座21带动夹具22转动，使得产品的不同侧面朝向机械臂，从而，扩展了机械臂的焊接范围，可以使用机器人10焊接更大、更复杂的产品。

在一些实施例中，可以使所述夹具22和第一转座21设置有两组，分别设置在机器人10相对的两侧。

因而，使得机器人10在对一个夹具22上的产品进行焊接时，可以对另一夹具22上的产品进行拆装，减少机器人10的停顿，提高焊接效率。

相应的，可以使所述机器人10设置有连接机械臂的第二转座，机械臂通过第二转座连接地面，第二转座用于带动机械臂沿水平方向转动，第二转座未画出。

相应的，通过第二转座直接带动机械臂转动，使得机器人10可以快速的开始焊接，不需要再重新详细调试，缩短调试时间。

对于固定产品的夹具22，夹具22通常包括放置产品的基板、定位板以及将产品压紧固定的夹紧组件23，夹具22组件可以手动快夹工具，也可以是气缸等自动工具。

为了避免夹紧组件23产生遮挡和干涉，使得焊枪13无法便捷的靠近待焊接位置，可以使夹具22为水平设置的矩形，夹具22组件设置在夹具22的对角位置。

由于焊枪13在夹紧组件23两侧均能够方便的与产品接触，因而，夹紧组件23不会对焊接产生干涉或遮挡。

并且，将固定产品的夹紧组件23设置在夹具22的对角位置，可以减少夹紧组件对焊枪13的遮挡，降低调试难度，方便产品切换，而且，易于优化焊接路线，不受焊枪13路径被干涉的影响。

在一些实施例中，可以使所述夹紧组件23包括压块、带动压块旋转升降的旋转气缸。

有效的是，通过利用旋转气缸，可以避免压块在上下方向遮挡产品，扩展产品的拆装方式，方便从夹具上取出产品。

在一些实施例中，还可以使所述夹具22还包括侧靠模和侧向压紧件，侧向压紧件是手工快夹工具或者气缸。

易于得出的是，通过设置侧靠模和侧向压紧件，增加对产品的约束，减少产品的变形，使得焊接完毕后的产品尺寸符合图纸要求而且精度高。

如图2所示，另一方面，本实施例的自动焊接装置还应用了一种基于机器视觉与ai算法的自动焊接方法。

自动焊接方法包括以下核心步骤。

拍照步骤，使用工业相机12对产品待焊接部位拍照，获得待焊接位置的平面图像。

当然，可以使工业相机12每次拍照时的位置固定，方便进行计算和换算。

计算步骤，根据平面图像特征，ai算法计算得出焊接起点在平面图像上的像素位置。

如图3所示，在工业相机12拍摄的图像上，产品的结构特征投射成多个具有相对位置的直线段或圆弧段，ai算法根据这些直线段和圆弧段特征，选定某个直线段或圆环段上的点作为焊接起点，并明确焊接起点的像素位置，像素位置为焊枪13起点相对于平面图像中心的值，可以设定为a1＝(x1，y1)，近似于位置点在xy平面坐标系的坐标值。

换算步骤，根据工业相机12与焊枪13的相对位置关系，换算得出焊接起点的在机器人10坐标系中的坐标位置。

具体的，由于工业相机12在机械臂上有固定的安装位置a2，a2＝(x2，y2，z2)，因而，可以获得焊接起点在工业机器人10的坐标系内的位置a，a＝a1+a2＝(x1+x2，y1+y2，z2)，又由于焊枪13端部与工业相机12具有固定的位置差b1＝(△x，△y，△z，△α)，从而，当焊枪13端部要位于焊接起点时，焊枪13端部的坐标为b＝b1+a＝(x1+x2+△x，y1+y2+△y，z2+△z，△α)，△α是焊枪13端部与工业相机12存在偏转角度。

焊接步骤，焊枪13从焊接起点的坐标位置开始焊接，焊接轨迹按照已存储的焊缝数据执行。

焊缝数据可以单纯的是产品待焊接位置的三维或二维轨迹，当然，也可以包含焊接能量的数据，如电压、电流、焊接速率等等，因而，可以更精准的控制焊接质量。

也就是说，为了更好的控制焊接质量，焊枪13端部不仅要按照焊接轨迹进行焊接，还需要兼顾控制焊接能量，以期对焊接过程全面控制。

本焊接方法通过使用工业相机12拍照，可以获得产品待焊接位置的平面图像，再通过ai算法获得焊接起点的坐标，进而，可以根据产品的实际情况，修正机器人10的焊接起点，补偿产品制造和定位产生的偏差，使得焊缝位置准确，提高焊接质量，降低焊接次品率，提高生产效率。

为了使得工业相机12准确的拍到待焊接位置的平面图像，可以使拍照步骤之前设置有转动步骤，转动步骤将产品水平转动，使得产品待焊接位置正对工业相机12，相应的，也减少了换算难度。

为了避免单纯的按照理论焊接轨迹焊接而导致焊接终点出现偏差，可以使所述计算步骤还包括计算出焊接终点的像素位置，换算步骤还包括换算得出焊接终点在机器人10坐标系中的坐标位置。

进一步的，为避免单纯的按照理论焊接轨迹焊接而导致焊缝轨迹出现偏移，可以使所述计算步骤还包括计算出焊接起点与焊接终点之间的内插点的像素位置，换算步骤还包括换算得出内插点的坐标位置，换算步骤与焊接步骤之间还包括补偿步骤，将内插点坐标与焊缝数据比较，修正焊缝数据。

另外，由于机器人10可以参照数控机床设置相对坐标系，特以铁线焊接为例进行说明，方便应用。

具体的，根据平面图像特征，计算得出以铁线中心端点为特征的特征点，明确特征点在平面图像坐标系的坐标值，然后，根据平面图像坐标系与机器人10坐标系的关系，换算得出特征点在机器人10坐标系的坐标值，机器人10再以特征点在机器人10坐标系的坐标值为原点或基准点，建立工件坐标系，使得机器人10可以带动焊枪13按照工件坐标系上焊接路线的坐标进行动作，完成焊接。

因而，所获得的特征点不限于焊接起点，还可以是其他点，只要满足理论焊接路线与实际能够吻合即可。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。