[发明专利]一种焊接机器人实时焊缝跟踪装置及方法

说明书

本发明公开了一种焊接机器人实时焊缝跟踪装置及方法，该装置包括激光传感器、工控机、控制器、焊接机器人和焊枪。采用扫描、滤波、特征点检测及路径规划的方式，实现对不同类型复杂焊缝的实时跟踪。机器人搭载激光传感器，扫描焊件获取坡口信息并传输给工控机；采用组合滤波的方式处理数据，提取出焊缝特征点；由图像特征点的二维坐标计算出机器人基坐标系下相应的三维坐标值；根据特征点坐标完成焊接路径规划，引导焊枪移动，实现焊缝跟踪。本发明有基于激光测量和视觉信息提取的焊缝跟踪算法，该算法可显著提高焊缝特征点的提取精度，减弱焊枪在焊接过程中的抖动，在保证焊接质量的前提下进一步提高了焊缝跟踪精度与作业稳定性。

技术领域

本发明涉及机器人焊缝跟踪技术领域，具体涉及一种焊接机器人实时焊缝跟踪装置及方法。

背景技术

焊接是一种潜在危险性高、强度大、熟练度要求高的工作。传统的机器人焊接工艺多采用手动示教生成焊接轨迹，不仅费时费力，精度也不高。

目前大部分“示教-再现”型焊接机器人，其对于焊接环境的一致性要求非常严格，在实际焊接中常因存在变形、变散热、变间隙、变错边、工件加工误差和装配误差等造成焊缝位置和尺寸的变化，导致焊缝和机器人示教轨迹有偏差，尤其对于复杂工件的三维任意复杂曲线焊缝偏差更大、更明显，难以满足高质量、高效率的焊接要求。焊缝跟踪精度是评价焊接质量的重要指标，焊缝的实时跟踪是未来机器人焊接智能化技术发展的必然趋势。

焊缝跟踪以传感技术为基础，传感器在机器人焊接中作用重大，可实现熔池的几何形状测量。未来焊缝跟踪技术将人工智能和深度学习应用于焊接过程控制和焊接质量检测，以获得最佳的焊接参数、传感器参数和机器人参数。

常规“示教-再现”型焊接机器人会导致焊缝和示教轨迹存在偏差，尤其对于复杂工件的三维任意复杂曲线焊缝偏差更大、更明显。已有的基于被动视觉的焊缝跟踪技术，大多只能获取图像的二维信息，三维重建的方法的精确性和可靠性难以满足实时焊缝跟踪的要求。研究一种有效的焊缝跟踪精度分析方法，实现多机器人复杂焊缝的实时跟踪，是目前拟解决的关键问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种焊接机器人实时焊缝跟踪装置及方法，采用激光作为主动光源的主动视觉传感器，结合激光三角测量原理和机器视觉信息提取技术，提出包括扫描、过滤、特征点检测、轨迹规划等的焊缝实时跟踪四步算法，获得最佳的焊接参数、传感器参数和机器人参数，从而实现多机器人的空间三维复杂焊缝的实时跟踪功能。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一方面，本发明提供一种焊接机器人实时焊缝跟踪装置，包括：

激光传感器，其前端发射出线激光，投射至工件表面对坡口进行扫描，反射光经末端接收，完成对坡口轮廓的采样，获得坡口轮廓数据并传输给工控机；

工控机，用于处理经扫描所得的坡口轮廓数据，对坡口轮廓数据进行滤波、求导及拟合后，提取出坡口的特征点；

控制器，用于导入坡口的特征点，由基于传感器的图像特征点的二维坐标，通过位姿标定计算出机器人基坐标系下相应的三维坐标值；根据特征点的三维坐标，在路径的起点和终点之间设置一系列的中间点作为过渡，通过控制焊接机器人经过中间点时的位姿，规划出运动路径；

焊接机器人，用于根据控制器规划出的运动路径，引导焊枪移动，实现焊缝跟踪；

焊枪，用于根据焊接机器人的引导，执行焊接操作。

进一步地，所述激光传感器通过钣金支架固定于焊枪后端，与焊枪保持平行且存在一定间距。

进一步地，采用限幅滤波与高斯滤波组合的方式处理经扫描所得的坡口轮廓数据，其中采用限幅滤波去除因偶然因素引起的脉冲干扰，采用高斯滤波平滑数据。