一种基于视觉检测的定位方法及贯流风叶自动焊接工艺与流程

本发明涉及贯流风叶制造领域，尤其涉及一种基于视觉检测的定位方法及贯流风叶自动焊接工艺。

背景技术：

空调用贯流风叶是由钢轴盘、橡轮和多个中风轮焊接构成，钢轴盘和橡轮分别处于多个中风轮的两端，焊接顺序是钢轴盘、多个中风轮和橡轮依次焊接；其中的钢轴盘用于连接轴承座上，橡轮是用于连接电机轴；钢轴盘、中风轮和橡轮的具体结构可参考本案申请人的在先相关专利；焊接设备可参考公告号为“cn104625390b”的中国发明专利文本中记载的贯流风叶焊接成型机。

目前，贯流风叶焊接成型机中的自动焊接定位方式一般是以工艺缺口或工艺圆坑t为基准进行定位对准。工艺缺口或工艺圆坑t具体可参考公告号为“cn201354742y”的中国实用新型专利文本中记载的定位识别标示的两种实施方式。

现有自动焊接定位方式的具体是：

1.缺口定位

贯流风叶三个零件上均设计了工艺缺口，激光扫到相应缺口时会停下，记录相应缺口的相位角，计算相应的相位角度差，机械手抓起要焊接的零件，旋转计算得到的角度，将要焊接的产品松开，产品接套ok，下压完成超声波焊接。

2.圆坑t定位

贯流风叶三个零件上均设计了工艺圆坑t，相机拍摄盘面，根据盘面圆坑t特征识别相应圆坑t的相应角，计算相应的相位角度差，机械手抓起要焊接的零件，旋转计算得到的角度，将要焊接的产品松开，产品接套ok，下压完成超声波焊接。

上述现有自动焊接定位存在问题

1.缺口定位的方式存在激光束与缺口宽度匹配的局限性，激光束宽度必须小于缺口宽度，理论上就决定了必须得存在误差，另为了顺利检测到位置信息，激光束宽度要比缺口宽度足够小，这样又人为加大了误差，造成相位角更大的偏差。

2.两种定位方式的缺口或圆坑t在模具上均在前模，叶片则在后模。通过缺口或圆坑t的位置来定位叶片和叶片槽的相对位置均是间接获取位置的信息，与实际位置信息必然存在差异(还不考虑模具前后模的定位差异)。

3.两种定位方式确定了相位角度差后，机械手要抓起产品旋转计算得到的角度。在抓起的时候势必会导致产品的位移产生一定的偏差。

以上几种实际存在的偏差都会直接影响产品的一次接套率，在自动焊接过程中如产生钢轴盘、中风轮和橡轮之间定位偏差则会导致产品焊接失败。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种基于视觉检测的定位方法，该基于视觉检测的定位方法先通过缺口/圆坑t进行粗定位，然后通过叶片和叶片槽精定位；从而能够保证待对接风轮的叶片和待对接轮盘的叶片槽能够精确对准。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种基于视觉检测的定位方法，其特征在于：包括如下步骤

s1，拍摄待对接风轮上的轮盘侧的正投影视图，获取待对接风轮的圆心坐标01；

s2，获取待对接风轮的轮盘上的缺口/圆坑t的坐标；

s3，基于缺口/圆坑t的位置，控制待对接风轮沿其圆心转动一定角度，使待对接风轮的缺口/圆坑t与待对接轮盘的缺口/圆坑t相对准；

s4，拍摄待对接风轮上的叶片侧的正投影视图，寻找待对接风轮的叶片外圆轮廓，获得圆心坐标02；

s5，寻找待对接风轮上的缺口/圆坑t以及相邻的两个叶片，计算两个叶片与待对接风轮圆心坐标02的夹角角平分线，获得准确的角度数据α；

s6，拍摄待对接轮盘上的轮盘侧的正投影视图，获取待对接轮盘的圆心坐标03；

s7，获取待对接轮盘上的缺口/圆坑t以及相邻的两个叶片槽，计算出两个叶片槽与待对接轮盘圆心坐标03的夹角角平分线，获得准确的角度数据β；

s8，基于角度数据α和角度数据β的差值，控制待对接风轮沿圆心坐标02旋转一定的相位角，使叶片与叶片槽相对应；

s9，控制待对接风轮下行与待对接轮盘相对接。

需要解释的是：上述方案中的待对接风轮特指是上述定位方法中需要进行调整定位的风轮，可以是背景技术中的中风轮或橡轮；待对接轮盘特指上述定位方法中的风轮所定位对准的目标轮盘，可以是钢轴盘的轮盘，也可以是指中风轮的轮盘。

本发明采用上述技术方案，该技术方案涉及一种基于视觉检测的定位方法，该基于视觉检测的定位方法采用两步定位，先通过缺口/圆坑t进行粗定位【即指上述步骤s1-s3】，然后通过叶片和叶片槽精定位【即指上述步骤s4-s8】；从而能够保证待对接风轮的叶片和待对接轮盘的叶片槽能够精确对准，保证贯流风叶自动焊接工艺步骤中的定位不偏差。具体来说，1.缺口/圆坑t粗定位：相机拍摄盘面，根据盘面圆坑t特征识别相应缺口/圆坑t的相应角，初步计算相应的相位角度差。

2.叶片和叶片槽精定位：机械手抓起要焊接的零件，旋转通过圆坑t定位特征的相位角之差计算得到的角度，然后相机再次拍摄，拍摄的是叶片和叶片槽特征，对比计算得到精确的相位角差异，再根据计算得到的角度旋转；

基于上述粗定位和精定位的两步定位，机械手快速移动到焊接位置，将要焊接的产品松开，产品接套ok，下压完成超声波焊接。

在焊接工艺要求中，叶片小端是需要与叶片槽槽内的筋条相对准，然后通过超声波焊接固定。但是由于筋条不明显，在图像视觉检测中难以准确获取；而叶片槽无论其宽度还是其长度均大于叶片小端，如检测叶片槽边缘和叶片边缘能够保证叶片插入叶片槽内，但是难以保证叶片与叶片槽内部的筋条相对应。在上述方案的基础上，该定位方法的创新点还在于：在叶片和叶片槽精定位的步骤中采用了两个叶片与待对接风轮圆心坐标02的夹角角平分线获得准确的角度数据α；以及两个叶片槽与待对接轮盘圆心坐标03的夹角角平分线，获得准确的角度数据β。采用两组夹角角平分线分别获得角度数据α和角度数据β，可规避单个叶片和叶片槽定位不准确的问题，可保证叶片小端与叶片槽槽内的筋条相对准。

作为优选，所述步骤s1具体是：在待对接风轮上的轮盘侧的正投影视图中，使用检测圆工具，定位风轮的外圆轮廓，获得圆心坐标01。

作为优选，所述步骤s2具体包括：

步骤s2.1，在待对接风轮上的轮盘侧的正投影视图中，使用工具定位缺口/圆坑t区域的大概位置步骤s2.2，使用检测工具，定位缺口/圆坑t的中心位置，获得准确中心坐标。

作为优选，所述步骤s3具体包括：

步骤s3.1，使用过两点直线工具，将缺口/圆坑t的中心位置与待对接风轮的圆心坐标01连接，获得直线a；

步骤s3.2，计算直线a与基准线b之间的夹角；

步骤s3.3，机械手抓取待对接风轮沿其圆心转动对应角度。

该步骤s3中先采用直线a将缺口/圆坑t的中心位置与待对接风轮的圆心坐标01连接，然后基于直线a相对基准线b之间的夹角，将待对接风轮转动一定角度，该角度还需基于待对接轮盘的缺口/圆坑t相对于基准线b的角度换算得到，但一般情况下都会将待对接轮盘的缺口/圆坑t和待对接风轮的缺口/圆坑t调整至基准线b，而基准线b也一般选取为横坐标。

作为优选，所述步骤s4具体是：拍摄待对接风轮上的叶片侧的正投影视图，使用检测圆工具，寻找待对接风轮的叶片外圆轮廓，获得圆心坐标02；该步骤中比对圆心坐标02和圆心坐标01的偏移程度可判断叶片变形量。

作为优选，所述步骤s5具体是：

步骤s5.1，待对接风轮上的正投影视图中获取缺口/圆坑t以及相邻的两个叶片大致位置；步骤s5.2，使用凹凸点位置工具获取的两个叶片的小端内外端部坐标；

步骤s5.3，使用两点间中点工具，在叶片的小端内外端部坐标的基础上获得中间位置点坐标；

步骤s5.4，使用过两点直线工具，两个叶片的中间位置点坐标分别与圆心坐标02连线，获得两条直线c；

步骤s5.5，使用角平分线工具，获得两条直线c的角平分线d，计算角平分线d与基准线b之间的角度数据α。

上述步骤s5.1-5.5，对步骤s5中的叶片与待对接风轮圆心坐标02的夹角角平分线如何获得进行了说明。如上所述，叶片槽无论其宽度还是其长度均大于叶片小端。在此情况下，此处方案对于每个叶片的测量均采用叶片内外端部的中间位置点坐标，相比于内外端部的坐标来说，中间位置点坐标无论在周向方向上还是在径向方向上更准确反映叶片的整体位置信息。

作为优选，所述步骤s6具体包括

在待对接轮盘上的正投影视图中，使用检测圆工具，定位待对接轮盘的外圆轮廓，获得圆心坐标03。

作为优选，所述步骤s7具体包括

步骤s7.1，待对接轮盘上的正投影视图中获取缺口/圆坑t以及相邻的两个叶片槽大致位置；

步骤s7.2，使用凹凸点位置工具获取的两个叶片槽的内外端部坐标；

步骤s7.3，使用两点间中点工具，在叶片槽的内外端部坐标的基础上获得中间位置点坐标；步骤s7.4，使用过两点直线工具，两个叶片的中间位置点坐标分别与待对接轮盘的圆心坐标03连线，获得两条直线e；

步骤s7.5，使用角平分线工具，获得两条直线e的角平分线f，计算角平分线f与基准线b之间的角度数据β。

上述步骤s7.1-7.5，对步骤s7中的叶片槽与待对接轮盘圆心坐标03的夹角角平分线如何获得进行了说明。如上所述，叶片槽无论其宽度还是其长度均大于叶片小端。在此情况下，此处方案对于每个叶片槽的测量均采用叶片槽内外端部的中间位置点坐标，相比于内外端部的坐标来说，中间位置点坐标无论在周向方向上还是在径向方向上更准确反映叶片槽的整体位置信息。

本发明的第二目的在于提供一种贯流风叶自动焊接工艺，该贯流风叶自动焊接工艺采用上述基于视觉检测的定位方法，从而能够达到快速、准确定位焊接的目的。

一种贯流风叶自动焊接工艺，其特征在于；采用如下焊接步骤：

步骤ss1，机械手夹持钢轴盘，将钢轴盘放置于焊接工位上；

步骤ss2，基于以上所述的基于视觉检测的定位方法，将中风轮与钢轴盘定位并进行焊接；

步骤ss3，基于以上所述的基于视觉检测的定位方法，将上侧中风轮与下侧中风轮定位并进行焊接；

步骤ss4，重复上述步骤ss3，直至中风轮数量满足设定要求；

步骤ss5，基于以上所述的基于视觉检测的定位方法，将橡轮与最上侧中风轮定位并进行焊接。

作为优选，所述步骤ss1具体包括：

步骤ss1.1，机械手夹持钢轴盘，摄像机拍摄钢轴盘的轮盘侧正投影视图，使用检测圆工具获得钢轴盘的圆心坐标o4；

步骤ss1.2，在钢轴盘的轮盘侧正投影视图中，使用轮廓位置工具，获得缺口/圆坑t的位置信息；

步骤ss1.3，使用检测工具定位缺口/圆坑t的中心位置，获得准确中心坐标；

步骤ss1.4，使用过两点直线工具，将缺口/圆坑t的中心位置与钢轴盘的圆心坐标连接，获得直线g；

步骤ss1.5，计算直线与基准线b之间的夹角，机械手抓取钢轴盘并驱动沿其圆心转动对应角度放置到焊接工位上。

该方案涉及贯流风叶自动焊接工艺，该贯流风叶自动焊接工艺中先将钢轴盘定位放置于焊接工位上，且钢轴盘的放置也是需要在视觉检测后，根据缺口/圆坑t的中心位置信息和基准线b的位置控制钢轴盘转动一定角度后放置于焊接工位上。如上所述，基准线b也一般选取为横坐标，且也优选将缺口/圆坑t的中心位置调整至基准线b上。

附图说明

图1为实施例2中的步骤ss1涉及的钢轴盘正投影视图。

图2为实施例1中的步骤s1-s3中涉及的待对接风轮上的轮盘侧正投影视图。

图3为实施例1中的步骤s4-s5中涉及的待对接风轮上的叶片侧正投影视图。

图4为实施例1中的步骤s6-s7中涉及的待对接轮盘上的正投影视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1：

如图2～4所示，本实施例涉及一种基于视觉检测的定位方法，包括如下步骤：

s1【参考图2】，拍摄待对接风轮上的轮盘侧正投影视图，在待对接风轮上的轮盘侧的正投影视图中，使用检测圆工具，定位风轮的外圆轮廓，获得待对接风轮的圆心坐标01。

s2【参考图2】，获取待对接风轮的轮盘上的缺口/圆坑t的坐标。

在具体的实施方案中，所述步骤s2具体包括：

步骤s2.1，在待对接风轮上的轮盘侧的正投影视图中，使用工具定位缺口/圆坑t区域的大概位置；

步骤s2.2，使用检测工具，定位缺口/圆坑t的中心位置，获得准确中心坐标。

s3【参考图2】，基于缺口/圆坑t的位置，控制待对接风轮沿其圆心转动一定角度，使待对接风轮的缺口/圆坑t与待对接轮盘的缺口/圆坑t相对准。

在具体的实施方案中，所述步骤s3具体包括：

步骤s3.1，使用过两点直线工具，将缺口/圆坑t的中心位置与待对接风轮的圆心坐标01连接，获得直线a。

步骤s3.2，计算直线a与基准线b之间的夹角。

步骤s3.3，机械手抓取待对接风轮沿其圆心转动对应角度。

s4【参考图3】，拍摄待对接风轮上的叶片侧的正投影视图，使用检测圆工具，寻找待对接风轮的叶片外圆轮廓，获得圆心坐标02。

s5【参考图3】，寻找待对接风轮上的缺口/圆坑t以及相邻的两个叶片，计算两个叶片与待对接风轮圆心坐标02的夹角角平分线，获得准确的角度数据α。

在具体的实施方案中，所述步骤s5具体是：

步骤s5.1，待对接风轮上的正投影视图中获取缺口/圆坑t以及相邻的两个叶片大致位置。

步骤s5.2，使用凹凸点位置工具获取的两个叶片的小端内外端部坐标。

步骤s5.3，使用两点间中点工具，在叶片的小端内外端部坐标的基础上获得中间位置点坐标。

步骤s5.4，使用过两点直线工具，两个叶片的中间位置点坐标分别与圆心坐标02连线，

获得两条直线c。

步骤s5.5，使用角平分线工具，获得两条直线c的角平分线d，计算角平分线d与基准线b之间的角度数据α。

s6【参考图4】，拍摄待对接轮盘上的轮盘侧的正投影视图，在待对接轮盘上的正投影视图中，使用检测圆工具，定位待对接轮盘的外圆轮廓，获得圆心坐标03。

s7【参考图4】，获取待对接轮盘上的缺口/圆坑t以及相邻的两个叶片槽，计算出两个叶片槽与待对接轮盘圆心坐标03的夹角角平分线，获得准确的角度数据β。

在具体的实施方案中，所述步骤s7具体包括

步骤s7.1，待对接轮盘上的正投影视图中获取缺口/圆坑t以及相邻的两个叶片槽大致位置。

步骤s7.2，使用凹凸点位置工具获取的两个叶片槽的内外端部坐标。

步骤s7.3，使用两点间中点工具，在叶片槽的内外端部坐标的基础上获得中间位置点坐标。

步骤s7.4，使用过两点直线工具，两个叶片的中间位置点坐标分别与待对接轮盘的圆心坐标03连线，获得两条直线e。

步骤s7.5，使用角平分线工具，获得两条直线e的角平分线f，计算角平分线f与基准线b之间的角度数据β。

s8，基于角度数据α和角度数据β的差值，控制待对接风轮沿圆心坐标02旋转一定的相位角，使叶片与叶片槽相对应。

s9，控制待对接风轮下行与待对接轮盘相对接。

需要解释的是：上述方案中的待对接风轮特指是上述定位方法中需要进行调整定位的风轮，可以是背景技术中的中风轮或橡轮。待对接轮盘特指上述定位方法中的风轮所定位对准的目标轮盘，可以是钢轴盘的轮盘，也可以是指中风轮的轮盘。

本发明采用上述技术方案，该技术方案涉及一种基于视觉检测的定位方法，该基于视觉检测的定位方法采用两步定位，先通过缺口/圆坑t进行粗定位【即指上述步骤s1-s3】，然后通过叶片和叶片槽精定位【即指上述步骤s4-s8】。从而能够保证待对接风轮的叶片和待对接轮盘的叶片槽能够精确对准，保证贯流风叶自动焊接工艺步骤中的定位不偏差。具体来说，

1.缺口/圆坑t粗定位：相机拍摄盘面，根据盘面圆坑t特征识别相应缺口/圆坑t的相应角，初步计算相应的相位角度差。

2.叶片和叶片槽精定位：机械手抓起要焊接的零件，旋转通过圆坑t定位特征的相位角之差计算得到的角度，然后相机再次拍摄，拍摄的是叶片和叶片槽特征，对比计算得到精确的相位角差异，再根据计算得到的角度旋转。

基于上述粗定位和精定位的两步定位，机械手快速移动到焊接位置，将要焊接的产品松开，产品接套ok，下压完成超声波焊接。

在焊接工艺要求中，叶片小端是需要与叶片槽槽内的筋条相对准，然后通过超声波焊接固定。但是由于筋条不明显，在图像视觉检测中难以准确获取。而叶片槽无论其宽度还是其长度均大于叶片小端，如检测叶片槽边缘和叶片边缘能够保证叶片插入叶片槽内，但是难以保证叶片与叶片槽内部的筋条相对应。在上述方案的基础上，该定位方法的创新点还在于：在叶片和叶片槽精定位的步骤中采用了两个叶片与待对接风轮圆心坐标02的夹角角平分线获得准确的角度数据α。以及两个叶片槽与待对接轮盘圆心坐标03的夹角角平分线，获得准确的角度数据β。采用两组夹角角平分线分别获得角度数据α和角度数据β，可规避单个叶片和叶片槽定位不准确的问题，可保证叶片小端与叶片槽槽内的筋条相对准。

实施例2：

如图1～4所示，本实施例涉及一种贯流风叶自动焊接工艺，该贯流风叶自动焊接工艺采用上述基于视觉检测的定位方法，从而能够达到快速、准确定位焊接的目的。

具体来说，该贯流风叶自动焊接工艺，采用如下焊接步骤：

步骤ss1【参考图1】，机械手夹持钢轴盘，将钢轴盘放置于焊接工位上。

在具体的实施方案中，所述步骤ss1具体包括：

步骤ss1.1，机械手夹持钢轴盘，摄像机拍摄钢轴盘的轮盘侧正投影视图，使用检测圆工具获得钢轴盘的圆心坐标o4。

步骤ss1.2，在钢轴盘的轮盘侧正投影视图中，使用轮廓位置工具，获得缺口/圆坑t的位置信息。

步骤ss1.3，使用检测工具定位缺口/圆坑t的中心位置，获得准确中心坐标。

步骤ss1.4，使用过两点直线工具，将缺口/圆坑t的中心位置与钢轴盘的圆心坐标连接，获得直线g。

步骤ss1.5，计算直线与基准线b之间的夹角，机械手抓取钢轴盘并驱动沿其圆心转动对应角度放置到焊接工位上。

步骤ss2，基于实施例1中所述的基于视觉检测的定位方法，将中风轮与钢轴盘定位并进行焊接【参考附图2-4，此步骤中的待对接风轮为中风轮，待对接轮盘为钢轴盘】。

步骤ss3，基于实施例1中所述的基于视觉检测的定位方法，将上侧中风轮与下侧中风轮定位并进行焊接【参考附图2-4，此步骤中的待对接风轮为中风轮，待对接轮盘为上一工序中焊接固定的中风轮的轮盘】。

步骤ss4，重复上述步骤ss3，直至中风轮数量满足设定要求。

步骤ss5，基于实施例1中所述的基于视觉检测的定位方法，将橡轮与最上侧中风轮定位并进行焊接【参考附图2-4，此步骤中的待对接风轮为橡轮，待对接轮盘为最后一个中风轮的轮盘】。

该方案涉及贯流风叶自动焊接工艺，该贯流风叶自动焊接工艺中先将钢轴盘定位放置于焊接工位上，且钢轴盘的放置也是需要在视觉检测后，根据缺口/圆坑t的中心位置信息和基准线b的位置控制钢轴盘转动一定角度后放置于焊接工位上。如上所述，基准线b也一般选取为横坐标，且也优选将缺口/圆坑t的中心位置调整至基准线b上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。