一种焊接外形质量检测机器人及其检测方法技术

本发明专利技术公开了一种焊接外形质量检测机器人及其检测方法，包括焊接检测机器人单元、控制柜和夹持工装；焊接检测机器人单元，携带激光主动视觉组件和超声信号检测组件对待测工件内外表面质量进行自主识别检测；控制柜，将焊接检测机器人单元检测的信息进行图像、超声信号处理，生成焊缝质量检测报告并控制焊接检测机器人运动；夹持工装，对待测工件进行装夹。本发明专利技术提高了焊接工件检测的柔性、准确度和检测效率，大大提高了漏检率。

A robot for welding shape quality inspection and its inspection method

The invention discloses a welding appearance quality detection robot and its detection method, including a welding detection robot unit, a control cabinet and a clamping tool; a welding detection robot unit, which carries a laser active vision component and an ultrasonic signal detection component to independently identify and detect the internal and external surface quality of the workpiece to be tested; a control cabinet, which advances the detection information of the welding detection robot unit Image processing and ultrasonic signal processing are carried out to generate weld quality inspection report and control the movement of welding inspection robot; the tooling is clamped and the workpiece to be tested is clamped. The invention improves the flexibility, accuracy and detection efficiency of welding workpiece detection, and greatly improves the rate of missed detection.

【技术实现步骤摘要】
一种焊接外形质量检测机器人及其检测方法
本专利技术属于焊接检测机器人
，具体涉及一种焊接外形质量检测机器人及其检测方法。
技术介绍
随着焊接自动化的应用，焊缝内外部质量检测在工艺环节中起到越来越重要的作用。目前，焊缝内部质量检测主要依靠工人通过X光、超声波、涡电流等辅助设备进行检测，并且需要人工对缺陷进行标记，外部质量检测主要靠人工检测。但是该检测方法存在人工随意性强、漏检率偏高、设备成本高、检测效率低、检测准确度不高等缺陷，会给企业运营带来较大负担，严重的会影响公司产品的声誉。因此，研制一种高准确度、高效率、高柔性的外形质量检测机器人，对焊接检测机器人行业具有重要意义。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种焊接外形质量检测机器人及其检测方法，该检测机器人具有高准确度、高效率、高柔性的特点。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。本专利技术提供一种焊接外形质量检测检测机器人，包括焊接检测机器人单元、控制柜和夹持工装，其中：焊接检测机器人单元，携带激光主动视觉组件和超声信号检测组件对待测工件内外表面质量进行自主识别检测；控制柜，将焊接检测机器人单元检测的信息进行图像、超声信号处理，生成焊缝质量检测报告并控制焊接检测机器人运动；夹持工装，对待测工件进行装夹。对于上述技术方案，本专利技术还有进一步优选的方案：进一步，所述激光主动视觉组件主动投射激光条纹至待测工件焊缝处，通过焊接检测机器人机械臂带动所述激光主动视觉组件沿焊缝方向推扫获取焊缝图像，实现对工件外观的识别检测；所述超声信号检测组件通过焊接检测机器人机械臂带动超声探头推扫工件，进而接收超声信号处理单元接收信号并进行处理，实现对工件内部多种质量缺陷进行检测。进一步，所述焊接检测机器人单元包括焊接检测机器人底座，固定在焊接检测机器人底座上的焊接检测机器人，超声信号检测组件和激光主动视觉组件固定在焊接检测机器人末端；控制柜与焊接检测机器人连接。进一步，所述超声信号检测组件包括超声探头和超声信号处理单元，超声探头用于检测待测工件内部信息，并将检测信息转换后传递给超声信号处理单元。进一步，所述超声信号处理单元包括依次连接的超声接收单元、高频滤波器、放大器、A/D转换电路、时基电路、同步电路和超声发射单元；A/D转换电路上连接CPU；超声接收单元接收到超声探头处理的信号后，通过高频滤波器、放大器、A/D转换电路将信号传递至CPU中心，CPU通过时基电路和同步电路最终将信号传递给超声发射单元。进一步，所述激光主动视觉组件包括线激光器、图像采集单元、镜头和滤光片，所述线激光器为一字线激光器；所述线激光器激光投射面和图像采集单元光轴呈一定夹角，使得线激光器激光条纹投射至待测工件表面在图像采集单元像面的中心位置。本专利技术进而给出了一种焊接外形质量检测机器人的检测方法，包括如下步骤：步骤1，将焊接完成的待测工件夹紧固定于工作台上，在控制柜中导入待测工件三维模型或者实测标准模型：用三维模型直接导入三维图，实测标准模型用设备将接近标准模型的工件进行实际推扫测绘形成模型后导入；步骤2，控制柜控制焊接检测机器人按照规划的运动轨迹带动激光主动视觉组件沿待测工件焊缝方向推扫，获取待测工件图像信息，通过图像处理技术校正焊接检测机器人运动路径并下发至焊接检测机器人控制系统，同时，焊接检测机器人控制系统获取焊缝外部图像信息，在三维模型或者实测标准模型上对缺陷位置进行标记，同时输出焊缝缺陷超差位置信息；步骤3，同时超声信号检测组件开始检测，焊接检测机器人按照校正的运动路径带超声探头探伤焊缝，超声信号处理单元处理超声探头信号并解算焊缝是否存在内部缺陷，将内外部质量检测信息合并后上传至控制柜；步骤4，控制柜接收质量内部检测组件的解算结果，将结果以图形界面形式在三维模型或者实测标准模型上标注内部质量缺陷位置，根据实际需要生成质量检测报告。进一步，所述步骤2中，通过图像处理技术校正焊接检测机器人运动路径并得到焊缝的外部质量信息，包括如下步骤：21)激光主动视觉组件对采集到的工件的图像信息进行滤波处理，图像分辨率为2560px×2048px，设置获取感兴趣区域，感兴趣区域为图像中心区域1024px×512px；22)对感兴趣区域的图像进行去除弧光、飞溅干扰操作；23)对激光线进行细化，并利用海森矩阵提取激光线中心线像素坐标；24)利用相机坐标系下激光投射面方程：Ax+By+Cz+D＝0和激光中心线像素坐标，解算出激光线中心线的三维坐标；25)对激光线三维坐标数据集无效点进行插补，并对插补点进行特殊标记；26)控制焊接机器人推扫，生成三维点云数据；27)对三维点云进行处理，从三维点云中提取出焊缝；28)对焊缝三维点云进行处理，根据国标所述焊脚、余高标准对焊缝质量进行评测；29)根据评测结果，对质量缺陷位置进行标记，同时输出焊缝缺陷超差位置信息，同时给出缺陷的类型；210)对焊接质量评测结果进行统计并形成报告输出；211)根据质量检测结果，对不合格处进行标记并引导焊接机器人进行自动补焊。进一步，所述步骤27)中，对三维点云处理采用PCL中pcl_feature库提供的特征描述与特征提取，具体过程如下：271)在三维点云数据中定义焊缝特征向量，包括形状描述子和几何特征描述子；272)计算点云数据中某一点的表面法线：利用kd-tree查询，使用半径在改点周围3mm范围内所有临近元素计算特征值，最小二乘法平面拟合确定改点的表面法线；273)利用点云数据的表面法线计算特征直方图描述子：对于每一个查询点使用半径在5mm范围内的邻元素计算特征直方图描述子，此处使用的查询半径应大于计算表面法线的搜索半径；274)利用特征直方图描述子提取定义的焊缝；275)对提取的焊缝利用最小二乘法进行拟合。进一步，所述步骤28)具体算法如下：281)将所述点云与标准点云基于提取出的焊缝，分别进行特征匹配对序列计算；282)根据特征匹配对序列进行计算两组点云的刚体变换矩阵；283)对所述三维点云进行刚体变换，按照阈值筛选超差的区域，并对超差的区域进行标注；284)对超差的区域的点云进行交线拟合，拟合出焊脚、余高所在平面；285)根据定义，对超差的区域进行包括凹坑、焊瘤分类；286)并对不合格位置进行记录，并在焊接质量报告中注明；287)对焊接点位焊脚、余高不足和需要补焊的位置，计算补焊位置和焊接宽度；288)输出补焊坐标并生成包括待测工件内部和外部质量信息焊接质量报告。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：1.本专利技术由于采用焊接检测机器人末端携带激光主动视觉组件和超声信号检测组件的方式，解决了工人对焊接质量检测的主观影响，大大提高了漏检率。2.本专利技术由于采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接外形质量检测机器人，其特征在于，包括焊接检测机器人单元、控制柜(7)和夹持工装(1)，其中：/n焊接检测机器人单元，携带激光主动视觉组件(5)和超声信号检测组件(4)对待测工件(6)内外表面质量进行自主识别检测；/n控制柜(7)，将焊接检测机器人单元检测的信息进行图像、超声信号处理，生成焊缝质量检测报告并控制焊接检测机器人(3)运动；/n夹持工装(1)，对待测工件进行装夹。/n

【技术特征摘要】
1.一种焊接外形质量检测机器人，其特征在于，包括焊接检测机器人单元、控制柜(7)和夹持工装(1)，其中：
焊接检测机器人单元，携带激光主动视觉组件(5)和超声信号检测组件(4)对待测工件(6)内外表面质量进行自主识别检测；
控制柜(7)，将焊接检测机器人单元检测的信息进行图像、超声信号处理，生成焊缝质量检测报告并控制焊接检测机器人(3)运动；
夹持工装(1)，对待测工件进行装夹。


2.根据权利要求1所述的一种焊接外形质量检测机器人，其特征在于，所述激光主动视觉组件(5)主动投射激光条纹至待测工件(1)焊缝处，通过焊接检测机器人(3)机械臂带动所述激光主动视觉组件(5)沿焊缝方向推扫获取焊缝图像，实现对工件外观的识别检测；
所述超声信号检测组件(4)通过焊接检测机器人(3)机械臂带动超声探头推扫工件，进而接收超声信号处理单元接收信号并进行处理，实现对工件内部多种质量缺陷进行检测。


3.根据权利要求1所述的一种焊接外形质量检测机器人，其特征在于，所述焊接检测机器人单元包括焊接检测机器人底座(2)，固定在焊接检测机器人底座(2)上的焊接检测机器人(3)，超声信号检测组件(4)和激光主动视觉组件(5)固定在焊接检测机器人(3)末端；控制柜(7)与焊接检测机器人(3)连接。


4.根据权利要求1所述的一种焊接外形质量检测机器人，其特征在于，所述超声信号检测组件(4)包括超声探头和超声信号处理单元，超声探头用于检测待测工件(6)内部信息，并将检测信息转换后传递给超声信号处理单元。


5.根据权利要求4所述的一种焊接外形质量检测机器人，其特征在于，所述超声信号处理单元包括依次连接的超声接收单元、高频滤波器、放大器、A/D转换电路、时基电路、同步电路和超声发射单元；A/D转换电路上连接CPU；超声接收单元接收到超声探头处理的信号后，通过高频滤波器、放大器、A/D转换电路将信号传递至CPU中心，CPU通过时基电路和同步电路最终将信号传递给超声发射单元。


6.根据权利要求1所述的一种焊接外形质量检测机器人，其特征在于，所述激光主动视觉组件包括线激光器、图像采集单元、镜头和滤光片，所述线激光器为一字线激光器；所述线激光器激光投射面和图像采集单元光轴呈一定夹角，使得线激光器激光条纹投射至待测工件表面在图像采集单元像面的中心位置。


7.一种权利要求1-6任一项所述的焊接外形质量检测机器人的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将焊接完成的待测工件夹紧固定于工作台上，在控制柜中导入待测工件三维模型或者实测标准模型；
步骤2，控制柜控制焊接检测机器人按照规划的运动轨迹带动激光主动视觉组件沿待测工件焊缝方向推扫，获取待测工件图像信息，通过图像处理技术校正焊接检测机器人运动路径并下发至焊接检测机器人控制系统，同时，焊接检测机器人控制系统获取焊缝外部图像信息，在三维模型或者实测标准模型上对缺陷位置进行标记，同时输出焊缝缺陷超差位置信息；
步骤3，同时超声信号检测组件开始检测，焊接检测机器人按照校正的运动路径带超声探头探伤焊缝，超声信号处理单元处理超声探头信号并解算焊缝是否存在内部缺陷，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓进，王汉晨，吴易明，于龙飞，靳亚丽，摆冬冬，董林佳，黄荣，
申请(专利权)人：西安中科光电精密工程有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61