[發明專利]一種基于機器視覺的坡口自動檢測與焊接的方法

在審

• 申請號: 202310085020.2
• 申請日: 2023-01-18
• 公開（公告）號: CN116228858A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 石玗;王文楷;李春凱;徐睦忠;張航;陸剛;顧玉芬;朱明;張剛
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學;浙江巴頓焊接技術研究院
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/60;G06T7/62;G06T7/00;G06T5/30;G06T5/00;G06T1/00
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 邵捷

本發明涉及焊接制造領域，具體涉及焊接過程中的自動化控制與設計。本發明是通過以下技術方案得以實現的：一種基于機器視覺的坡口自動檢測與焊接的方法，包含目標檢測圖像采集步驟，還包含如下步驟：S01、圖像處理步驟；對坡口的所述圖像數據進行圖像分析處理，得到坡口條紋輪廓上的特征點的坐標值；S02、坡口特征信息提取與計算步驟；S03、分段步驟；S04、輸入步驟；輸入各個分段的所述特征信息到工藝參數預測模型；S05、工藝參數模型預測步驟；S06、焊接步驟；本發明的目的是提供一種基于機器視覺的坡口自動檢測與焊接的方法，采用離線檢測離線分析的設計，檢測和焊接完全分離，整個過程不存在光、電、磁、熱的干擾，數據精準可靠，焊接質量好。

技術領域

本發明涉及焊接制造領域，具體涉及焊接過程中的自動化控制與設計。

背景技術

隨著現代工業生產水平的不斷進步，工業企業在焊接質量、生產效率、制造成本、批量供給能力等方面對焊接技術提出了新的要求。傳統手工焊接生產方式難以適應生產量大、焊接質量要求高的場合，特別是當前焊接技工嚴重短缺，使得焊接自動化、智能化成為行業轉型升級亟待解決的關鍵性問題。

而在焊接自動化、智能化的過程中，其中一個重點技術就是自適應焊接工藝參數匹配的問題。具體的，由于上游的下料到裝配工序的影響，一道焊縫的坡口尺寸會發生變化，如果采用恒定的焊接工藝參數完成焊接，在該道焊縫中可能會產生咬邊、塌陷、未熔合以及焊縫最終成形尺寸不均勻等缺陷。

而在現有技術中，對于自適應焊接工藝參數匹配，其解決方案為實時提取過程特征信息，過程特征信息往往如電弧電壓、電弧聲頻率、熔池溫度場等。如公開號為CN202110735100的中國專利文件公開了一種新的電弧焊接的實時弧壓跟蹤方法，其在硬件上包含工控機、運動控制單元和焊槍。焊槍在焊接過程中會產生弧壓信號，工控機會實時采集弧壓信號進行分析，根據分析的結果，輸入到運動控制單元，實現對焊槍焊接參數的實時調節。

該種技術方案的確能實時的、自適應的匹配焊接工藝參數，然而該種技術方案存在兩項技術缺陷：一方面，焊接過程本身就伴隨著強烈的光、電、磁、熱的干擾，對特征信息的提取造成很大影響。一旦特征信息的提取存在誤差，則之后的特征信息的分析、焊槍控制的精準度和可靠性都會受到較大的不良影響。另一方面，由于該項操作是焊接過程的實時進行，其沒有預見性，對焊接工況突然變化的情況往往響應不足，具體的，當出現突發情況，例如硬件停頓、參數誤差，很容易造成焊漏、咬邊、未熔合等難以修復的缺陷。

為了克服這一問題，業界開始嘗試采用激光視覺法對坡口尺寸提前進行檢測，根據測量結果對工藝參數進行匹配。如公開號為CN201610889750的中國專利文件公開了一種激光視覺引導的焊接軌跡自動跟蹤系統及方法，其包含圖像處理裝置、焊接機器人和激光視覺傳感器。在使用中，不同于上一技術方案，其信息捕捉不是依靠例如弧壓信號的特征信息，而是依靠機器視覺。在該技術方案中，使用了激光視覺傳感器，激光視覺傳感器超前于焊槍一定位置處安裝，相對于焊槍的焊接位置有一個“提前量”。焊接時，激光視覺傳感器實時獲取焊接路徑超前位置上的圖像信息進行分析，并采用滯后算法使焊槍根據分析后的數據實時進行調整，以此實現焊接機器人的自動化控制。