基于视觉识别的多丝气体保护自动焊接装置及其识别方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开基于视觉识别的多丝气体保护自动焊接装置及其识别方法，地面轨道上设有地梁和电机，电机驱动地梁沿地面轨道滑动，地梁的上端设有支腿，支腿承载主梁的左右两端，主梁的前侧设有横移滑轨，横移滑轨设有横移滑台，横移滑台下端设有工业相机，横移滑台前端设有升降滑台，升降滑台前侧设有升降滑轨，升降滑轨设有升降梁，升降梁沿竖向设置，升降梁下端设有多丝焊接系统，送丝机和水平支架固定在升降梁前侧的下部，支架的上端安装焊丝盘，焊丝盘通过导丝管连接至送丝机，焊接机器人的上端与升降梁的下端连接；焊接装置搭载相机，与焊接机器人共用水平滑台，完成焊缝位置

【技术实现步骤摘要】
基于视觉识别的多丝气体保护自动焊接装置及其识别方法


[0001]本专利技术涉及自动化焊接
，尤其涉及一种基于视觉识别的多丝气体保护自动焊接装置及其识别方法
。

技术介绍

[0002]分段是现代造船模式中的核心中间产品，一般可分为平面分段和曲面分段两种形式，曲面分段主要出现在为船艏部
、
船艉部
、
舷侧
、
底部等非平直部位，在现代船舶设计中，曲面分段所占比重逐渐增大，曲面分段的高效高质量焊接直接影响船舶分段建造质量及效率
。
[0003]曲面分段线型多变
、
结构复杂
、
相似性差，目前仍主要依赖人工焊接完成建造，受人为因素影响较大，焊接质量不稳定；曲面分段制造涉及的曲面拼板对接
、
纵骨焊接
、
肋板焊接等环节，大量焊缝呈现不规则的大曲率；大曲率曲面拼板对接是曲面分段建造过程的关键步骤，在曲面拼板对接的焊缝中，焊接位置倾斜大，轨迹呈三维曲线，仿形和空间姿态的变化给焊接的机械自动化
、
智能化带来了很大的困难
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于视觉识别的多丝气体保护自动焊接装置及其识别方法
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]基于视觉识别的多丝气体保护自动焊接装置，其特征在于，包括一条主梁和两条地面轨道，所述地面轨道沿前后方向设置，所述地面轨道上设有地梁和电机，所述电机驱动地梁沿地面轨道滑动，所述地梁的上端固定设有支腿，所述支腿承载主梁的左右两端，所述主梁的前侧沿左右方向设有横移滑轨，所述横移滑轨设有横移滑台，所述横移滑台的下端设有工业相机，所述横移滑台的前端设有升降滑台，所述升降滑台的前侧设有升降滑轨，所述升降滑轨设有升降梁，所述升降梁沿竖向设置，所述升降梁的下端设有多丝焊接系统，所述多丝焊接系统包括送丝机
、
水平支架和焊接机器人，所述送丝机和水平支架均固定在升降梁前侧的下部，所述支架的上端安装焊丝盘，所述焊丝盘通过导丝管连接至送丝机，所述焊接机器人的上端与升降梁的下端连接，所述焊接机器人的下端设有多丝焊枪和线激光传感器
。
[0007]进一步地，所述支腿为
h
型结构，所述支腿在焊接机器人运动范围内镂空
。
[0008]进一步地，所述工业相机通过转接法兰与横移滑台下端的接口配合连接
。
[0009]进一步地，所述升降梁下部的一侧支出设有法兰盘，所述送丝机通过转接法兰与法兰盘的上端连接，所述支架和焊丝盘位于升降梁的另一侧
。
[0010]进一步地，所述支架的上端设有夹具，所述夹具对焊丝盘夹紧
。
[0011]进一步地，所述工业相机设有
RGB
彩色摄像头
、
双目红外摄像头以及脉冲或光线发射接收器
。
[0012]基于视觉识别的多丝气体保护自动焊接装置的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0013]步骤
S1)
目标大曲率拼板输送至有效工作区域后，通过直通滤波算法，以工件厚度作为辨别工件与背景的判别条件，在
Z
轴方向上设定合适的阈值，滤除原始点云中由上料扫描区域地面机构构成的背景点云；
[0014]步骤
S2)
通过欧式聚类分割算法，将单个拼板点云从多个堆叠摆放的工件点云中分割出来；
[0015]步骤
S3)
通过
SAC
‑
IA
采样一致性初始配准算法将当前拼板点云与模板进行配准，输出得分最高的模板作为当前点云的匹配模板，并输出当前点云与模板点云的相对位姿，通过迭代最近点算法提高匹配结果的准确度，形成数据包；
[0016]步骤
S4)
工业相机将数据包发送至上位机，指导焊接机器人通过双丝焊接系统实现焊接动作
。
[0017]进一步地，所述步骤
S1
包括，
[0018]步骤
S11)
在焊接平台上分表设置坐标系，进行工业相机位姿估计，获取标记坐标系到图像坐标系之间的转换矩阵；
[0019]步骤
S12)
按照生产时工业相机各摄像头的摆放位置，通过坐标系转换完成深度信息与彩色图像间的匹配，输出对应的深度图像与彩色图像，计算像素点的
3D
坐标，生成
3D
点云
。
[0020]进一步地，所述步骤
S3
中，
SAC
‑
IA
采样一致性初始配准算法具体包括，对背景点云去除后的点云数据，采用
RANSAC
随机采样一致性算法进行工件点云的提取，从待配准点云
P
中选取
n
个采样点，两两采样点间距离大于预先给定的最小距离值
d
，在目标点云
Q
中查找与点云
P
中采样点具有相似
FPFH
特征的一个或多个点，在相似点中随机选取一个点作为点云
P
在目标点云
Q
中的对应点，计算对应点之间的刚体变换矩阵，通过求解对应点变换后的距离误差和函数判断当前配准变换的性能
。
[0021]进一步地，所述步骤
S3
中，迭代最近点算法具体包括，
[0022]步骤
S31)
将通过采样一致性初始配准算法配准及坐标变换后的点云
P
′
和
Q
，作为配准的初始点集，对
P
′
中每一点
Pi
，在点云
Q
中寻找距离最近的点
Qi
作为该点对应点，组成初始对应点对，采用方向向量阈值剔除错误的对应点对；
[0023]步骤
S32)
计算旋转矩阵
R
和平移向量
T
，使对应点集之间的均方误差最小；
[0024]步骤
S33)
设定阈值
ε
和最大迭代次数
Nmax
，将得到的刚体变换作用于点云
P
′
，得到新点云
P”，计算
P”和
Q
的距离误差，
[0025]如果两次迭代的误差小于阈值
ε
或当前迭代次数大于
Nmax
，则迭代结束，
[0026]否则，将初始配准的点集更新后继续重复上述步骤，直至满足收敛条件
。
[0027]本专利技术焊接装置搭载相机，与焊接机器人共用水平滑台，不通过额外结构实现对装置最大容许范围内工件进行拍照，完成焊缝位置
、
破口及间隙特征识别，简化了操作流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于视觉识别的多丝气体保护自动焊接装置，其特征在于，包括一条主梁和两条地面轨道，所述地面轨道沿前后方向设置，所述地面轨道上设有地梁和电机，所述电机驱动地梁沿地面轨道滑动，所述地梁的上端固定设有支腿，所述支腿承载主梁的左右两端，所述主梁的前侧沿左右方向设有横移滑轨，所述横移滑轨设有横移滑台，所述横移滑台的下端设有工业相机，所述横移滑台的前端设有升降滑台，所述升降滑台的前侧设有升降滑轨，所述升降滑轨设有升降梁，所述升降梁沿竖向设置，所述升降梁的下端设有多丝焊接系统，所述多丝焊接系统包括送丝机
、
水平支架和焊接机器人，所述送丝机和水平支架均固定在升降梁前侧的下部，所述支架的上端安装焊丝盘，所述焊丝盘通过导丝管连接至送丝机，所述焊接机器人的上端与升降梁的下端连接，所述焊接机器人的下端设有多丝焊枪和线激光传感器
。2.
根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，所述支腿为
h
型结构，所述支腿在焊接机器人运动范围内镂空
。3.
根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，所述工业相机通过转接法兰与横移滑台下端的接口配合连接
。4.
根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，所述升降梁下部的一侧支出设有法兰盘，所述送丝机通过转接法兰与法兰盘的上端连接，所述支架和焊丝盘位于升降梁的另一侧
。5.
根据权利要求4所述的焊接装置，其特征在于，所述支架的上端设有夹具，所述夹具对焊丝盘夹紧
。6.
根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，所述工业相机设有
RGB
彩色摄像头
、
双目红外摄像头以及脉冲或光线发射接收器
。7.
基于视觉识别的多丝气体保护自动焊接装置的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1)
目标大曲率拼板输送至有效工作区域后，通过直通滤波算法，以工件厚度作为辨别工件与背景的判别条件，在
Z
轴方向上设定合适的阈值，滤除原始点云中由上料扫描区域地面机构构成的背景点云；步骤
S2)
通过欧式聚类分割算法，将单个拼板点云从多个堆叠摆放的工件点云中分割出来；步骤
S3)
通过
SAC
‑
IA
采样一致性初始配准算法将当前拼板点云与模板进行配准，输出得分最高的模板作为当前点云的匹配模板，并输出当前点云与模板点云的相对位姿，通过迭代最近点算法提高匹配结果的准确度，形成数据包；步骤
S4)
工业相机将数据包发送至上位机，指导焊接机器人通过双丝焊接系统实现焊接动作
。8.
根据权利要求7所述的识别方法，其特征在于，所述步骤
S1
包...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文鑫，于航，谢静远，郭海平，张然，王奕杰，康世豪，吴治翰，马珂婧，
申请(专利权)人：上海船舶工艺研究所中国船舶集团有限公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：