一種焊機移動控制系統(tǒng)以及控制方法

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一種焊機移動控制系統(tǒng)以及控制方法\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明涉及自動化控制技術(shù)，具體涉及到一種用于大范圍、高精度焊機移動控制系統(tǒng)。\n背景技術(shù)\n[0002] 焊機的移動控制可應(yīng)用于汽車、航天和軍事工業(yè)等焊接領(lǐng)域。如何能夠快速而準確到達指定位置，減少人工干預(yù)，這對于提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量和合格率具有重要的作用。\n[0003] 目前，焊點自動識別多限于近距離、小視場范圍的識別，這種方法對某些需要大范圍操作、焊接目標位置不固定的場合無法適用。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0004] 針對現(xiàn)有焊機的自動控制技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高效率且高定位精度的焊機移動智能控制技術(shù)，其包括控制系統(tǒng)以及相應(yīng)的控制方法。\n[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：\n[0006] 方案1：一種焊機移動控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括：控制主機、運動控制卡、數(shù)字量板卡、CCD視覺傳感器、伺服電機及驅(qū)動器、導軌、光源，AD板卡，限位開關(guān)；\n[0007] 所述導軌上設(shè)置有焊機，所述伺服電機驅(qū)動焊機沿軌道移動；所述限位開關(guān)設(shè)置在軌道上，對焊機移動距離進行限位；所述CCD視覺傳感器與焊機配合，獲取目的位置；所述光源為CCD視覺傳感器提供光線；\n[0008] 所述控制主機通過以太網(wǎng)口控制CCD視覺傳感器，通過串口控制焊機，通過運動控制卡控制伺服電機驅(qū)動器，所述伺服電機驅(qū)動器驅(qū)動控制伺服電機；通過數(shù)字量板卡控制光源，通過AD板卡控制連接限位開關(guān)。\n[0009] 在上述控制系統(tǒng)中，所述CCD視覺傳感器包括粗定位電機移動的第一CCD視覺傳感器以及精確定位焊點的第二CCD視覺傳感器，所述第一CCD視覺傳感器位于焊接工作區(qū)域前方，且其視場可以涵蓋整個焊接工作區(qū)域；所述第二CCD視覺傳感器與光源設(shè)置在焊機上，并隨焊機一起移動；所述第一CCD視覺傳感器與第二CCD視覺傳感器相互協(xié)同工作。\n[0010] 進一步的，所述控制主機采用用戶鼠標點擊屏幕操作選取焊接目標位置。\n[0011] 進一步的，所述控制主機采用圖像識別算法精確定位焊機位置和焊點位置。\n[0012] 方案2：一種焊機移動控制方法，該控制方法采用人機操作界面接受用戶指令，首先通過遠距離CCD視覺傳感器實時監(jiān)測焊機位置和操作區(qū)域，接著通過用戶鼠標點擊目標焊片位置控制焊機快速移動，當焊機到達焊片位置后，控制近距離用于識別焊點的CCD視覺傳感器工作，再根據(jù)焊點圖像識別算法給出的空間坐標進行二次移動定位，精確定位焊點，進行后續(xù)的焊接操作。\n[0013] 在該控制方法的優(yōu)選方案中，控制方法具體包括如下步驟：\n[0014] 1)控制系統(tǒng)復(fù)位，系統(tǒng)自檢；\n[0015] 2)控制主機控制第一CCD視覺傳感器工作，顯示全部焊接工作區(qū)域；\n[0016] 3)用戶通過鼠標點擊控制主機顯示的焊接工作區(qū)域，確定目標焊片位置；\n[0017] 4)校正第一CCD視覺傳感器鏡頭畸變，計算焊片位置的空間坐標1；\n[0018] 5)計算焊機移動前的空間位置坐標2；\n[0019] 6)控制主機根據(jù)目標位置空間坐標1和焊機空間位置坐標2計算電機移動距離和方向；\n[0020] 7)控制主機根據(jù)步驟(6)計算確定的移動距離和方法控制電機驅(qū)動器驅(qū)動電機運動到達目標位置；\n[0021] 8)控制主機控制光源開啟，同時控制第二CCD視覺傳感器工作，并顯示焊點圖像；\n[0022] 9)控制主機計算出焊點的空間位置坐標3；\n[0023] 10)根據(jù)焊點空間位置坐標3和焊機空間位置坐標4計算電機移動的距離和方向；\n[0024] 11)控制主機根據(jù)步驟(10)計算確定的距離和方向控制電機驅(qū)動器驅(qū)動電機運動，到達焊點位置；\n[0025] 12)控制主機控制焊機進行焊接工作；\n[0026] 13)控制主機檢測所有焊點是否全部完成，是則轉(zhuǎn)步驟(14)，否則根據(jù)焊片間距參數(shù)，轉(zhuǎn)步驟(7)；\n[0027] 14)結(jié)束。\n[0028] 進一步的，所述步驟(2)中第一CCD視覺傳感器位于焊接工作區(qū)域前方3.5m，且其視場可以涵蓋整個6*4.5m焊接工作區(qū)域，第一CCD視覺傳感器通過以太網(wǎng)傳輸圖像數(shù)據(jù)至控制主機并顯示在主機顯示器屏幕上。\n[0029] 進一步的，所述步驟(3)中用戶控制鼠標在顯示全部焊接工作區(qū)域的計算機屏幕上移動，通過點擊鼠標左鍵，控制主機通過捕捉鼠標位置來選擇目標焊片位置。\n[0030] 進一步的，所述步驟(4)中的鏡頭畸變校正采用網(wǎng)格標定方法。\n[0031] 進一步的，所述步驟(5)通過圖形匹配的方法定位焊機在移動前的空間位置坐標\n2。\n[0032] 進一步的，所述步驟(8)中第二CCD視覺傳感器通過以太網(wǎng)傳輸圖像數(shù)據(jù)至控制主機并顯示在主機顯示器屏幕上。\n[0033] 進一步的，所述步驟(9)中通過數(shù)字圖像識別算法(其中包括圖像預(yù)處理、邊緣提取和特征匹配算法)計算出焊點在當前圖像中的空間位置坐標3。\n[0034] 進一步的，所述步驟(10)中的焊機焊機位置坐標4為焊機中心至第二CCD視覺傳感器光學鏡頭中心的相對距離。\n[0035] 本發(fā)明提供的方案可應(yīng)用于太陽能電池陣電阻焊焊機的移動控制中，能夠?qū)崿F(xiàn)6*\n4.5m大范圍的精確移動控制，控制精度達到0.1mm，系統(tǒng)操作簡便，效率高。\n[0036] 同時，本方案中采用人機操作界面接受用戶指令，系統(tǒng)通過遠距離CCD視覺傳感器實時監(jiān)測焊機位置和操作區(qū)域，通過用戶鼠標點擊目標位置即可實現(xiàn)焊機快速移動，當焊機到達目標位置后，近距離用于識別焊點的CCD視覺傳感器工作，系統(tǒng)根據(jù)焊點圖像識別算法給出的空間坐標進行二次移動定位，精確定位焊點，進行后續(xù)的焊接操作。\n[0037] 本方案還可應(yīng)用于其它需要大范圍快速精確定位的工業(yè)領(lǐng)域中。\n[0038] 由此，與在先技術(shù)相比，本發(fā)明提供的方案具有下列優(yōu)點：\n[0039] 1、能夠?qū)崿F(xiàn)6*4.5m大范圍的精確移動控制，控制精度達到0.1mm。\n[0040] 2、控制系統(tǒng)采用用戶鼠標點擊屏幕操作選取焊接目標位置，避免了手工輸入位置參數(shù)，尤其適用于焊接目標位置相對不固定、隨意性較大的工業(yè)場合。\n附圖說明\n[0041] 以下結(jié)合附圖和具體實施方式來進一步說明本發(fā)明。\n[0042] 圖1是本發(fā)明采用的焊機移動智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；\n[0043] 圖2是本發(fā)明采用的焊機移動智能控制系統(tǒng)控制方法流程圖。\n具體實施方式\n[0044] 為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。\n[0045] 參見圖1，其所示為本發(fā)明提供的焊機移動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。由圖可知，該控制系統(tǒng)主要由控制主機1、運動控制卡2、電機驅(qū)動器3、伺服電機4、數(shù)字量板卡5、光源6、AD板卡7、限位開關(guān)8、第一CCD視覺傳感器9和第二CCD視覺傳感器10以及軌道(圖中未示出)配合組成。\n[0046] 其中，軌道為焊機移動提供移動路徑，其相對于待焊接區(qū)域分布，為焊機提供縱向和橫向的移動路徑。\n[0047] 限位開關(guān)8為對射式光電傳感器，其設(shè)置在軌道邊界，對焊機的移動軌跡進行限位。當焊機移動至軌道邊界，遮擋住光電傳感器的對射光線時，限位開關(guān)發(fā)出信號，信號通過AD板卡送入主控計算機，計算機發(fā)出命令停止焊機移動。\n[0048] AD板卡7，用于采集系統(tǒng)各類限位傳感器信號，其具體與限位開關(guān)8相接，AD板卡采用PCI總線方式與主控計算機通信。\n[0049] 第一CCD視覺傳感器9，其為遠距離CCD視覺傳感器，具體采用康耐視工業(yè)相機。該第一CCD視覺傳感器9主要用于實時監(jiān)測焊機位置和操作區(qū)域，對電機移動的位置進行粗定位，其具體位于焊接工作區(qū)域前方3.5m，且其視場可以涵蓋整個6*4.5m焊接工作區(qū)域，且第一CCD視覺傳感器采用以太網(wǎng)傳輸圖像數(shù)據(jù)至控制主機并顯示在主機顯示器屏幕上。\n[0050] 第二CCD視覺傳感器10，其為近距離CCD視覺傳感器，具體采用康耐視工業(yè)相機。第二CCD視覺傳感器10主要用于識別焊點，對焊點位置進行精確定位，其具體連同光源6設(shè)置在焊機上，并隨焊機一起沿軌道移動。第二CCD視覺傳感器采用以太網(wǎng)傳輸圖像數(shù)據(jù)至控制主機并顯示在主機顯示器屏幕上。\n[0051] 光源6配合第二CCD視覺傳感器工作，采用側(cè)面光源，突出焊線及焊點的邊緣特征，保證第二CCD視覺傳感器拍攝質(zhì)量。\n[0052] 數(shù)字量板卡5，其連接光源6的控制端，在第二CCD視覺傳感器工作同時數(shù)字量板卡\n5發(fā)出信號，控制光源6開啟。\n[0053] 伺服電機4，與焊機相連接，控制焊機在導軌上移動，伺服電機4通過電機驅(qū)動器3來控制。\n[0054] 電機驅(qū)動器3，其控制連接伺服電機4，驅(qū)動伺服電機4工作。\n[0055] 運動控制卡2，主控計算機通過運動控制卡2控制電機驅(qū)動器3，進而進一步控制焊機移動。\n[0056] 控制主機1為本系統(tǒng)的控制核心，其由計算機以及安置在計算機中的控制系統(tǒng)軟件構(gòu)成，采用人機操作界面接受用戶指令，計算機為工業(yè)控制計算機。該控制主機1通過以太網(wǎng)卡控制兩個CCD視覺傳感器、通過運動控制卡2控制伺服電機驅(qū)動器，通過數(shù)字量板卡5控制光源，通過AD板卡7采集系統(tǒng)各類限位傳感器信號，并通過RS-232串口控制連接焊機\n11。\n[0057] 控制主機1首先啟動第一CCD視覺傳感器，通過用戶鼠標操作選擇目標焊片，驅(qū)動伺服電機4將焊機移動至目標焊片區(qū)域，光源和第二CCD視覺傳感器安裝于焊機上部，隨焊機一起移動，當焊機到達目標焊片區(qū)域后，控制主機1啟動光源和第二CCD視覺傳感器工作，系統(tǒng)通過第二CCD視覺傳感器拍攝的圖像計算焊點的精確空間位置，驅(qū)動電機移動焊機至焊點位置進行焊接工作。\n[0058] 參見圖2，其所示為基于上述焊機移動控制系統(tǒng)對焊機進行精確、自動化控制的過程。由圖可知整個控制過程如下：\n[0059] 1)系統(tǒng)復(fù)位，系統(tǒng)自檢。\n[0060] 2)控制主機控制第一CCD視覺傳感器工作，顯示全部焊接工作區(qū)域。\n[0061] 第一CCD視覺傳感器位于焊接工作區(qū)域前方3.5m，其視場可以涵蓋整個6*4.5m焊接工作區(qū)域，第一CCD視覺傳感器通過以太網(wǎng)傳輸圖像數(shù)據(jù)至控制主機并顯示在主機顯示器屏幕上。\n[0062] 3)用戶通過鼠標點擊計算機屏幕上的目標焊片位置。\n[0063] 該步驟中，用戶控制鼠標在顯示全部焊接工作區(qū)域的計算機屏幕上移動，通過點擊鼠標左鍵，控制主機通過捕捉鼠標位置來選擇目標焊片位置。\n[0064] 4)校正第一CCD視覺傳感器鏡頭畸變，計算焊片位置的空間坐標1。\n[0065] 由于第一CCD視覺傳感器距離拍攝目標3.5m,要在6*4.5m焊接工作區(qū)域較準確地定位目標焊片的空間位置，CCD視覺傳感器光學鏡頭畸變不可忽略，在進行鏡頭畸變校正時，具體可采用網(wǎng)格標定方法。6*4.5m焊接工作區(qū)域的左上角設(shè)置為空間坐標原點，該空間坐標1通過系統(tǒng)捕捉的屏幕鼠標點擊位置與空間坐標原點的相對位置計算而得到。\n[0066] 5)控制主機通過圖像識別算法1計算焊機移動前的空間位置坐標2。\n[0067] 該步驟通過圖形匹配的方法定位焊機在移動前的空間位置坐標2，由于6*4.5m焊接工作區(qū)域的左上角設(shè)置為空間坐標原點，該空間位置坐標2通過圖形匹配方法得到的焊機在圖像中當前位置與空間坐標原點的相對位置計算而得到。\n[0068] 6)控制主機根據(jù)目標位置空間坐標1和焊機空間位置坐標2計算電機移動距離和方向。\n[0069] 7)控制主機根據(jù)步驟6)中確定的電機移動距離和方向控制電機驅(qū)動器驅(qū)動電機運動到達目標位置；\n[0070] 8)在電機達到目標位置后，控制主機通過數(shù)字量板卡控制光源開啟，同時控制第二CCD視覺傳感器工作，顯示焊點圖像。\n[0071] 該步驟中，光源6配合第二CCD視覺傳感器工作，采用側(cè)面光源，突出焊線及焊點的邊緣特征，保證第二CCD視覺傳感器拍攝質(zhì)量。\n[0072] 第二CCD視覺傳感器距離拍攝目標5cm，通過以太網(wǎng)傳輸圖像數(shù)據(jù)至控制主機并顯示在主機顯示器屏幕上。\n[0073] 9)控制主機通過圖像識別算法2計算出焊點的空間位置坐標3。\n[0074] 該步驟中采用的數(shù)字圖像識別算法2包括圖像預(yù)處理、邊緣提取和特征匹配算法，由于焊點位于焊片上焊線撥線處上方2mm處，通過邊緣提取和特征匹配可以得到提取焊線撥線處在圖像中的位置，通過添加固定偏移量的方法換算為焊點在當前圖像中的空間位置坐標3。\n[0075] 10)控制主機根據(jù)焊點空間位置坐標3和焊機空間位置坐標4(固定參數(shù))計算電機移動的距離和方向；\n[0076] 這里的焊機空間位置坐標4為焊機中心至第二CCD視覺傳感器光學鏡頭中心的相對距離。\n[0077] 11)控制主機控制電機驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機運動，伺服電機將驅(qū)動焊機到達焊點位置。\n[0078] 伺服電機的控制精度達到1微米，可以保證焊機準確到達目標焊點位置。\n[0079] 12)控制主機焊機進行焊接工作；\n[0080] 13)通過用戶對話框方式詢問檢測焊點是否全部完成，是則轉(zhuǎn)步驟14)，否則根據(jù)焊片間距(固定參數(shù)，在軟件界面上可設(shè)置)，轉(zhuǎn)步驟7)；\n[0081] 14)結(jié)束。\n[0082] 由上可知，本方案采用人機操作界面接受用戶指令，首先，通過遠距離CCD視覺傳感器實時監(jiān)測焊機位置和操作區(qū)域，通過用戶鼠標點擊目標焊片位置即可實現(xiàn)焊機快速移動，當焊機到達焊片位置后，近距離用于識別焊點的CCD視覺傳感器2工作，再根據(jù)焊點圖像識別算法給出的空間坐標進行二次移動定位，精確定位焊點，進行后續(xù)的焊接操作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)6*4.5m大范圍的精確移動控制，控制精度達到0.1mm，并整個控制過程操作簡便，效率高\n[0083] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。