CN110253373A - 一种基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统和方法，所述系统包括：激光传感器、图像采集模块、上位机、机器人和浮动打磨头；所述激光传感器、图像采集模块和浮动打磨头均安装在机器人六轴末端；所述激光传感器用于采集机器人与构件的相对位置；所述图像采集模块用于在特定位置采集构件的图像信息；所述上位机用于对该图像信息进行处理，以确定出焊缝位置，并控制机器人带动浮动打磨头对焊缝进行打磨。本发明所述系统通过激光传感器进行采集图像的自动定位，能够保证每次采集图像位置的准确性和唯一性，该系统能够实现全自动打磨，工作效率高，操作简洁，便于工人操作，打磨出来的产品质量有保证，有利于企业的高效高质量生产。

Description

一种基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统和方法

技术领域

本发明涉及机器人打磨技术领域，具体涉及一种基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统和方法。

背景技术

随着制造业的高速发展，海运船舶大型化使得港机装备大型化成为必然趋势。而箱梁、桁架等典型大型构件是港机制造中工作量最大的环节。现阶段，我国港机企业在对大型构件焊缝的打磨处理还主要依靠人工手动打磨，自动化程度低，打磨效率低下，且工人所处的打磨作业环境恶劣，不利于工人的身体健康。此外，人工打磨的质量很大程度上取决于工人的操作技术水平，不同工人的打磨水平不同，致使打磨出来的产品质量无法保证，不利于企业的高效高质量生产。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统和方法。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统，包括：

激光传感器、图像采集模块、上位机、机器人和浮动打磨头；

其中，所述激光传感器、所述图像采集模块和所述浮动打磨头均安装在所述机器人六轴末端；所述激光传感器、所述图像采集模块、所述机器人和所述浮动打磨头分别与所述上位机电连接；

所述激光传感器用于采集所述机器人与构件的相对位置；

所述图像采集模块用于在特定位置采集所述构件的图像信息；

所述上位机用于对所述图像信息进行处理，以确定出焊缝位置，并控制所述机器人带动所述浮动打磨头对所述焊缝进行打磨。

可选的，所述系统还包括：防护装置；

所述防护装置安装在所述机器人六轴末端，且将所述激光传感器和所述图像采集模块包围，以对所述激光传感器和所述图像采集模块进行保护。

可选的，所述防护装置包括：气缸和翻转盖；

所述气缸与所述上位机电连接，所述气缸能够在所述上位机的控制下推动所述翻转盖进行开启和闭合。

可选的，所述图像采集模块为二维工业相机。

本发明还提供了一种基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的方法，包括：

对相机以及相机与浮动打磨头的空间位置进行标定；

在上位机的控制下，机器人到达构件焊缝的指定位置；其中，所述指定位置由激光传感器确定；

采集所述构件焊缝的图像信息；

对所述图像信息进行处理，确定出待打磨焊缝的类型以及打磨的起始点和终止点；

根据打磨的起始点和终止点，控制所述机器人按照预定义好的姿态对所述焊缝进行打磨。

可选的，所述对所述图像信息进行处理，包括：

对所述图像信息进行预处理；

对预处理后的图像进行阈值分割；

对阈值分割后的图像进行特征提取；

根据提取的特征确定出待打磨焊缝的类型以及打磨的起始点和终止点。

可选的，所述根据打磨的起始点和终止点，控制机器人按照预定义好的姿态对所述焊缝进行打磨，具体包括：

上位机将打磨的起始点和终止点发送给机器人，机器人按照预定义好的姿态将浮动打磨头放置于打磨的起始点后反馈给上位机，上位机向机器人和浮动打磨头发送信号，控制所述浮动打磨头开启，以对所述焊缝进行打磨；

当打磨完焊缝后，所述机器人将打磨完成的信息反馈给上位机。

可选的，所述方法还包括：

在上位机接收到打磨完成的信息后，控制所述相机再次采集所述构件焊缝的图像信息；

根据所述图像信息判断打磨效果。

可选的，所述方法还包括：

在所述激光传感器进行定位或所述相机采集所述构件焊缝的图像信息时，控制防护装置的翻转盖保持开启状态；其它情况下，控制所述防护装置的翻转盖保持闭合状态，以防止打磨产生的碎屑和其他灰尘飞入所述激光传感器和所述相机内。

可选的，所述机器人对所述焊缝进行恒力打磨。

本发明采用以上技术方案，所述基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统，包括：激光传感器、图像采集模块、上位机、机器人和浮动打磨头；其中，所述激光传感器、所述图像采集模块和所述浮动打磨头均安装在所述机器人六轴末端；所述激光传感器、所述图像采集模块、所述机器人和所述浮动打磨头分别与所述上位机电连接；所述激光传感器用于采集所述机器人与构件的相对位置；所述图像采集模块用于在特定位置采集所述构件的图像信息；所述上位机用于对所述图像信息进行处理，以确定出焊缝位置，并控制所述机器人带动所述浮动打磨头对所述焊缝进行打磨。本发明所述系统采用激光传感器进行采集图像的自动定位，保证了每次采集图像位置的准确性和唯一性，提高了工作效率；通过上位机协调控制采图定位、图像处理和恒力打磨等过程，实现了基于视觉引导的机器人全自动打磨，本系统操作简洁，便于工人操作，完全改变了现有打磨状况，提高了生产效率，有极大的工程实用价值；此外，本系统通过防护装置能够防止机器人打磨时产生的碎屑和其他灰尘飞入所述激光传感器和所述相机内，该装置体积小巧，操作便捷、保护性能好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本发明基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统一种实施例提供的结构示意图；

图2是图1所述系统的工作原理示意图；

图3是图1所述实施例中相机和激光传感器防护装置的结构示意图；

图4是图3所述防护装置中翻转盖所在一侧的结构示意图；

图5是超大型构件打磨总体布局示意图；

图6是本发明基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的方法实施例一提供的流程示意图；

图7是本发明基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的方法实施例二提供的流程示意图。

图中：1、激光传感器；2、图像采集模块；3、上位机；4、机器人；5、浮动打磨头；6、防护装置；61、气缸；62、翻转盖；7、超大型构件；8、龙门架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

图1是本发明基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统一种实施例提供的结构示意图。

如图1和图2所示，本实施例所述的基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统，包括：

激光传感器1、图像采集模块2、上位机3、机器人4和浮动打磨头5；

其中，所述激光传感器1、所述图像采集模块2和所述浮动打磨头5均安装在所述机器人4六轴末端；所述激光传感器1、所述图像采集模块2、所述机器人4和所述浮动打磨头5分别与所述上位机3电连接；

所述激光传感器1用于采集所述机器人4与构件的相对位置；

所述图像采集模块2用于在特定位置采集所述构件的图像信息；

所述上位机3用于对所述图像信息进行处理，以确定出焊缝位置，并控制所述机器人4带动所述浮动打磨头5对所述焊缝进行打磨。

进一步的，所述系统还包括：防护装置6；

如图3至图4所示，所述防护装置6安装在所述机器人4六轴末端，且将所述激光传感器1和所述图像采集模块2包围，以对所述激光传感器1和所述图像采集模块2进行保护。

所述防护装置6包括：气缸61和翻转盖62；

所述气缸61与所述上位机3电连接，所述气缸61能够在所述上位机3的控制下推动所述翻转盖62进行开启和闭合。

进一步的，所述图像采集模块2为二维工业相机。

在实际使用中，如图5所示，在对超大型构件7焊缝进行打磨时，工业机器人4设置在龙门架8上，超大型构件7放置在龙门架8下，通过激光传感器1采集所述机器人4与构件的相对位置，并在上位机3的控制下，工业机器人4携带二维工业相机通过激光传感器1实现相机移动到缺陷焊缝的指定位置，工业相机采集构件的图像信息，并将采集的图像信息发送至上位机3，上位机3对该图像进行处理，确定出焊缝位置，并控制所述机器人4带动所述浮动打磨头5到达焊缝的指定位置进行打磨。

本实施例所述系统采用激光传感器1进行采集图像的自动定位，保证了每次采集图像位置的准确性和唯一性，提高了工作效率；通过上位机3协调控制采图定位、图像处理和恒力打磨等过程，实现了基于视觉引导的机器人4全自动打磨，本系统操作简洁，便于工人操作，完全改变了现有打磨状况，提高了生产效率，有极大的工程实用价值；此外，本系统通过防护装置6能够防止机器人4打磨时产生的碎屑和其他灰尘飞入所述激光传感器1和所述相机内，该装置体积小巧，操作便捷、保护性能好；本系统打磨出来的产品质量有保证，有利于企业的高效高质量生产。

图6是本发明基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的方法实施例一提供的结构示意图。

如图6所示，本实施例所述的基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的方法，包括：

S101：对相机以及相机与浮动打磨头的空间位置进行标定；

具体的，前期准备工作主要包括相机标定，手眼标定。

(1)相机标定，由于相机本身硬件限制，使得相机直接采集得到的图像会出现图像畸变，影响后续处理。相机标定是相机使用的第一步，通过相机标定可得到相机内参。

(2)手眼标定，机械臂到达指定位置之前必须进行手眼标定，完成工业相机到执行部分机械臂的互联。借助图像处理软件得到安装在机械臂末端的相机和打磨头之间的空间位置关系。

S102：在上位机的控制下，机器人到达构件焊缝的指定位置；其中，所述指定位置由激光传感器1确定；

S103：采集所述构件焊缝的图像信息；

具体的，机器人4到达指定位置后，激光传感器1反馈信号给上位机3，此时上位机3控制相机进行图像采集，配予合适的光源，工业相机拍照获得清晰的焊缝照片。

S104：对所述图像信息进行处理，确定出待打磨焊缝的类型以及打磨的起始点和终止点；

上位机3集成了图像处理软件对焊缝图像信息进行处理，得到待打磨焊缝的类型以及起始点和终止点。

S105：根据打磨的起始点和终止点，控制所述机器人按照预定义好的姿态对所述焊缝进行打磨。

进一步的，所述根据打磨的起始点和终止点，控制机器人按照预定义好的姿态对所述焊缝进行打磨，具体包括：

上位机3与机器人4控制柜利用TCP通讯，上位机3将打磨的起始点和终止点发送给机器人4，机器人4按照预定义好的姿态将浮动打磨头5放置于打磨的起始点后反馈给上位机3，上位机3向机器人4和浮动打磨头5发送信号，控制所述浮动打磨头5开启，以对所述焊缝进行打磨。按照指定速度和打磨力对焊缝进行打磨，将有缺陷的焊缝磨平；

当打磨完焊缝后，所述机器人4将打磨完成的信息反馈给上位机3。

进一步的，所述机器人4对所述焊缝进行恒力打磨。

本实施例所述的打磨方法通过基于视觉引导的机器人4对焊缝进行打磨，利用激光传感器1预设的高度值进行自动定位。该打磨方法首先在上位机3的控制下让机器人4自动到达预定的工作位置，并通过所述相机进行图像采集。传统的方法是利用人工示教，这种方法不能保证每次采集图像时机器人4与打磨工件之间采图位置恒定。而本实施例中，利用激光传感器1，所述上位机3能够控制将机器人4与打磨工件的相对高度保持在预设高度值，实现自动定位；通过相机采集所述构件焊缝的图像信息，并根据上位机3识别出的打磨位置，控制机器人4进行恒力打磨。

本实施例所述方法能够实现对构件焊缝的全自动打磨，工作效率高，操作简洁，打磨出来的产品质量有保证，有利于企业的高效高质量生产，适合在工业生产中推广。

图7是本发明基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的方法实施例二提供的结构示意图。

如图7所示，本实施例所述的基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的方法，包括：

S201：对相机以及相机与浮动打磨头的空间位置进行标定；

S202：在上位机的控制下，机器人到达构件焊缝的指定位置；其中，所述指定位置由激光传感器确定；

S203：采集所述构件焊缝的图像信息；

S204：对所述图像信息进行预处理；

S205：对预处理后的图像进行阈值分割；

S206：对阈值分割后的图像进行特征提取；

S207：根据提取的特征确定出待打磨焊缝的类型以及打磨的起始点和终止点；

S208：根据打磨的起始点和终止点，控制所述机器人按照预定义好的姿态对所述焊缝进行打磨；

S209：打磨完成后，控制所述相机再次采集所述构件焊缝的图像信息；

S210：根据所述图像信息判断打磨效果。

进一步的，所述上位机3会对再次采集的图像信息进行处理，以判断出打磨后的构件是否合格；如果打磨合格，则处理下一道缺陷焊缝；如果打磨不合格,则通过人工或机器人4做进一步处理，以使打磨后的焊缝符合要求。

进一步的，该方法还包括：

在所述激光传感器1进行定位或所述相机采集所述构件焊缝的图像信息时，控制防护装置6的翻转盖62保持开启状态；其它情况下，控制所述防护装置6的翻转盖62保持闭合状态，以防止打磨产生的碎屑和其他灰尘飞入所述激光传感器1和所述相机内。

具体的，所述防护装置6包括：气缸61和翻转盖62；所述气缸61与所述上位机3电连接；所述防护装置6安装在所述机器人4六轴末端，且将所述激光传感器1和所述图像采集模块2包围，以对所述激光传感器1和所述相机进行保护。在所述激光传感器1进行工作，采集位置信息时，或者，所述相机进行拍照时，所述翻转盖62在所述气缸61的作用下，保持开启状态，以更加准确的采集位置和图像信息；在所述激光传感器1和相机不工作时，所述翻转盖62在所述气缸61的作用下，呈闭合状态，以防止打磨产生的碎屑和其他灰尘飞入所述激光传感器1和所述相机内；其中所述气缸61与所述上位机3电连接，能够直接接收上位机3下发的控制信号。

本实施例所述方法在实施例一的基础上，在执行完打磨后，还会对构件焊缝进行二次拍照，以判断打磨的效果；此外，本实施例所涉及的防护装置6，为防止机器人4打磨时的碎屑飞溅以及工厂其他灰尘的干扰，基于相机和激光传感器1的尺寸设计防护装置6，并利用微型气缸61实现自动化控制翻转盖62的开闭，所述防护装置6体积小巧，方便操作、保护性能好。

本实施例所述方法采用激光传感器1进行采集图像的自动定位，保证了每次采集图像位置的准确性和唯一性，提高了工作效率；通过上位机3协调控制采图定位、图像处理、恒力打磨和二次拍照检测等过程，实现了基于视觉引导的机器人4全自动打磨，本系统操作简洁，便于工人操作，完全改变了现有打磨状况，提高了生产效率，有极大的工程实用价值；本系统通过防护装置6能够防止机器人4打磨时产生的碎屑和其他灰尘飞入所述激光传感器1和所述相机内，该装置体积小巧，操作便捷、保护性能好；该方法自动化程度高，打磨出来的产品质量有保证，有利于企业的高效高质量生产。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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。

Claims (8)

1.一种基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的系统，其特征在于，包括：

激光传感器、图像采集模块、上位机、机器人和浮动打磨头；

其中，所述激光传感器、所述图像采集模块和所述浮动打磨头均安装在所述机器人六轴末端；所述激光传感器、所述图像采集模块、所述机器人和所述浮动打磨头分别与所述上位机电连接；

所述激光传感器用于采集所述机器人与构件的相对位置；

所述图像采集模块用于在特定位置采集所述构件的图像信息；

所述上位机用于对所述图像信息进行处理，以确定出焊缝位置，并控制所述机器人带动所述浮动打磨头对所述焊缝进行打磨。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：防护装置；

所述防护装置安装在所述机器人六轴末端，且将所述激光传感器和所述图像采集模块包围，以对所述激光传感器和所述图像采集模块进行保护。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述防护装置包括：气缸和翻转盖；

所述气缸与所述上位机电连接，所述气缸能够在所述上位机的控制下推动所述翻转盖进行开启和闭合。

4.一种基于视觉引导机器人打磨构件焊缝的方法，其特征在于，包括：

对相机以及相机与浮动打磨头的空间位置进行标定；

在上位机的控制下，机器人到达构件焊缝的指定位置；其中，所述指定位置由激光传感器确定；

采集所述构件焊缝的图像信息；

对所述图像信息进行处理，确定出待打磨焊缝的类型以及打磨的起始点和终止点；

根据打磨的起始点和终止点，控制所述机器人按照预定义好的姿态对所述焊缝进行打磨。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述图像信息进行处理，包括：

对所述图像信息进行预处理；

对预处理后的图像进行阈值分割；

对阈值分割后的图像进行特征提取；

根据提取的特征确定出待打磨焊缝的类型以及打磨的起始点和终止点。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据打磨的起始点和终止点，控制机器人按照预定义好的姿态对所述焊缝进行打磨，具体包括：

上位机将打磨的起始点和终止点发送给机器人，机器人按照预定义好的姿态将浮动打磨头放置于打磨的起始点后反馈给上位机，上位机向机器人和浮动打磨头发送信号，控制所述浮动打磨头开启，以对所述焊缝进行打磨；

当打磨完焊缝后，所述机器人将打磨完成的信息反馈给上位机。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

在上位机接收到打磨完成的信息后，控制所述相机再次采集所述构件焊缝的图像信息；

根据所述图像信息判断打磨效果。

8.根据权利要求4至7任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述激光传感器进行定位或所述相机采集所述构件焊缝的图像信息时，控制防护装置的翻转盖保持开启状态；其它情况下，控制所述防护装置的翻转盖保持闭合状态，以防止打磨产生的碎屑和其他灰尘飞入所述激光传感器和所述相机内。