本实用新型专利技术公开了一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器,包括被动立体视觉组件、激光主动立体视觉组件和嵌入式图像处理电路,所述被动立体视觉组件和激光主动立体视觉组件分别与嵌入式图像处理电路相连,嵌入式图像处理电路连接至焊接机器人系统。本实用新型专利技术通过主动激光立体视觉弥补被动立体视觉环境适应性差的不足,提升焊缝定位精度,解决激光主动立体视觉传感器需人工示教焊缝起点以及基于先验信息工作的问题。
3D vision sensor for seam tracking based on embedded platform
【技术实现步骤摘要】
基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器
本技术属于焊接机器人
,具体涉及一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器。
技术介绍
焊接技术是工业生产中非常重要的一项工艺,在多个领域具有广泛应用。焊接机器人由于具有可重复、可编程和精度高等优点而被广泛地应用于焊接领域,从而极大地提高了焊接效率和焊接质量。但是现有的焊接机器人一般为“示教再现”型机器人,即需要人工参与耗时冗长的标校工作,该类焊接机器人缺乏“柔性”。因此,为了提高焊接的柔性程度,可以采用传感器来获取待焊接工件的焊缝信息。在众多传感器中,视觉传感方式由于具有非接触、高精度和信息量大等优点而被广泛应用。所以,设计合理、高效的视觉传感器在提高机器人焊接的自动化水平上显得尤为重要。目前,国内外研究比较成熟的焊缝传感器为激光主动立体视觉传感器,具有焊缝寻位和跟踪功能,此类传感器主要缺陷如下:1)工作的前提是焊缝在传感器视场范围内,传感器安装于机器人机械臂上后,需要人工操作机器人将机械臂引导至传感器视场范围内,因此此类传感器集成于焊接机器人后需人工参与引导,无法自动在大范围内搜索焊缝位置,即容差能力弱,无法适应焊接场景常见的下料、组对和装夹偏差;2)传感器焊缝信息提取多基于PC平台进行,具有环境适应性差、功耗和体积大缺点。因此,研制功能强大、适应工业现场使用的焊缝传感器具有重大意义。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷,本技术的目的在于提供一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器。该传感器集成于焊接机器人系统后,可减少当前焊接机器人领域人工参与程度,提高焊接效率和自动化程度。本技术是通过下述技术方案来实现的。一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器,包括被动立体视觉组件、激光主动立体视觉组件和嵌入式图像处理电路,所述被动立体视觉组件和激光主动立体视觉组件分别与嵌入式图像处理电路相连,嵌入式图像处理电路连接至焊接机器人系统。优选的,所述激光主动立体视觉组件包括激光器和主动立体视觉相机;所述主动立体视觉相机前端设有镜头和窄带滤光片;所述激光器相对于主动立体视觉相机呈一定角度α设置。优选的,所述激光器为一字线激光器。优选的,所述被动立体视觉组件包括至少一对图像采集单元Ⅰ、Ⅱ;一对图像采集单元呈25-30°角度设置。优选的,所述图像采集单元Ⅰ、Ⅱ和激光主动立体视觉组件的主动立体视觉相机为工业相机或CCD/CMOS传感器组成的图像采集电路;所述CCD/CMOS传感器组成的图像采集电路包括依次连接的CCD/CMOS传感器、传感器信号接收电路、信号解析电路和通讯接口电路,电源电路连接CCD/CMOS传感器、传感器信号接收电路、信号解析电路和通讯接口电路。优选的,所述激光主动立体视觉组件的测量视场较被动立体视觉组件小,激光主动立体视觉组件的长度方向视场覆盖局部焊缝长度,宽度方向视场若为V型焊缝需完全覆盖;若为其它类型焊缝需覆盖焊缝拐点并留有余量。优选的,所述嵌入式图像处理电路包括ARM+FPGA架构处理器,所述ARM+FPGA架构处理器分别连接DDR存储电路、FLASH存储电路、时钟电路、网口通讯电路、USB通讯电路、JTAG下载电路、电源接口和通讯接口,电源转换电路与所述图像处理电路的各个组成电路连接。优选的,所述ARM+FPGA架构的嵌入式处理平台为XilinxZYNQ7000、Ultrascale+系列ZYNQ平台、ARM+FPGA组合嵌入式平台或ARM+DSP+FPGA组合嵌入式平台。本技术由于采取以上技术方案,其具有以下有益效果:1.本技术通过采用被动立体视觉和主动立体视觉相结合的方式,主动激光立体视觉弥补被动立体视觉环境适应性差的不足,同时发挥被动立体视觉可在大视场范围内搜索焊缝目标的优势,在被动立体视觉焊缝定位的基础上进一步提升焊缝定位精度。2.本技术中的被动立体视觉组件的解算结果可为激光主动立体视觉提供焊缝起始位置先验信息,解决激光主动立体视觉传感器工作需人工示教焊缝起点以及基于先验信息工作的问题。3.本技术的图像处理电路核心为嵌入式平台,无需单独配备工业计算机,提升系统的环境适应性,并减小体积和功耗。4.本技术的嵌入式图像处理平台选用ARM+FPGA架构进行图像处理,可充分发挥ARM和FPGA的优势,在ARM上移植linux操作系统可调用OpenCv机器视觉库开发图像处理算法,利用FPGA多任务并行处理能力处理图像提升图像处理速度,满足焊接领域中焊缝在线跟踪的实时性要求。5.本技术的3D视觉传感器输出可直接通过以太网口与焊接机器人控制系统通信,引导焊接机器人执行焊接任务,无需经过工控机转接,从而简化焊接机器人集成系统复杂度。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本技术的不当限定,在附图中:图1为以双目被动立体视觉组件为例,本技术所涉及的基于嵌入式平台的智能焊缝寻位跟踪3D传感器的组成示意图;图2为以双目被动立体视觉组件为例,本技术所涉及的基于嵌入式平台的智能焊缝寻位跟踪3D传感器的结构示意图;图3为CCD/CMOS传感器组成的图像采集电路组成;图4为嵌入式图像处理电路组成框图;图5为本技术基于嵌入式平台的智能焊缝寻位跟踪3D传感器的操作流程。图中:1、图像采集单元Ⅰ;2、图像采集单元Ⅱ;3、激光器;4、主动立体视觉相机;5、镜头Ⅰ;6、镜头Ⅱ;7、镜头Ⅲ;8、滤光片;9、嵌入式图像处理电路。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本技术,在此本技术的示意性实施例以及说明用来解释本技术,但并不作为对本技术的限定。如图1、图2所示,本技术一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器包括:包括被动立体视觉组件、激光主动立体视觉组件和嵌入式图像处理电路,所述被动立体视觉组件和激光主动立体视觉组件分别与嵌入式图像处理电路相连,嵌入式图像处理电路连接至焊接机器人系统。其中,被动立体视觉组件,在覆盖整个工件范围内获取工件图像信息,并将工件图像信息输入至嵌入式图像处理电路。激光主动立体视觉组件,在工件焊缝范围内获取焊缝图像信息,并将工件焊缝图像信息输入至嵌入式图像处理电路。嵌入式图像处理电路,根据被动立体视觉组件的图像信息得到焊缝大致位置,进而引导焊接机器人运动至焊缝附近;根据激光主动立体视觉组件的焊缝图像信息解算获得寻位模式下焊缝的精确位置和跟踪模式下焊缝的实时位置信息,并传输至焊接机器人控制系统。如图2所示,被动立体视觉组件包括至少一对被动立体视觉图像采集单元Ⅰ1、Ⅱ2,被动立体视觉图像采集单元Ⅰ1、Ⅱ2上分别设有光学镜头Ⅰ5、Ⅱ6;一对被动立体视觉图像采集单元呈一定夹角δ布置。被动立体视觉组件中的图像采集单元参数相同,光学镜头Ⅰ5、Ⅱ6参数相同,分别安装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器,其特征在于,包括被动立体视觉组件、激光主动立体视觉组件和嵌入式图像处理电路,所述被动立体视觉组件和激光主动立体视觉组件分别与嵌入式图像处理电路相连,嵌入式图像处理电路连接至焊接机器人系统。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器,其特征在于,包括被动立体视觉组件、激光主动立体视觉组件和嵌入式图像处理电路,所述被动立体视觉组件和激光主动立体视觉组件分别与嵌入式图像处理电路相连,嵌入式图像处理电路连接至焊接机器人系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器,其特征在于,所述激光主动立体视觉组件包括激光器和主动立体视觉相机;所述主动立体视觉相机前端设有镜头和窄带滤光片;所述激光器相对于主动立体视觉相机呈25-30°角度设置。
3.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器,其特征在于,所述激光器为一字线激光器。
4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器,其特征在于,所述被动立体视觉组件包括至少一对图像采集单元Ⅰ、Ⅱ;一对图像采集单元呈一定夹角δ布置。
5.根据权利要求4所述的一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器,其特征在于,所述图像采集单元Ⅰ、Ⅱ和激光主动立体视觉组件的主动立体视觉相机为工业相机或CCD/CMOS传感器组成的图像采集电路;所述CCD/CMOS传感器组成的图像采集电路包括依次连...
【专利技术属性】
技术研发人员:靳亚丽,赵晓进,摆冬冬,吴易明,董林佳,王汉晨,黄荣,陈武强,
申请(专利权)人:西安中科光电精密工程有限公司,
类型:新型
国别省市:陕西;61
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