基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，所述裝置包括工作臺、精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺采集設(shè)備和控制設(shè)備，所述精密定位機(jī)構(gòu)和機(jī)器視覺采集設(shè)備分別與控制設(shè)備連接，所述精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺采集設(shè)備和控制設(shè)備設(shè)置在工作臺上，所述機(jī)器視覺采集設(shè)備位于精密定位機(jī)構(gòu)的上方；所述精密定位機(jī)構(gòu)包括x軸方向驅(qū)動單元、y軸方向驅(qū)動單元、x軸方向位置檢測單元以及y軸方向位置檢測單元。本實用新型裝置能實現(xiàn)基于機(jī)器視覺技術(shù)完成焊接工件軌跡在x軸和y軸方向偏移量檢測，并對檢測結(jié)果進(jìn)行評估和驗證，分析誤差產(chǎn)生的原因，不斷優(yōu)化機(jī)器視覺技術(shù)中的圖像處理方法，從而實現(xiàn)焊接軌跡偏移量準(zhǔn)確檢測的目的。
【專利說明】基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種焊接軌跡校正專用測試裝置，尤其是一種基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，屬于焊接軌跡校正【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]由于人工焊接存在操作環(huán)境惡劣、勞動量大、和效率低下等問題，當(dāng)前機(jī)器人焊接已經(jīng)在國內(nèi)的汽車、工程機(jī)械、以及集裝箱生產(chǎn)等許多領(lǐng)域逐步得到了應(yīng)用，焊接機(jī)器人通常采用示教再現(xiàn)模式的工作，“示教編程”指通過下述方式完成程序的編制:由人工導(dǎo)引機(jī)器人末端執(zhí)行器(如:焊槍)來使機(jī)器人完成預(yù)期的動作，“任務(wù)程序”為一組運動及輔助功能指令，用以確定機(jī)器人特定的預(yù)期作業(yè)?！霸佻F(xiàn)”指機(jī)器人按照示教編程獲得任務(wù)程序，不斷重復(fù)再現(xiàn)。
[0003]為確?！笆窘淘佻F(xiàn)”這種工作模式在具體焊接環(huán)境實施，前工序中需通過人工點焊完成焊接工件定位，這會引起定位誤差，從而導(dǎo)致示教編程獲得機(jī)器人焊接軌跡偏離了再現(xiàn)時機(jī)器人軌跡。
[0004]為解決上述問題，通常需采用機(jī)器視覺檢測技術(shù)對再現(xiàn)的焊接軌跡進(jìn)行校正，如圖1所示。機(jī)器視覺技術(shù)是指通過工業(yè)相機(jī)I將被焊接工件2轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，從而確定再現(xiàn)焊接軌跡偏移量，使焊接機(jī)器人3能對焊接工件2準(zhǔn)確進(jìn)行焊接；但是這種由機(jī)器視覺技術(shù)確定焊接軌跡偏移量的精度評估和驗證卻未見有相關(guān)裝置出現(xiàn)，因此需要研制一套專用測試裝置，可以對由機(jī)器視覺技術(shù)確定的焊接軌跡偏移量精度進(jìn)行評估和驗證，并分析誤差產(chǎn)生的原因，從而不斷優(yōu)化機(jī)器視覺技術(shù)中的圖像處理方法，使得實現(xiàn)焊接軌跡偏移量準(zhǔn)確檢測要求。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可以實現(xiàn)基于機(jī)器視覺技術(shù)完成焊接工件軌跡在X軸和y軸方向偏移量檢測的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置。
[0006]本實用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0007]基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，其特征在于:包括工作臺、精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺采集設(shè)備和控制設(shè)備，所述精密定位機(jī)構(gòu)和機(jī)器視覺采集設(shè)備分別與控制設(shè)備連接，所述精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺采集設(shè)備和控制設(shè)備設(shè)置在工作臺上，所述機(jī)器視覺采集設(shè)備位于精密定位機(jī)構(gòu)的上方；所述精密定位機(jī)構(gòu)包括X軸方向驅(qū)動單元、y軸方向驅(qū)動單元、X軸方向位置檢測單元以及y軸方向位置檢測單元；在測試時，所述y軸方向驅(qū)動單元帶動焊接工件沿I軸方向移動，所述X軸方向驅(qū)動單元帶動I軸方向驅(qū)動單元使焊接工件沿X軸方向移動。
[0008]優(yōu)選的，所述X軸方向驅(qū)動單元包括依次連接的第一交流伺服電機(jī)、第一聯(lián)軸器和第一滾珠絲桿，所述第一滾珠絲桿上設(shè)置有X軸方向移動臺；所述y軸方向驅(qū)動單元包括依次連接的第二交流伺服電機(jī)、第二聯(lián)軸器和第二滾珠絲桿，所述第二滾珠絲桿上設(shè)置有y軸方向移動臺；所述y軸方向驅(qū)動單元置于X軸方向移動臺上，所述y軸方向移動臺在測試時用于放置焊接工件；所述X軸方向位置檢測單元和I軸方向位置檢測單元分別采用第一線性光柵尺和第二線性光柵尺，所述第一線性光柵尺設(shè)置在X軸方向驅(qū)動單元的一側(cè)，所述第二線性光柵尺設(shè)置在y軸方向驅(qū)動單元的一側(cè)。
[0009]優(yōu)選的，所述機(jī)器視覺采集設(shè)備包括工業(yè)相機(jī)、鏡頭和光源，所述鏡頭與工業(yè)相機(jī)連接且對準(zhǔn)精密定位機(jī)構(gòu)，所述光源分布在鏡頭的周圍。
[0010]優(yōu)選的，所述控制設(shè)備包括工控主機(jī)、運動控制器、第一交流伺服驅(qū)動器和第二交流伺服驅(qū)動器，所述第一交流伺服驅(qū)動器與第一交流伺服電機(jī)連接，所述第二交流伺服驅(qū)動器與第二交流伺服電機(jī)連接，所述第一交流伺服驅(qū)動器和第二交流伺服驅(qū)動器分別通過運動控制器與工控主機(jī)建立通訊，所述第一線性光柵尺和第二線性光柵尺分別通過通訊接口與運動控制器連接，所述工控主機(jī)通過總線通訊卡與工業(yè)相機(jī)連接，所述工控主機(jī)連接有用于實現(xiàn)人機(jī)交互的顯示器。
[0011]優(yōu)選的，所述工作臺采用框架結(jié)構(gòu)，該框架結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置有豎向支架，在所述豎向支架上垂直固定有橫向支架，所述精密定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)的頂部平面上，所述控制設(shè)備設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，所述機(jī)器視覺采集設(shè)備固定在橫向支架上。
[0012]優(yōu)選的，所述框架結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置有四個可使工作臺移動的輪子。
[0013]優(yōu)選的，所述工作臺采用的框架結(jié)構(gòu)為1000*800*700mm的框架結(jié)構(gòu)。
[0014]本實用新型的另一目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0015]本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果:
[0016]本實用新型的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，通過設(shè)置精密定位機(jī)構(gòu)和機(jī)器視覺采集設(shè)備，能實現(xiàn)基于機(jī)器視覺技術(shù)完成焊接工件軌跡在X軸和I軸方向偏移量檢測，并利用工控主機(jī)對檢測結(jié)果進(jìn)行評估和驗證，在滿足精度要求時可以集成到工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中應(yīng)用，在不滿足精度要求時分析誤差產(chǎn)生的原因，不斷優(yōu)化機(jī)器視覺技術(shù)中的圖像處理方法，從而實現(xiàn)焊接軌跡偏移量準(zhǔn)確檢測的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行焊接軌跡校正的焊接機(jī)器人工作場景示意圖。
[0018]圖2為本實用新型的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本實用新型的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0020]圖4為本實用新型的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置控制電路圖。
[0021]圖5為本實用新型的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置人機(jī)交互界面圖。
[0022]在圖2和圖3中，1-工作臺(框架結(jié)構(gòu))，2-輪子，3-豎向支架，4-橫向支架，5-x軸方向驅(qū)動單元，6-y軸方向驅(qū)動單元，7-x軸方向位置檢測單元(第一線性光柵尺)，8-y軸方向位置檢測單元(第二線性光柵尺)，9-工業(yè)相機(jī)，10-鏡頭，11-光源，12-工控主機(jī)，13-運動控制器，14-第一交流伺服驅(qū)動器，15-第二交流伺服驅(qū)動器，16-總線通訊卡，17-顯示器?！揪唧w實施方式】
[0023]實施例1:
[0024]如圖2和圖3所示，本實施例的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，包括工作臺1、精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺采集設(shè)備和控制設(shè)備，所述工作臺I采用框架結(jié)構(gòu)1，該框架結(jié)構(gòu)I為1000*800*700mm的框架結(jié)構(gòu)，采用40*40標(biāo)準(zhǔn)鋁型材構(gòu)成，其底部設(shè)置有四個可使工作臺I移動的輪子2，一側(cè)設(shè)置有豎向支架3，在所述豎向支架3上垂直固定有橫向支架4，所述精密定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)I的頂部平面上，所述控制設(shè)備設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)I的內(nèi)部，所述機(jī)器視覺采集設(shè)備固定在橫向支架4上，所述機(jī)器視覺采集設(shè)備位于精密定位機(jī)構(gòu)的上方；所述精密定位機(jī)構(gòu)包括X軸方向驅(qū)動單元5、y軸方向驅(qū)動單元6、x軸方向位置檢測單元7以及y軸方向位置檢測單元8 ；
[0025]所述X軸方向驅(qū)動單元5包括依次連接的第一交流伺服電機(jī)5-1、第一聯(lián)軸器5-2和第一滾珠絲桿5-3，所述第一滾珠絲桿5-3上設(shè)置有X軸方向移動臺5-4 ;所述y軸方向驅(qū)動單元6包括依次連接的第二交流伺服電機(jī)6-1、第二聯(lián)軸器6-2和第二滾珠絲桿6-3，所述第二滾珠絲桿6-3上設(shè)置有y軸方向移動臺6-4 ;所述y軸方向驅(qū)動單元6置于x軸方向移動臺5-4上，所述y軸方向移動臺6-4在測試時用于放置焊接工件；所述X軸方向位置檢測單元7和y軸方向位置檢測單元8分別采用第一線性光柵尺7和第二線性光柵尺8，所述第一線性光柵尺7設(shè)置在X軸方向驅(qū)動單元5的一側(cè)，所述第二線性光柵尺8設(shè)置在I軸方向驅(qū)動單元6的一側(cè)；
[0026]所述機(jī)器視覺采集設(shè)備包括工業(yè)相機(jī)9、鏡頭10和光源11，所述鏡頭10與工業(yè)相機(jī)9連接且對準(zhǔn)精密定位機(jī)構(gòu)，所述光源11分布在鏡頭10的周圍；
[0027]所述控制設(shè)備包括工控主機(jī)12、運動控制器13、第一交流伺服驅(qū)動器14和第二交流伺服驅(qū)動器15。
[0028]本實施例中，所述第一交流伺服電機(jī)5-1為日本三菱電機(jī)有限公司的HC-KFS-23A型號電機(jī)，所述第二交流伺服電機(jī)6-1為日本三菱電機(jī)有限公司的HC-KFS-43A型號電機(jī)；所述第一滾珠絲桿5-3和第二滾珠絲桿6-3均采用臺灣上銀有限公司的KK6005P-600A1-FE-CS2型號絲桿，其導(dǎo)程為5mm，有效導(dǎo)軌長度為600mm，精度為±0.0lmm ;所述第一線性光柵尺7和第二線性光柵尺8均采用西班牙發(fā)格FAGOR公司MKT-52型號，有效行程為520mm，分辨率為5um，精度為± IOum ;所述工業(yè)相機(jī)9采用德國映美精有限公司(IMAGINGSOURCE)的80萬像素1394相機(jī)，型號為DMK31AF03,分辨率為1024x768，像素尺寸水平方向為4.65um,垂直方向為4.65um,鏡頭10采用日本Computar公司的M2514-MP2型號百萬像素鏡頭，焦距為25mm ;所述運動控制器采用固高科技有限公司生產(chǎn)的GTS-400-PV (G) -PCI系列運動控制器；所述第一交流伺服驅(qū)動器14采用日本三菱電機(jī)有限公司的MR-J2S-20A型號伺服驅(qū)動器，所述第二交流伺服驅(qū)動器15采用日本三菱電機(jī)有限公司的MR-J2S-40A型號伺服驅(qū)動器。
[0029]結(jié)合圖4所示的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置控制電路圖，所述第一交流伺服驅(qū)動器14與第一交流伺服電機(jī)5-1連接，所述第二交流伺服驅(qū)動器15與第二交流伺服電機(jī)6-1連接，所述第一交流伺服驅(qū)動器14和第二交流伺服驅(qū)動器15分別通過運動控制器13與工控主機(jī)12建立通訊，所述第一線性光柵尺7和第二線性光柵尺8分別通過CNl2和CNl3通訊接口與運動控制器13連接，所述工控主機(jī)12通過1394總線通訊卡16與工業(yè)相機(jī)9連接，所述工控主機(jī)12連接有顯示器17，可以實現(xiàn)人機(jī)交互，通過圖5所示的人機(jī)界面設(shè)定X軸和y軸的運動參數(shù)，運動控制器13向第一交流伺服驅(qū)動器14和第二交流伺服驅(qū)動器15輸出脈沖和方向信號,驅(qū)動第第一交流伺服電機(jī)5-1帶動X軸方向移動臺5-4,以及驅(qū)動第二交流伺服電機(jī)6-1帶動y軸方向移動臺6-4到達(dá)定位點,第一線性光柵尺7和第二線性光柵尺8檢測到X軸方向移動臺5-4的X軸位置信號和I軸方向移動臺6-4的y軸位置信號，并經(jīng)過2路四倍頻增量式輔助編碼器輸入到運動控制器13，在人機(jī)界面可以獲得檢測結(jié)果。
[0030]本實施例的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置的測試方法，其特征在于包括以下步驟:
[0031]I)采用標(biāo)定板進(jìn)行標(biāo)定，獲得工業(yè)相機(jī)內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)；
[0032]2)將焊接工件放置于精密定位機(jī)構(gòu)的I軸方向移動臺上，根據(jù)焊接工件的當(dāng)前位置，通過工業(yè)相機(jī)抓取焊接工件圖像并建立焊接工件模板；
[0033]3)通過工控主機(jī)設(shè)定工作臺上的焊接工件X軸和y軸偏移量，控制第一交流伺服電機(jī)和第一滾珠絲桿驅(qū)動焊接工件移動到設(shè)定的X軸偏移量位置，控制第二交流伺服電機(jī)和第二滾珠絲桿驅(qū) 動焊接工件移動到設(shè)定的y軸偏移量位置，通過第一線性光柵尺和第二線性光柵尺分別獲得當(dāng)前焊接工件的X軸和I軸實際偏移量(^，yr)；
[0034]4)在焊接工件偏移后，通過工業(yè)相機(jī)重新抓取當(dāng)前位置的焊接工件圖像，并采用圖像降噪算法對圖像進(jìn)行處理，具體如下:
[0035]在焊接工件偏移后，通過工業(yè)相機(jī)重新抓取當(dāng)前位置的焊接工件圖像，該圖像為24bit彩色圖像，通過圖像二值化轉(zhuǎn)為256個等級的灰度圖像，再采用均值濾波器完成降噪處理,其中均值濾波掩膜大小為mXn，圖像中任意一點(x，y)響應(yīng)為:
【權(quán)利要求】
1.基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，其特征在于:包括工作臺、精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺采集設(shè)備和控制設(shè)備，所述精密定位機(jī)構(gòu)和機(jī)器視覺采集設(shè)備分別與控制設(shè)備連接，所述精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺采集設(shè)備和控制設(shè)備設(shè)置在工作臺上，所述機(jī)器視覺采集設(shè)備位于精密定位機(jī)構(gòu)的上方；所述精密定位機(jī)構(gòu)包括X軸方向驅(qū)動單元、y軸方向驅(qū)動單元、X軸方向位置檢測單元以及I軸方向位置檢測單元；在測試時，所述I軸方向驅(qū)動單元帶動焊接工件沿I軸方向移動，所述X軸方向驅(qū)動單元帶動I軸方向驅(qū)動單元使焊接工件沿X軸方向移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，其特征在于:所述X軸方向驅(qū)動單元包括依次連接的第一交流伺服電機(jī)、第一聯(lián)軸器和第一滾珠絲桿，所述第一滾珠絲桿上設(shè)置有X軸方向移動臺；所述I軸方向驅(qū)動單元包括依次連接的第二交流伺服電機(jī)、第二聯(lián)軸器和第二滾珠絲桿，所述第二滾珠絲桿上設(shè)置有y軸方向移動臺；所述I軸方向驅(qū)動單元置于X軸方向移動臺上，所述I軸方向移動臺在測試時用于放置焊接工件；所述X軸方向位置檢測單元和I軸方向位置檢測單元分別采用第一線性光柵尺和第二線性光柵尺，所述第一線性光柵尺設(shè)置在X軸方向驅(qū)動單元的一側(cè)，所述第二線性光柵尺設(shè)置在I軸方向驅(qū)動單元的一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，其特征在于:所述機(jī)器視覺采集設(shè)備包括工業(yè)相機(jī)、鏡頭和光源，所述鏡頭與工業(yè)相機(jī)連接且對準(zhǔn)精密定位機(jī)構(gòu)，所述光源分布在鏡頭的周圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，其特征在于:所述控制設(shè)備包括工控主機(jī)、運動控制器、第一交流伺服驅(qū)動器和第二交流伺服驅(qū)動器，所述第一交流伺服驅(qū)動器與第一交流伺服電機(jī)連接，所述第二交流伺服驅(qū)動器與第二交流伺服電機(jī)連接，所述第一交流伺服驅(qū)動器和第二交流伺服驅(qū)動器分別通過運動控制器與工控主機(jī)建立通訊，所述第一線性光柵尺和第二線性光柵尺分別通過通訊接口與運動控制器連接，所述工控主機(jī)通過總線通訊卡與工業(yè)相機(jī)連接，所述工控主機(jī)連接有用于實現(xiàn)人機(jī)交互的顯不器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，其特征在于:所述工作臺采用框架結(jié)構(gòu)，該框架結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置有豎向支架，在所述豎向支架上垂直固定有橫向支架，所述精密定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)的頂部平面上，所述控制設(shè)備設(shè)置在框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，所述機(jī)器視覺采集設(shè)備固定在橫向支架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，其特征在于:所述框架結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置有四個可使工作臺移動的輪子。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)器視覺的焊接軌跡校正專用測試裝置，其特征在于:所述工作臺采用的框架結(jié)構(gòu)為1000*800*700mm的框架結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】B23K37/047GK203712189SQ201420068529
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】李琳, 李春, 鄒焱飚 申請人:華南理工大學(xué)