一种基于视觉识别的多功能焊件处理装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及焊接机器人领域，尤其是一种基于视觉识别的多功能焊件处理装置及控制方法。本发明专利技术提供的装置包括：切换装置、焊前清理装置、焊接装置和焊后处理装置；切换装置包括壳体、图像采集装置、STM32F4xx系列微处理器；壳体三个侧壁的内侧面分别设置有齿轮齿条啮合传动装置，切换装置还包括穿设在三个侧壁上的限位槽内的第二法兰，第二法兰的一端与齿条固定连接，另一端与焊前清理装置、焊接装置或焊后处理装置连接。微处理器用于对图像采集装置采集到的焊件当前状态图像基于训练好的卷积神经网络模型进行处理，得到其当前工序状态并向传动装置发出控制指令，实现焊前清理装置、焊接装置和焊后处理装置三个工作部件之间的自动切换。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉识别的多功能焊件处理装置及控制方法
本专利技术涉及焊接机器人领域，尤其是一种基于视觉识别的多功能焊件处理装置及控制方法。
技术介绍
焊接是重要的基础制造技术，是机械加工业不可缺少的技术手段。在工业生产中，特别是在船舶焊接这样需要大量采取焊接作业的场合，除去焊接过程，还需要焊前处理、焊后应力消除等机械加工技术手段。目前的焊接作业一般采取多个单一功能机械臂实现多功能作业，或者在机械臂的最后一个轴的连接法兰处接装不同设备来实现机器人的多功能转换。前者的操作繁复，工业生产成本过高，会造成设备维护难度增大，占用生产场地等问题。后者转换设备耗时过长，工序、工时增加，工业生产效率过低。传统焊件处理设备只具有单一功能，而在同一机械臂上无法实现多项功能。市场亟需能够在单一机械臂上实现焊前打磨、焊接、焊后应力处理等完整工序并具有自动转换功能的焊接机器人。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于视觉识别的多功能焊件处理装置及控制方法，以解决了当前市场上焊件处理装置效率低下、功能单一、且无法自动切换的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于视觉识别的多功能焊件处理切换装置，包括：切换装置、焊前清理装置、焊接装置和焊后处理装置；所述切换装置包括壳体、图像采集装置和控制装置；所述壳体为具有两个端面的中空三棱柱体，所述壳体的顶端端面设置有用于与机械臂连接的第一法兰，所述壳体的三个侧壁的内侧面分别设置有传动装置；所述传动装置包括升降齿条和与所述升降齿条啮合的齿轮组，所述齿轮组包括传动齿轮和至少一个从动齿轮，所述传动齿轮和从动齿轮均通过轴承固定连接在所述主体侧壁的内侧面上，所述传动齿轮设置在所述升降齿条的一侧，至少一个所述从动齿轮设置在所述升降齿条的另一侧，所述传动齿轮与驱动单元包含的驱动电机主轴固定连接；所述升降齿条上固定设置有第二法兰；所述壳体的三个侧壁上与各个所述升降齿条对应的位置分别开设有供所述第二法兰沿所述升降齿条延伸方向往复运动的限位槽；所述焊前清理装置、焊接装置、焊后处理装置分别从所述壳体的外部与各个所述第二法兰连接；所述图像采集装置设置在所述壳体的底端端面，用于采集待处理焊件的当前状态图像；所述控制装置为STM32F4xx系列的微处理器；所述微处理器与所述图像采集装置相连，用于对所述当前状态图像进行处理，得到所述待处理焊件的当前工序状态数据；所述微处理器与各个所述驱动单元相连，用于根据所述待处理焊件的当前工序状态数据向各个所述驱动单元发送控制指令。进一步的，所述齿轮组包括传动齿轮和三个从动齿轮，所述传动齿轮和一个从动齿轮设置在所述升降齿条的一侧，另外两个从动齿轮设置在所述升降齿条的另一侧。进一步的，所述图像采集装置包括工业用摄像头和设置在所述工业用摄像头外部的防护罩。本专利技术还提供了一种上述多功能焊件处理装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：图像采集装置采集待处理焊件的当前状态图像，并将所述当前状态图像发送给微处理器，微处理器对所述当前状态图像基于训练好的卷积神经网络模型进行图像处理和工序识别，得到所述待处理焊件的当前工序状态，所述待处理焊件的当前工序状态为焊前工序状态、焊中工序状态和焊后工序状态中的一种；S2：若所述待处理焊件的工序状态为焊前工序状态，则微处理器控制所述焊前清理装置下降并开始工作直至所述待处理焊件的工序状态发生改变，然后控制所述焊前清理装置复位；若所述待处理焊件的工序状态为焊中状态，则微处理器控制所述焊接装置下降并开始工作直至所述待处理焊件的工序状态发生改变，然后控制所述焊接装置复位；若所述待处理焊件的工序状态为焊后状态，则微处理器控制所述焊后处理装置下降并开始工作直至所述待处理焊件的工序状态发生改变，然后控制所述焊后处理装置复位；S3：重复S2。进一步的，所述控制所述焊前清理装置下降并开始工作直至所述待处理焊件的工序状态发生改变，然后控制所述焊前清理装置复位，具体为：所述微处理器控制所述焊前清理装置对应的驱动单元驱动传动齿轮带动升降齿条下降，进而通过所述升降齿条上的第二法兰带动所述焊前清理装置下降到工作位，同时启动所述焊前清理装置对待处理焊件进行焊缝打磨作业；当所述待处理焊件的工序状态发生改变时，所述微处理器控制所述焊前清理装置停止工作，然后控制所述焊前清理装置对应的驱动单元驱动传动齿轮带动升降齿条上升，进而通过所述升降齿条上的第二法兰带动所述焊前清理装置回复到初始位置。进一步的，所述控制所述焊接装置下降并开始工作直至所述待处理焊件的工序状态发生改变，然后控制所述焊接装置复位，具体为：所述微处理器控制所述焊接装置对应的驱动单元驱动传动齿轮带动升降齿条下降，进而通过所述升降齿条上的第二法兰带动所述焊接装置下降到工作位，同时启动所述焊接装置对待处理焊件进行焊接作业；当所述待处理焊件的工序状态发生改变时，所述微处理器控制所述焊接装置停止工作，然后控制所述焊接装置对应的驱动单元驱动传动齿轮带动升降齿条上升，进而通过所述升降齿条上的第二法兰带动所述焊接装置回复到初始位置。进一步的，所述控制所述焊后处理装置下降并开始工作直至所述待处理焊件的工序状态发生改变，然后控制所述焊后处理装置复位，具体为：所述微处理器控制所述焊后处理装置对应的驱动单元驱动传动齿轮带动升降齿条下降，进而通过所述升降齿条上的第二法兰带动所述焊后处理装置下降到工作位，同时启动所述焊接装置对待处理焊件进行焊后处理作业；当所述待处理焊件的工序状态发生改变时，所述微处理器控制所述焊后处理装置停止工作，然后控制所述焊后处理装置对应的驱动单元驱动传动齿轮带动升降齿条上升，进而通过所述升降齿条上的第二法兰带动所述焊后处理装置回复到初始位置。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)本专利技术将焊前清理装置、焊接装置、焊后处理装置活动设置在一个形状为中空三棱柱体的壳体的三个侧面上，壳体通过法兰与机械臂连接，焊前清理装置、焊接装置、焊后处理装置分别通过设置在壳体内部的传动装置驱动上下往复运动进行相应工序的处理及不同工序间的切换，实现单一机械臂的多功能作业，结构简便紧凑，切换高效。2)本专利技术通过采集待处理焊件图像，并对图像进行归一化标准化处理后，通过卷积神经网络模型智能精确识别不同工序，并根据识别结果对焊前清理装置、焊接装置和焊后处理装置进行控制，实现了焊前、焊中及焊后处理一体化装置多设备的高效切换。解决了当前市场上焊接机器效率低下、功能单一、且无法自动切换设备的难题。附图说明图1为本专利技术实施例提供的多功能焊件处理装置中的切换装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的多功能焊件处理装置中的传动装置结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的多功能焊件处理装置的俯视图；其中，附图标记为：1、壳体；2、第一法兰；3、图像采集装置；4、升降齿条；5、传动齿轮；6、从动齿轮；7、驱动单元；8、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉识别的多功能焊件处理装置，其特征在于，包括：切换装置、焊前清理装置(9)、焊接装置(10)和焊后处理装置(11)；/n所述切换装置包括壳体(1)、图像采集装置(3)和控制装置；/n所述壳体(1)为具有两个端面的中空三棱柱体，所述壳体(1)的顶端端面设置有用于与机械臂连接的第一法兰(2)，所述壳体(1)的三个侧壁的内侧面分别设置有传动装置；/n所述传动装置包括升降齿条(4)和与所述升降齿条(4)啮合的齿轮组，所述齿轮组包括传动齿轮(5)和至少一个从动齿轮(6)，所述传动齿轮(5)和从动齿轮(6)均通过轴承固定连接在所述主体(1)侧壁的内侧面上，所述传动齿轮(5)设置在所述升降齿条(4)的一侧，至少一个所述从动齿轮(6)设置在所述升降齿条(4)的另一侧，所述传动齿轮(5)与驱动单元(7)包含的驱动电机主轴固定连接；所述升降齿条(4)上固定设置有第二法兰(8)；/n所述壳体(1)的三个侧壁上与各个所述升降齿条(4)对应的位置分别开设有供所述第二法兰(8)沿所述升降齿条(4)延伸方向往复运动的限位槽；/n所述焊前清理装置(9)、焊接装置(10)、焊后处理装置(11)分别从所述壳体(1)的外部与各个所述第二法兰(8)连接；/n所述图像采集装置(3)设置在所述壳体(1)的底端端面，用于采集待处理焊件的当前状态图像；/n所述控制装置为STM32F4xx系列的微处理器；所述微处理器与所述图像采集装置(3)相连，用于对所述当前状态图像进行处理，得到所述待处理焊件的当前工序状态数据；/n所述微处理器与各个所述驱动单元(7)相连，用于根据所述待处理焊件的当前工序状态数据向各个所述驱动单元(7)发送控制指令。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉识别的多功能焊件处理装置，其特征在于，包括：切换装置、焊前清理装置(9)、焊接装置(10)和焊后处理装置(11)；
所述切换装置包括壳体(1)、图像采集装置(3)和控制装置；
所述壳体(1)为具有两个端面的中空三棱柱体，所述壳体(1)的顶端端面设置有用于与机械臂连接的第一法兰(2)，所述壳体(1)的三个侧壁的内侧面分别设置有传动装置；
所述传动装置包括升降齿条(4)和与所述升降齿条(4)啮合的齿轮组，所述齿轮组包括传动齿轮(5)和至少一个从动齿轮(6)，所述传动齿轮(5)和从动齿轮(6)均通过轴承固定连接在所述主体(1)侧壁的内侧面上，所述传动齿轮(5)设置在所述升降齿条(4)的一侧，至少一个所述从动齿轮(6)设置在所述升降齿条(4)的另一侧，所述传动齿轮(5)与驱动单元(7)包含的驱动电机主轴固定连接；所述升降齿条(4)上固定设置有第二法兰(8)；
所述壳体(1)的三个侧壁上与各个所述升降齿条(4)对应的位置分别开设有供所述第二法兰(8)沿所述升降齿条(4)延伸方向往复运动的限位槽；
所述焊前清理装置(9)、焊接装置(10)、焊后处理装置(11)分别从所述壳体(1)的外部与各个所述第二法兰(8)连接；
所述图像采集装置(3)设置在所述壳体(1)的底端端面，用于采集待处理焊件的当前状态图像；
所述控制装置为STM32F4xx系列的微处理器；所述微处理器与所述图像采集装置(3)相连，用于对所述当前状态图像进行处理，得到所述待处理焊件的当前工序状态数据；
所述微处理器与各个所述驱动单元(7)相连，用于根据所述待处理焊件的当前工序状态数据向各个所述驱动单元(7)发送控制指令。


2.根据权利要求1所述的基于视觉识别的多功能设备切换装置，其特征在于，所述齿轮组包括传动齿轮(5)和三个从动齿轮(6)，所述传动齿轮(5)和一个从动齿轮(6)设置在所述升降齿条(4)的一侧，另外两个从动齿轮(6)设置在所述升降齿条(4)的另一侧。


3.根据权利要求1所述的基于视觉识别的多功能焊件处理装置，其特征在于，所述图像采集装置(3)包括工业用摄像头和设置在所述工业用摄像头外部的防护罩。


4.一种权利要求1～3任一项所述的多功能焊件处理装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：图像采集装置(3)采集待处理焊件的当前状态图像，并将所述当前状态图像发送给微处理器，微处理器对所述当前状态图像基于训练好的卷积神经网络模型进行图像处理和工序识别，得到所述待处理焊件的当前工序状态，所述待处理焊件的当前工序状态为焊前工序状态、焊中工序状态和焊后工序状态中的一种；
S2：若所述待处理焊件的工序状态为焊前工序状态，则微处理器控制所述焊前清理装置(9)下降并开始工作直至所述待处理焊件的工序状态发生改变，然后控制所述焊前清理装置(9)复位；
若所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：商亮亮，张浩，刘腾，李佩齐，华亮，傅怀梁，泮佳俊，张帆，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32