[发明专利]一种基于复合视觉的平板坡口智能切割系统及方法

说明书

本发明属于工业智能领域，特别是涉及一种基于复合视觉的平板坡口智能切割系统，包括人机交互单元、总体控制系统、与总体控制系统连接的复合视觉组合、关节臂机器人本体、与关节臂机器人本体连接的端拾器及割枪；所述复合视觉组合包括深度相机、灰度相机和结构光视觉传感器；所述总体控制系统包括存储模块、复合视觉控制处理模块、轨迹规划模块、运动控制模块和设备控制模块；所述存储模块用于存储所有待切零件的3D模型数据和切割工艺数据；所述复合视觉控制处理模块包括3D视觉控制处理模块、2D视觉控制处理模块和结构光视觉控制处理模块；本发明不但应用3D视觉技术实现了目标零件的自主上下料、还融合了2D视觉技术和结构光视觉技术对目标零件进行了精确的位置纠偏、切割轨迹纠偏及切割位姿纠偏，实现了切割程序的自主生成，进而实现了全自主式的智能化切割系统，保证了平板零件坡口切割的理想精度。

技术领域

本发明属于工业智能领域，尤其是涉及一种基于复合视觉的平板坡口智能切割系统及方法。

背景技术

现阶段，多数企业仍采用机器人示教再现（Teach-then-Play）的方式进行平板坡口切割，即针对同一型号零件需要进行首件示教，并作为后续工件切割的模板，后续工件切割时需要将工件与模板对齐并固定好，机器人自动重复切割程序，不但会导致在线编程过程繁琐、人力成本高、效率低、不安全等弊端，还会存在以下关键问题：（1）人工看图确认坡口的切割位置，切割精度完全依靠示教者的目测决定；（2）即使零件满足大批量、小批次、尺寸高度一致的特点，但前序钢板下料时难免会产生切割变形导致钢板出现不平、翘曲等现象，此时切割轨迹将会与工件的实际轮廓相偏离，致使坡口切割后工件尺寸偏差被进一步放大，尤其是影响了钝边留取尺寸的精度，导致工件的次品率大大增加。

基于上述问题，某些企业在机器人坡口切割中融入了视觉技术对工件下料尺寸偏差进行了纠正，力求提高平板零件坡口的切割精度。

中国专利CN111805051 A公开了切坡口方法、装置电子设备及系统（梅卡曼德），其中基于切坡口轨迹点的切坡口方法包括：通过相机采集待加工工件的信息以获取所述待加工工件的目标点云模型；从预设的工件模板库获取与所述目标点云模型的轮廓相匹配的目标工件模板，所述工件模板库中包括多个工件的工件模板，各工件模板包括带有依据各自对应工件的工件切坡口要求而生成的切坡口轨迹点信息的点云模型；根据所述目标点云模型的位置、姿态调整所述目标工件模板的位置、姿态；根据调整后目标工件模板中的切坡口轨迹点信息，对所述待加工工件进行坡口切割。该专利涉及的技术不足之处在于：仅使用相机采集了待加工工件的目标点云模型，然后依据点云模型匹配目标工件模板对工件进行坡口切割，并未再进一步对工件进行精确的识别定位以及对切割轨迹的精确纠偏，切割精度不高。

中国专利CN 111515975 A公开了一种中厚板焊接坡口机器人切割工作站（埃斯顿），该专利的技术方案为：包括上下料搬运机器人、坡口切割机器人、打磨系统和电控系统，还包括3D视觉系统和2D视觉系统，所述3D视觉系统对来料进行视觉定位，并将定位后的工件坐标位置发送给上下料搬运机器人，所述上下料搬运机器人抓取工件后搬运至2D视觉系统处进行二次精定位，所述上下料搬运机器人将经过二次精定位后的工件上料至坡口切割机器人处进行坡口切割。该专利涉及的技术不足之处在于：（1）受板材零件下料精度的影响，即使同一类型的零件间的实际尺寸都会存在偏差，仅仅应用3D视觉系统和2D视觉系统对零件位置进行纠偏是不够的，尤其是切割外形尺寸偏差或切割角度偏差过大、切割边缘熔化塌边或者产生圆角时，由于获取不到工件的实际空间轮廓，没有对切割轨迹及切割位姿进行修正，会导致切割精度特别是钝边的留取尺寸偏大或偏小，达不到实际的焊接要求；（2）采用2D视觉系统对待切工件进行二次精定位后再上料，上料后不再对切割工作台上的工件进行精确的位姿修正，此种方式对切割工作台的平整度、各相关设备的标定精度、搬运机器人的重复定位精度甚至是端拾器的结构形式和装配精度等方面都提出了更高的要求，否则很难保证切割工作台上待切工件的位置坐标的精确性，进而将严重影响平板零件坡口的切割精度。

发明内容