專利名稱：基于圖像識別技術的全自動焊接系統及其運行方法
技術領域：
本發明涉及一種自動焊接系統，具體涉及一種基于圖像識別技術的全自動焊接系統及其運行方法。
背景技術：
授權公告號為CN100351721C的中國發明專利公開了一種“具有顯微圖像自動計算定位系統的焊接設備及其運行方法”，包括帶有鼠標和顯示屏的微機、以及與之相連的顯微光學裝置、設置在顯微光學裝置目鏡上的CXD攝像頭、三維伺服電機和工作臺組成的三維伺服機構、及超聲波焊接裝置。CXD攝像頭將顯微光學裝置放大的被焊工件圖像送入微機。微機直接控制顯微光學裝置的顯微放大倍數自動調節機構確定顯微光學裝置的放大倍數。三維伺服機構中的三維伺服電機根據微機指令帶動工作臺運動。微機控制超聲波焊接裝置完成拉線與超聲波焊接。在第一塊被焊工件焊接時，采用鼠標在屏幕上逐個點擊確定被焊工件圖像的焊點所在位置并存入微機，微機根據鼠標點擊的位置，計算各焊點與焊針對正達到焊接位置時三維伺服機構所需的運動曲線，控制三維伺服機構順序帶動被焊工件運動、使各焊點依次達到焊接位置、被焊工件所處方位、控制焊接裝置完成焊接所需的各工作步驟；再焊接相同規格的被焊工件時，先以鼠標點擊屏幕當前被焊工件圖像基準點確定待焊被焊工件方位，微機自動調用存貯的第一塊被焊工件的相關數據，自動計算待焊被焊工件各焊點數據并完成定位焊接。由于上述設備在每次更換不同的被焊工件時，均需要工人用鼠標重新在屏幕上逐個點擊來確定被焊工件圖像的焊點所在位置，而不能實現焊點的自動捕捉；因而在具體操作過程中，就會出現以下問題由于分布在被焊工件立體空間上的焊點數量一般都比較多、面積相對較小，這就要求工人在進行鼠標點擊確定焊點位置時精力高度集中。若稍有不慎，就容易出現漏點或錯點一個甚至是多個焊點的情形。這不僅增加了工人的勞動強度、降低了工作效率；而且一旦出現漏點或錯點焊點時，微機所計算出的各焊點與焊針對正達到焊接位置時三維伺服機構所需的運動曲線便會出現偏差，進而影響整個焊接過程，導致其焊接結果出現錯誤、焊接質量難以保證。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是現有自動焊接系統工作效率低、焊接質量難以保證的不足，提供一種基于圖像識別技術的全自動焊接系統及其運行方法。為解決上述問題，本發明所設計的一種基于圖像識別技術的全自動焊接系統，主要由微機、以及與微機相連的三維伺服機構、垂直光學裝置和焊接裝置所構成；其中微機上帶有鍵盤、鼠標和顯示屏；三維伺服機構包括固定被焊工件的工作臺和控制工作臺運動的三維伺服電機；垂直光學裝置與三維伺服機構上固定的被焊工件的操作面相對，其主要由顯微光學裝置和設置在顯微光學裝置目鏡上的垂直CCD攝像頭組成；垂直光學裝置的垂直 CXD攝像頭將顯微光學裝置放大的被焊工件圖像送入微機；通過鍵盤輸入或鼠標選擇對系統相關參數進行預設，并用鼠標點擊被焊工件立體空間上的一個焊點作為起始基準點；垂直光學裝置對被焊工件進行圖像采集，每次采集圖像后，微機為該圖像申請緩存；對上述緩存的圖像采用黑白與彩色兩種處理方式，其中黑白處理方式是用二值化方法對緩存圖像進行像素圖像處理，而彩色處理方式則是對緩存圖像中的每個像素RGB彩色分量計算；最后將黑白處理方式和彩色處理方式所得的計算結果進行比較，如果兩者計算結果一致，捕捉圖像完成，獲得該緩存圖像上的焊點坐標；否則將再次采集圖像，并重復進行緩存圖像的黑白和彩色處理、以及圖像的比對；如在系統設定的循環捕捉次數內仍未捕捉到焊點圖像，將自動轉入人工確定焊點坐標；微機根據所選擇的焊接路徑和上述捕獲的焊點坐標信息，計算各焊點與焊接裝置的焊針對正到達焊接位置時三維伺服機構所需的運動曲線；控制三維伺服機構順序帶動被焊工件運動、使各焊點依次到達焊接位置、被焊工件處于所需方位、控制焊接裝置完成焊接所需的各工作步驟。上述方案中，通過鍵盤鍵入或鼠標選擇的預設參數包括有焊點面積的上下限、被捕捉焊點所占的域范圍值、焊點的直徑、每次抓圖的大小范圍、焊點識別模式、和/或焊接路徑。上述方案所述微機內設有中央處理器、焊接控制單元、三維運動控制單元、顯微放大倍數記錄單元、焊點圖像存貯單元、焊點圖像識別單元、焊點圖像對比分析單元、工件焊點定位單元、焊點位置存貯單元、和計算分析單元；中央處理器完成整個微機的核心控制；焊接控制單元控制焊接裝置完成焊接所需的各工作步驟；三維運動控制單元控制三維伺服電機的運行；顯微放大倍數記錄單元記錄存貯顯微光學裝置的放大倍數；焊點圖像存貯單元將垂直CCD攝像頭獲取的被焊工件的圖像信息進行存貯；焊點圖像識別單元用于自動識別出焊點圖像存貯單元內存貯的被焊工件的圖像上的焊點；焊點圖像對比分析單元將焊點圖像識別單元識別出的焊點與通過鍵盤鍵入的焊點參數信息進行比對，濾除干擾信息，保留有效焊點信息；工件焊點定位單元將焊點圖像對比分析單元保留下的焊點信息進行定位存儲；計算分析單元根據焊點位置存貯單元存貯的各焊點定位后的位置數據，計算被焊工件運動曲線，送入三維運動控制單元，向三維伺服機構發出指令。作為上述方案的改進，所述基于圖像識別技術的全自動焊接系統，還進一步包括有ζ軸水平光學系統，該Z軸水平光學系統包括校正光源和水平CCD攝像頭，以及設在在微機內的Z軸水平校正單元；水平C⑶攝像頭與微機內的Z軸水平校正單元相連；校正光源和水平CCD攝像頭均與被焊工件的校正面相對，其Z軸水平光學系統所對被焊工件的校正面與垂直光學裝置所對被焊工件的操作面相垂直；固定第一塊被焊工件時，確保被焊工件的操作面處于水平狀態；水平CCD攝像頭將所獲得的校正面的圖像送入微機，并經由顯示屏顯示；鼠標框選上述校正面的圖像中被光源照射的高亮部分，以確定該校正面的圖像中高亮部分在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍來作為基準校正范圍；再固定相同規格的被焊工件時，微機自動捕獲待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍，并將其與基準校正范圍進行對比，當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍內時， 則微機判定待校正被焊工件水平；而當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的 Y軸上下限范圍落在基準校正范圍外時，則微機判定待校正被焊工件不水平，微機控制三維伺服機構帶動被焊工件旋轉至待校正被焊工件的操作面處于水平位置。作為上述方案的進一步改進，所述微機內還設有補焊單元，該補焊單元與焊接裝置及三維伺服機構相連。本發明一種基于圖像識別技術的全自動焊接系統的運行方法，包括如下步驟a被焊工件固定于三維伺服機構的工作臺上，垂直CCD攝像頭將被焊工件放大圖像數據送入微機圖像顯示單元在微機的屏幕上顯示；b通過鍵盤輸入或鼠標選擇來對系統相關參數進行預設，同時根據待焊被焊工件大小調節選擇顯微放大倍數后即鎖定，同時此放大倍數在放大倍數記錄單元存貯；c對被焊工件立體空間上的所有焊點進行捕捉；即對被焊工件立體空間上的所有焊點進行捕捉的過程具體為通過鍵盤輸入或鼠標選擇對系統相關參數進行預設，并用鼠標點擊被焊工件立體空間上的一個焊點作為起始基準點；垂直光學裝置對被焊工件進行圖像采集，每次采集圖像后，微機為該圖像申請緩存；對上述緩存的圖像采用黑白與彩色兩種處理方式，其中黑白處理方式是用二值化方法對緩存圖像進行像素圖像處理，而彩色處理方式則是對緩存圖像中的每個像素RGB彩色分量計算；最后將黑白處理方式和彩色處理方式所得的計算結果進行比較，如果兩者計算結果一致，捕捉圖像完成，獲得該緩存圖像上的焊點坐標；否則將再次采集圖像，并重復進行緩存圖像的黑白和彩色處理、以及圖像的比對；如在系統設定的循環捕捉次數內仍未捕捉到焊點圖像，將自動轉入人工確定焊點坐標；d將被焊工件立體空間上所有焊點位置存入焊點位置存貯單元；e微機計算分析單元根據所選擇的焊接方式及捕獲的焊點坐標信息，計算各焊點與焊接裝置的焊針對正到達焊接位置時三維伺服機構所需的運動曲線；f中央處理器通知運動控制單元向三維伺服機構發出指令，三維伺服機構根據指令將焊點順序送到焊針下的焊接位置；g三維伺服機構每完成一個焊點的移動到位后，給中心處理器發回信號，中心處理器通知焊接控制單元向焊接裝置發出指令，執行焊接程序完成焊接所需的各工作步驟，焊接完成后將焊接結束信號送回中心處理器，繼續下一個焊點的數據調用、定位及焊接；至該被焊工件立體空間上的所有的焊點焊接完畢；上述步驟b中通過鍵盤鍵入或鼠標選擇的預設參數包括有焊點面積的上下限、被捕捉焊點所占的域范圍值、焊點的直徑、每次抓圖的大小范圍、焊點識別模式、和/或焊接路徑。作為上述方案的改進，所述基于圖像識別技術的全自動焊接系統的運行方法，還進一步包括有如下被焊工件水平校正步驟，即固定第一塊被焊工件時，確保被焊工件的操作面處于水平狀態；水平CXD攝像頭將所獲得的校正面的圖像送入微機，并經由顯示屏顯示；鼠標框選上述校正面的圖像中被光源照射的高亮部分，以確定該校正面的圖像中高亮部分在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍來作為基準校正范圍；再固定相同規格的被焊工件時，微機自動捕獲待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍，并將其與基準校正范圍進行對比，當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍內時，則微機判定待校正被焊工件水平；而當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍外時，則微機判定待校正被焊工件不水平，微機控制三維伺服機構帶動被焊工件旋轉至待校正被焊工件的操作面處于水平位置。作為上述方案的進一步改進，所述基于圖像識別技術的全自動焊接系統的運行方法，還包括有為所選定的焊點或焊接進行補焊步驟。與現有技術相比，本發明具有如下特點1、基于圖像自動識別技術，通過微機自動捕捉和定位被焊工件立體空間上的各個焊點，同時具有自動圖像計算、分析和控制定位功能，控制系統通過光學系統直接從顯微圖像上獲取數據，對每一件待焊的芯片和支架焊點坐標進行即時計算，再控制三維伺服機構將焊點送到焊針下進行自動化焊接；無需工人手動捕獲和定位焊點，從而實現了的真正意義上的全自動焊接過程；2、Z軸水平光學系統會自動保存第一次校準參數，以使系統能夠對再次固定在工作臺上、并具有相同規格的被焊工件進行自動水平校正，這樣既減小了工人的勞動強度、提高了工作效率，又提高了被焊工件的校正的精度；3、系統具備的自動補焊功能能夠減少因焊點有膠焊接不上線或焊線斷裂等問題的發生幾率。
圖1為本發明一種基于圖像識別技術的全自動焊接系統的結構框圖；圖2為微機內部原理框圖；圖3為本發明一種基于圖像識別技術的全自動焊接系統的運行方法的程序框圖。
具體實施例方式本發明一種基于圖像識別技術的全自動焊接系統的結構框圖如圖1所示，其主要由微機、以及與微機相連的三維伺服機構、垂直光學裝置和焊接裝置所構成；其中微機上帶有鍵盤、鼠標和顯示屏。三維伺服機構包括固定被焊工件的工作臺和控制工作臺運動的三維伺服電機。垂直光學裝置與三維伺服機構上固定的被焊工件的操作面相對，其主要由顯微光學裝置和設置在顯微光學裝置目鏡上的垂直CXD攝像頭組成。垂直光學裝置的垂直 CXD攝像頭將顯微光學裝置放大的被焊工件圖像送入微機。鍵盤和鼠標用于預設系統相關參數，并用鼠標點擊被焊工件立體空間上的一個焊點作為起始基準點。上述微機內設有中央處理器、焊接控制單元、三維運動控制單元、顯微放大倍數記錄單元、焊點圖像存貯單元、焊點圖像識別單元、焊點圖像對比分析單元、工件焊點定位單元、焊點位置存貯單元、和計算分析單元。中央處理器完成整個微機的核心控制。焊接控制單元控制焊接裝置完成焊接所需的各工作步驟。三維運動控制單元控制三維伺服電機的運行。顯微放大倍數記錄單元記錄存貯顯微光學裝置的放大倍數。焊點圖像存貯單元將垂直 CCD攝像頭獲取的被焊工件的圖像信息進行存貯。焊點圖像識別單元用于自動識別出焊點圖像存貯單元內存貯的被焊工件的圖像上的焊點。焊點圖像對比分析單元將焊點圖像識別單元識別出的焊點與通過鍵盤鍵入的焊點參數信息進行比對，濾除干擾信息，保留有效焊點信息。工件焊點定位單元將焊點圖像對比分析單元保留下的焊點信息進行定位存儲。計算分析單元根據焊點位置存貯單元存貯的各焊點定位后的位置數據，計算被焊工件運動曲線，送入三維運動控制單元，向三維伺服機構發出指令。參見圖2。通過鍵盤輸入或鼠標選擇對系統相關參數進行預設，并用鼠標點擊被焊工件立體空間上的一個焊點作為起始基準點；垂直光學裝置對被焊工件進行圖像采集，每次采集圖像后，微機為該圖像申請緩存；對上述緩存的圖像采用黑白與彩色兩種處理方式，其中黑白處理方式是用二值化方法對緩存圖像進行像素圖像處理，而彩色處理方式則是對緩存圖像中的每個像素RGB彩色分量計算；最后將黑白處理方式和彩色處理方式所得的計算結果進行比較，如果兩者計算結果一致，捕捉圖像完成，獲得該緩存圖像上的焊點坐標；否則將再次采集圖像，并重復進行緩存圖像的黑白和彩色處理、以及圖像的比對；如在系統設定的循環捕捉次數內仍未捕捉到焊點圖像，將自動轉入人工確定焊點坐標。微機根據所選擇的焊接方式和捕獲的焊點坐標信息，計算各焊點與焊接裝置的焊針對正到達焊接位置時三維伺服機構所需的運動曲線。控制三維伺服機構順序帶動被焊工件運動、使各焊點依次到達焊接位置、被焊工件處于所需方位、控制焊接裝置完成焊接所需的各工作步驟。上述通過鍵盤鍵入或鼠標選擇的預設參數包括有焊點面積的上下限、被捕捉焊點所占的域范圍值、焊點的直徑、每次抓圖的大小范圍、焊點識別模式、和/或焊接路徑。其中焊點面積的上下限、被捕捉焊點所占的域范圍值、焊點的直徑、每次抓圖的大小范圍等焊點參數信息用于濾除干擾，提高焊點的自動捕捉精度；這些參數信息不僅可以系統運行之前進行鍵入，而且在系統運行過程中，也能夠根據屏幕上顯示的已捕獲的焊點參數信息來進行微調，由此提高焊點捕獲的精度和效率。在進行具體焊點捕獲時，通過選擇焊點識別模式我們既可以對所有的焊點進行逐步自動捕獲；也可以根據被焊工件立體空間上待焊器件的已知信息，通過捕獲器件中的一個焊點來推算出該器件上的其他焊點。如已知被焊工件立體空間上的器件為二極管芯片，并且已知二極管芯片兩個極之間的距離，這樣微機自動捕捉到該二極管芯片的一個焊點位置信息時，便可通過二極管芯片上2個焊點之間的距離， 推算出另一個焊點的位置信息。焊接路徑則是用于限定焊點之間的連接方式，以獲得芯片的并聯和/或串聯等不同的電氣連接方式。在本發明優選優選實施例中，焊接路徑包括測量放大倍率和編譯數據文件。測量放大倍率是在當前程序給出一個固定值對當前圖像進行測量，作為后面自動定位計算的參考數據。本系統X、Y坐標具有獨立的放大倍率測量功能， 使其精確更高。編譯數據文件對被焊工件立體空間上芯片的焊接連線方式進行預設，保存以便日后在使用同一型號時直接調取即可(測量放大倍率不變情況下)。為了保證焊接效果，固定在工作臺上的被焊工件的焊接面必須處于水平狀態。因此本發明還進一步包括有Z軸水平光學系統，該Z軸水平光學系統包括校正光源和水平CXD 攝像頭，以及設在在微機內的Z軸水平校正單元；水平CCD攝像頭與微機內的Z軸水平校正單元相連；校正光源和水平CXD攝像頭均與被焊工件的校正面相對，其Z軸水平光學系統所對被焊工件的校正面與垂直光學裝置所對被焊工件的操作面相垂直。固定第一塊被焊工件時，確保被焊工件的操作面處于水平狀態；水平CCD攝像頭將所獲得的校正面的圖像送入微機，并經由顯示屏顯示；鼠標框選上述校正面的圖像中被光源照射的高亮部分，以確定該校正面的圖像中高亮部分在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍來作為基準校正范圍；再固定相同規格的被焊工件時，微機自動捕獲待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍，并將其與基準校正范圍進行對比，當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍內時，則微機判定待校正被焊工件水平；而當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍外時，則微機判定待校正被焊工件不水平，微機控制三維伺服機構帶動被焊工件旋轉至待校正被焊工件的操作面處于水平位置。Z軸自動水平校準的作用是在第一次固定被焊工件時，通過肉眼來確保被焊工件的操作面處于水平狀態，并將相關水平參數信息進行保存，這樣以后再使用同一規格的被焊工件時即可直接調取與之相應的水平參數信息即能夠實現被焊工件的自動校準。為避免因焊點有膠焊接不上線或焊線斷線等問題的發生，本發明還配置有微機內還設有為所選定的焊點或焊接補焊的補焊單元，該補焊單元與焊接裝置及三維伺服機構相連。根據程序設定，補焊單元可以選擇補球模式或補線模式。在執行焊接時可選擇先補球后焊線模式或先焊線后補球模式。當補焊單元處于補線模式下時，工人將光標移動到一焊點，按住鼠標左鍵不放拖到二焊點后松開鼠標即可。當補焊單元處于補焊球模式時，將鼠標移動到所需補焊的焊點點擊鼠標左鍵即可。本發明一種基于圖像識別技術的全自動焊接系統的運行方法的程序框圖，如圖3 所示，具體包括有如下步驟a被焊工件固定于三維伺服機構的工作臺上，垂直CCD攝像頭將被焊工件放大圖像數據送入微機圖像顯示單元在微機的屏幕上顯示；為了滿足焊接要求、保證固定在工作臺上的被焊工件的焊接面必須處于水平狀態。被焊工件固定在進行固定分為兩種情況當固定在工作臺上的被焊工件為新規格時，需人工肉眼校正來確保被焊工件的操作面處于水平狀態；此時水平CCD攝像頭將所獲得的校正面的圖像送入微機，并經由顯示屏顯示；鼠標框選上述校正面的圖像中被光源照射的高亮部分，以確定該校正面的圖像中高亮部分在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍來作為基準校正范圍進行保存。當固定在工作臺上的被焊工件與以前已固定過的被焊工件一致時，需微機自動來確保被焊工件的操作面處于水平狀態；此時通過人工選擇被焊工件類型，微機調取基準校正范圍，并通過水平CCD攝像頭獲取該被焊工件的校正面的圖像，將該校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍與基準校正范圍進行對比，當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍內時，則微機判定待校正被焊工件水平；而當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍外時，則微機判定待校正被焊工件不水平，微機控制三維伺服機構帶動被焊工件旋轉至待校正被焊工件的操作面處于水平位置。b對某一種新規格的被焊工件進行焊接之前，首先要通過鼠標或鍵盤來對系統的相關參數進行預設，如焊點面積的上下限、被捕捉焊點所占的域范圍值、焊點的直徑、每次抓圖的大小范圍、焊點識別模式、和/或焊接路徑等；同時，工人根據待焊被焊工件大小調節選擇顯微放大倍數后即鎖定，同時此放大倍數在放大倍數記錄單元存貯。其中焊點面積的上下限、被捕捉焊點所占的域范圍值、焊點的直徑、每次抓圖的大小范圍等焊點參數信息用于濾除干擾，提高焊點的自動捕捉精度；這些參數信息不僅可以系統運行之前進行鍵入，而且在系統運行過程中，也能夠根據屏幕上顯示的已捕獲的焊點參數信息來進行微調，由此提高焊點捕獲的精度和效率。在進行具體焊點捕獲時，通過選擇焊點識別模式我們既可以對所有的焊點進行逐步自動捕獲；也可以根據被焊工件立體空間上待焊器件的已知信息，通過捕獲器件中的一個焊點來推算出該器件上的其他焊點。如已知被焊工件立體空間上的器件為二極管芯片，并且已知二極管芯片兩個極之間的距離，這樣微機自動捕捉到該二極管芯片的一個焊點位置信息時，便可通過二極管芯片上2個焊點之間的距離，推算出另一個焊點的位置信息。焊接路徑則是用于限定焊點之間的連接方式， 以獲得芯片的并聯和/或串聯等不同的電氣連接方式。在本發明優選優選實施例中，焊接路徑包括測量放大倍率和編譯數據文件。測量放大倍率是在當前程序給出一個固定值對當前圖像進行測量，作為后面自動定位計算的參考數據。本系統X、Y坐標具有獨立的放大倍率測量功能，使其精確更高。編譯數據文件對被焊工件立體空間上芯片的焊接連線方式進行預設，保存以便日后在使用同一型號時直接調取即可(測量放大倍率不變情況下)。c對被焊工件立體空間上的所有焊點進行捕捉；即對被焊工件立體空間上的所有焊點進行捕捉的過程具體為通過鍵盤輸入或鼠標選擇對系統相關參數進行預設，并用鼠標點擊被焊工件立體空間上的一個焊點作為起始基準點；垂直光學裝置對被焊工件進行圖像采集，每次采集圖像后，微機為該圖像申請緩存；對上述緩存的圖像采用黑白與彩色兩種處理方式，其中黑白處理方式是用二值化方法對緩存圖像進行像素圖像處理，而彩色處理方式則是對緩存圖像中的每個像素RGB彩色分量計算；最后將黑白處理方式和彩色處理方式所得的計算結果進行比較，如果兩者計算結果一致，捕捉圖像完成，獲得該緩存圖像上的焊點坐標；否則將再次采集圖像，并重復進行緩存圖像的黑白和彩色處理、以及圖像的比對；如在系統設定的循環捕捉次數內仍未捕捉到焊點圖像，將自動轉入人工確定焊點坐標；d將被焊工件立體空間上所有焊點位置存入焊點位置存貯單元；e微機計算分析單元根據所選擇的焊接方式及捕獲的焊點坐標信息，計算各焊點與焊接裝置的焊針對正到達焊接位置時三維伺服機構所需的運動曲線；f中央處理器通知運動控制單元向三維伺服機構發出指令，三維伺服機構根據指令將焊點順序送到焊針下的焊接位置；g三維伺服機構每完成一個焊點的移動到位后，給中心處理器發回信號，中心處理器通知焊接控制單元向焊接裝置發出指令，執行焊接程序完成焊接所需的各工作步驟，焊接完成后將焊接結束信號送回中心處理器，繼續下一個焊點的數據調用、定位及焊接；至該被焊工件立體空間上的所有的焊點焊接完畢。為避免因焊點有膠焊接不上線或焊線斷線等問題的發生，本發明還為所選定的焊點或焊線進行補焊的補焊步驟。所述補焊步驟根據程序設定，補焊單元可以選擇單補球模式、單補線模式、先補球后補線模式、先補線后補球模式……。當補焊單元處于補線模式下時，工人將光標移動到一焊點，按住鼠標左鍵不放拖到二焊點后松開鼠標即可。當補焊單元處于補焊球模式時，將鼠標移動到所需補焊的焊點點擊鼠標左鍵即可。
權利要求
1.基于圖像識別技術的全自動焊接系統，主要由微機、以及與微機相連的三維伺服機構、垂直光學裝置和焊接裝置所構成；其中微機上帶有鍵盤、鼠標和顯示屏；三維伺服機構包括固定被焊工件的工作臺和控制工作臺運動的三維伺服電機；垂直光學裝置與三維伺服機構上固定的被焊工件的操作面相對，其主要由顯微光學裝置和設置在顯微光學裝置目鏡上的垂直CXD攝像頭組成；垂直光學裝置的垂直CXD攝像頭將顯微光學裝置放大的被焊工件圖像送入微機；其特征在于通過鍵盤輸入或鼠標選擇對系統相關參數進行預設，并用鼠標點擊被焊工件立體空間上的一個焊點作為起始基準點；垂直光學裝置對被焊工件進行圖像采集，每次采集圖像后， 微機為該圖像申請緩存；對上述緩存的圖像采用黑白與彩色兩種處理方式，其中黑白處理方式是用二值化方法對緩存圖像進行像素圖像處理，而彩色處理方式則是對緩存圖像中的每個像素RGB彩色分量計算；最后將黑白處理方式和彩色處理方式所得的計算結果進行比較，如果兩者計算結果一致，捕捉圖像完成，獲得該緩存圖像上的焊點坐標；否則將再次采集圖像，并重復進行緩存圖像的黑白和彩色處理、以及圖像的比對；如在系統設定的循環捕捉次數內仍未捕捉到焊點圖像，將自動轉入人工確定焊點坐標；微機根據所選擇的焊接路徑和上述捕獲的焊點坐標信息，計算各焊點與焊接裝置的焊針對正到達焊接位置時三維伺服機構所需的運動曲線；控制三維伺服機構順序帶動被焊工件運動、使各焊點依次到達焊接位置、被焊工件處于所需方位、控制焊接裝置完成焊接所需的各工作步驟。
2.根據權利要求1所述基于圖像識別技術的全自動焊接系統，其特征在于通過鍵盤鍵入或鼠標選擇的預設參數包括有焊點面積的上下限、被捕捉焊點所占的域范圍值、焊點的直徑、每次抓圖的大小范圍、焊點識別模式、和/或焊接路徑。
3.根據權利要求1所述基于圖像識別技術的全自動焊接系統，其特征在于微機內設有中央處理器、焊接控制單元、三維運動控制單元、顯微放大倍數記錄單元、焊點圖像存貯單元、焊點圖像識別單元、焊點圖像對比分析單元、工件焊點定位單元、焊點位置存貯單元、 和計算分析單元；中央處理器完成整個微機的核心控制； 焊接控制單元控制焊接裝置完成焊接所需的各工作步驟； 三維運動控制單元控制三維伺服電機的運行； 顯微放大倍數記錄單元記錄存貯顯微光學裝置的放大倍數； 焊點圖像存貯單元將垂直CCD攝像頭獲取的被焊工件的圖像信息進行存貯； 焊點圖像識別單元用于自動識別出焊點圖像存貯單元內存貯的被焊工件的圖像上的焊點；焊點圖像對比分析單元將焊點圖像識別單元識別出的焊點與通過鍵盤鍵入的焊點參數信息進行比對，濾除干擾信息，保留有效焊點信息；工件焊點定位單元將焊點圖像對比分析單元保留下的焊點信息進行定位存儲； 計算分析單元根據焊點位置存貯單元存貯的各焊點定位后的位置數據，計算被焊工件運動曲線，送入三維運動控制單元，向三維伺服機構發出指令。
4.根據權利要求1 3中任意一項所述基于圖像識別技術的全自動焊接系統，其特征在于還進一步包括有Z軸水平光學系統，該Z軸水平光學系統包括校正光源和水平CXD攝像頭，以及設在在微機內的Z軸水平校正單元；水平CCD攝像頭與微機內的Z軸水平校正單元相連；校正光源和水平CXD攝像頭均與被焊工件的校正面相對，其Z軸水平光學系統所對被焊工件的校正面與垂直光學裝置所對被焊工件的操作面相垂直；固定第一塊被焊工件時，確保被焊工件的操作面處于水平狀態；水平CCD攝像頭將所獲得的校正面的圖像送入微機，并經由顯示屏顯示；鼠標框選上述校正面的圖像中被光源照射的高亮部分，以確定該校正面的圖像中高亮部分在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍來作為基準校正范圍；再固定相同規格的被焊工件時，微機自動捕獲待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍，并將其與基準校正范圍進行對比，當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍內時，則微機判定待校正被焊工件水平；而當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍外時，則微機判定待校正被焊工件不水平，微機控制三維伺服機構帶動被焊工件旋轉至待校正被焊工件的操作面處于水平位置。
5.根據權利要求1 3中任意一項所述基于圖像識別技術的全自動焊接系統，其特征在于所述微機內還設有補焊單元，該補焊單元與焊接裝置及三維伺服機構相連。
6.基于圖像識別技術的全自動焊接系統的運行方法，包括如下步驟a被焊工件固定于三維伺服機構的工作臺上，垂直CCD攝像頭將被焊工件放大圖像數據送入微機圖像顯示單元在微機的屏幕上顯示；b通過鍵盤輸入或鼠標選擇來對系統相關參數進行預設，同時根據待焊被焊工件大小調節選擇顯微放大倍數后即鎖定，同時此放大倍數在放大倍數記錄單元存貯； c對被焊工件立體空間上的所有焊點進行捕捉； d將被焊工件立體空間上所有焊點位置存入焊點位置存貯單元； e微機計算分析單元根據所選擇的焊接方式及捕獲的焊點坐標信息，計算各焊點與焊接裝置的焊針對正到達焊接位置時三維伺服機構所需的運動曲線；f中央處理器通知運動控制單元向三維伺服機構發出指令，三維伺服機構根據指令將焊點順序送到焊針下的焊接位置；g三維伺服機構每完成一個焊點的移動到位后，給微機的中心處理器發回信號，中心處理器通知焊接控制單元向焊接裝置發出指令，執行焊接程序完成焊接所需的各工作步驟， 焊接完成后將焊接結束信號送回中心處理器，繼續下一個焊點的數據調用、定位及焊接；至該被焊工件立體空間上的所有的焊點焊接完畢；其特征是上述步驟c中，對被焊工件立體空間上的所有焊點進行捕捉的過程具體為 通過鍵盤輸入或鼠標選擇對系統相關參數進行預設，并用鼠標點擊被焊工件立體空間上的一個焊點作為起始基準點；垂直光學裝置對被焊工件進行圖像采集，每次采集圖像后，微機為該圖像申請緩存；對上述緩存的圖像采用黑白與彩色兩種處理方式，其中黑白處理方式是用二值化方法對緩存圖像進行像素圖像處理，而彩色處理方式則是對緩存圖像中的每個像素RGB彩色分量計算；最后將黑白處理方式和彩色處理方式所得的計算結果進行比較， 如果兩者計算結果一致，捕捉圖像完成，獲得該緩存圖像上的焊點坐標；否則將再次采集圖像，并重復進行緩存圖像的黑白和彩色處理、以及圖像的比對；如在系統設定的循環捕捉次數內仍未捕捉到焊點圖像，將自動轉入人工確定焊點坐標。
7.根據權利要求6所述基于圖像識別技術的全自動焊接系統的運行方法，其特征在于所述步驟b中通過鍵盤鍵入或鼠標選擇的預設參數包括有焊點面積的上下限、被捕捉焊點所占的域范圍值、焊點的直徑、每次抓圖的大小范圍、焊點識別模式、和/或焊接路徑。
8.根據權利要求6或7所述基于圖像識別技術的全自動焊接系統的運行方法，其特征是還進一步包括有被焊工件水平校正步驟，即固定第一塊被焊工件時，確保被焊工件的操作面處于水平狀態；水平CXD攝像頭將所獲得的校正面的圖像送入微機，并經由顯示屏顯示；鼠標框選上述校正面的圖像中被光源照射的高亮部分，以確定該校正面的圖像中高亮部分在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍來作為基準校正范圍；再固定相同規格的被焊工件時，微機自動捕獲待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍，并將其與基準校正范圍進行對比，當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍內時，則微機判定待校正被焊工件水平；而當待校正被焊工件的校正面的圖像在顯示屏上所處的Y軸上下限范圍落在基準校正范圍外時，則微機判定待校正被焊工件不水平，微機控制三維伺服機構帶動被焊工件旋轉至待校正被焊工件的操作面處于水平位置。
9.根據權利要求6或7所述基于圖像識別技術的全自動焊接系統的運行方法，其特征是還包括有為所選定的焊點或焊接進行補焊步驟。
全文摘要
本發明公開一種基于圖像識別技術的全自動焊接系統及其運行方法，其微機對垂直光學裝置采集的采集進行黑白與彩色兩種處理方式，其中黑白處理方式是用二值化方法對緩存圖像進行像素圖像處理，而彩色處理方式則是對緩存圖像中的每個像素RGB彩色分量計算；最后將黑白處理方式和彩色處理方式所得的計算結果進行比較來自動捕捉被焊工件上的焊點；從而實現了的真正意義上的全自動焊接過程，因而提高了生產效率和焊接質量、降低了工人勞動強度。
文檔編號B23K37/00GK102172806SQ20101056652
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者李光 申請人:李光