基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置及方法，所述裝置包括工作臺(tái)、精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺(jué)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(jué)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(jué)采集設(shè)備和控制設(shè)備設(shè)置在工作臺(tái)上，所述機(jī)器視覺(jué)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(dòng)單元、y軸方向驅(qū)動(dòng)單元、x軸方向位置檢測(cè)單元以及y軸方向位置檢測(cè)單元。本發(fā)明裝置能實(shí)現(xiàn)基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)完成焊接工件軌跡在x軸和y軸方向偏移量檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證，分析誤差產(chǎn)生的原因，不斷優(yōu)化機(jī)器視覺(jué)技術(shù)中的圖像處理方法，從而實(shí)現(xiàn)焊接軌跡偏移量準(zhǔn)確檢測(cè)的目的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置，尤其是一種基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置及方法，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(dòng)量大、和效率低下等問(wèn)題，當(dāng)前機(jī)器人焊接已經(jīng)在國(guó)內(nèi)的汽車(chē)、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(guò)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(lái)使機(jī)器人完成預(yù)期的動(dòng)作，“任務(wù)程序”為一組運(yùn)動(dòng)及輔助功能指令，用以確定機(jī)器人特定的預(yù)期作業(yè)。“再現(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(shí)施，前工序中需通過(guò)人工點(diǎn)焊完成焊接工件定位，這會(huì)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(shí)機(jī)器人軌跡。
[0004]為解決上述問(wèn)題，通常需采用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)對(duì)再現(xiàn)的焊接軌跡進(jìn)行校正，如圖1所示。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是指通過(guò)工業(yè)相機(jī)I將被焊接工件2轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，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(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)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(duì)焊接工件2準(zhǔn)確進(jìn)行焊接；但是這種由機(jī)器視覺(jué)技術(shù)確定焊接軌跡偏移量的精度評(píng)估和驗(yàn)證卻未見(jiàn)有相關(guān)裝置出現(xiàn)，因此需要研制一套專(zhuān)用測(cè)試裝置，可以對(duì)由機(jī)器視覺(jué)技術(shù)確定的焊接軌跡偏移量精度進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證，并分析誤差產(chǎn)生的原因，從而不斷優(yōu)化機(jī)器視覺(jué)技術(shù)中的圖像處理方法，使得實(shí)現(xiàn)焊接軌跡偏移量準(zhǔn)確檢測(cè)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明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(shí)現(xiàn)基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)完成焊接工件軌跡在X軸和y軸方向偏移量檢測(cè)的基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置的測(cè)試方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0008]基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置，其特征在于:包括工作臺(tái)、精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺(jué)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(jué)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(jué)采集設(shè)備和控制設(shè)備設(shè)置在工作臺(tái)上，所述機(jī)器視覺(jué)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(dòng)單元、y軸方向驅(qū)動(dòng)單元、X軸方向位置檢測(cè)單元以及y軸方向位置檢測(cè)單元；在測(cè)試時(shí)，所述y軸方向驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)焊接工件沿I軸方向移動(dòng)，所述X軸方向驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)I軸方向驅(qū)動(dòng)單元使焊接工件沿X軸方向移動(dòng)。
[0009]優(yōu)選的，所述X軸方向驅(qū)動(dòng)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(dòng)臺(tái)；所述I軸方向驅(qū)動(dòng)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(dòng)臺(tái)；所述y軸方向驅(qū)動(dòng)單元置于X軸方向移動(dòng)臺(tái)上，所述y軸方向移動(dòng)臺(tái)在測(cè)試時(shí)用于放置焊接工件；所述X軸方向位置檢測(cè)單元和I軸方向位置檢測(cè)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(dòng)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(dòng)單元的一側(cè)。
[0010]優(yōu)選的，所述機(jī)器視覺(jué)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(duì)準(zhǔn)精密定位機(jī)構(gòu)，所述光源分布在鏡頭的周?chē)?br> [0011]優(yōu)選的，所述控制設(shè)備包括工控主機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、第一交流伺服驅(qū)動(dòng)器和第二交流伺服驅(qū)動(dòng)器，所述第一交流伺服驅(qū)動(dòng)器與第一交流伺服電機(jī)連接，所述第二交流伺服驅(qū)動(dòng)器與第二交流伺服電機(jī)連接，所述第一交流伺服驅(qū)動(dòng)器和第二交流伺服驅(qū)動(dòng)器分別通過(guò)運(yùn)動(dòng)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(guò)通訊接口與運(yùn)動(dòng)控制器連接，所述工控主機(jī)通過(guò)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(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的顯示器。
[0012]優(yōu)選的，所述工作臺(tái)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(jué)采集設(shè)備固定在橫向支架上。
[0013]優(yōu)選的，所述框架結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置有四個(gè)可使工作臺(tái)移動(dòng)的輪子。
[0014]優(yōu)選的，所述工作臺(tái)采用的框架結(jié)構(gòu)為1000*800*700mm的框架結(jié)構(gòu)。
[0015]本發(fā)明的另一目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到:
[0016]基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于包括以下步驟:
[0017]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)；
[0018]2)將焊接工件放置于精密定位機(jī)構(gòu)的I軸方向移動(dòng)臺(tái)上，根據(jù)焊接工件的當(dāng)前位置，通過(guò)工業(yè)相機(jī)抓取焊接工件圖像并建立焊接工件模板；
[0019]3)通過(guò)工控主機(jī)設(shè)定工作臺(tái)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(dòng)焊接工件移動(dòng)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(dòng)焊接工件移動(dòng)到設(shè)定的y軸偏移量位置，通過(guò)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(shí)際偏移量(^，yr)；
[0020]4)在焊接工件偏移后，通過(guò)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(duì)圖像進(jìn)行處理；
[0021]5)采用基于灰度值的模板匹配算法，獲取焊接工件相對(duì)于模板工件的X軸和y軸方向的偏移量(Xn，ym)；
[0022]6)比較(Xr，yr)和(xm，ym)的值，根據(jù)焊接機(jī)器人再現(xiàn)過(guò)程允許誤差，判斷機(jī)器視
覺(jué)檢測(cè)的精度是否滿(mǎn)足要求，即判斷是否滿(mǎn)足
【權(quán)利要求】
1.基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置，其特征在于:包括工作臺(tái)、精密定位機(jī)構(gòu)、機(jī)器視覺(jué)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(jué)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(jué)采集設(shè)備和控制設(shè)備設(shè)置在工作臺(tái)上，所述機(jī)器視覺(jué)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(dòng)單元、y軸方向驅(qū)動(dòng)單元、X軸方向位置檢測(cè)單元以及I軸方向位置檢測(cè)單元；在測(cè)試時(shí)，所述I軸方向驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)焊接工件沿I軸方向移動(dòng)，所述X軸方向驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)I軸方向驅(qū)動(dòng)單元使焊接工件沿X軸方向移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置，其特征在于:所述X軸方向驅(qū)動(dòng)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(dòng)臺(tái)；所述I軸方向驅(qū)動(dòng)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(dòng)臺(tái)；所述I軸方向驅(qū)動(dòng)單元置于X軸方向移動(dòng)臺(tái)上，所述I軸方向移動(dòng)臺(tái)在測(cè)試時(shí)用于放置焊接工件；所述X軸方向位置檢測(cè)單元和I軸方向位置檢測(cè)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(dòng)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(dòng)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(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置，其特征在于:所述機(jī)器視覺(jué)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(duì)準(zhǔn)精密定位機(jī)構(gòu)，所述光源分布在鏡頭的周?chē)?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置，其特征在于:所述控制設(shè)備包括工控主機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、第一交流伺服驅(qū)動(dòng)器和第二交流伺服驅(qū)動(dòng)器，所述第一交流伺服驅(qū)動(dòng)器與第一交流伺服電機(jī)連接，所述第二交流伺服驅(qū)動(dòng)器與第二交流伺服電機(jī)連接，所述第一交流伺服驅(qū)動(dòng)器和第二交流伺服驅(qū)動(dòng)器分別通過(guò)運(yùn)動(dòng)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(guò)通訊接口與運(yùn)動(dòng)控制器連接，所述工控主機(jī)通過(guò)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(shí)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(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置，其特征在于:所述工作臺(tái)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(jué)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(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)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(gè)可使工作臺(tái)移動(dòng)的輪子。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置，其特征在于:所述工作臺(tái)采用的框架結(jié)構(gòu)為1000*800*700mm的框架結(jié)構(gòu)。
8.基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于包括以下步驟: 1)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)； 2)將焊接工件放置于精密定位機(jī)構(gòu)的y軸方向移動(dòng)臺(tái)上，根據(jù)焊接工件的當(dāng)前位置，通過(guò)工業(yè)相機(jī)抓取焊接工件圖像并建立焊接工件模板； 3)通過(guò)工控主機(jī)設(shè)定工作臺(tái)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(dòng)焊接工件移動(dòng)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(dòng)焊接工件移動(dòng)到設(shè)定的y軸偏移量位置，通過(guò)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(shí)際偏移量(\，yr)； 4)在焊接工件偏移后，通過(guò)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(duì)圖像進(jìn)行處理； 5)采用基于灰度值的模板匹配算法，獲取焊接工件相對(duì)于模板工件的X軸和I軸方向的偏移量(xm，ym)； 6)比較Ur，yr)和(xm，ym)的值，根據(jù)焊接機(jī)器人再現(xiàn)過(guò)程允許誤差，判斷機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的精度是否滿(mǎn)足要求，即判斷是否滿(mǎn)足
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于:步驟4)具體如下: 在焊接工件偏移后，通過(guò)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(guò)圖像二值化轉(zhuǎn)為256個(gè)等級(jí)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(diǎn)(X, y)響應(yīng)為:
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于機(jī)器視覺(jué)的焊接軌跡校正專(zhuān)用測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于:步驟5)具體如下: a)采用基于灰度值的模板匹配算法，通過(guò)計(jì)算歸一化相關(guān)系數(shù)NCC，確定當(dāng)前焊接工件圖像和模板圖像匹配的相似度，由此確定焊接工件相對(duì)于模板工件在圖像坐標(biāo)系中X軸和y軸的偏移量U' m，y, m):
【文檔編號(hào)】B23K37/047GK103846606SQ201410053434
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)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(qǐng)人:華南理工大學(xué)