本發(fā)明屬于焊接機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種基于激光傳感器的焊

接機(jī)器人蓋面焊在線跟蹤方法。

背景技術(shù)：

機(jī)器人焊接過程中，受工件坡口加工精度、焊接過程工件熱變形等因素的影響，機(jī)器人在運(yùn)行示教路徑時(shí)，焊槍往往會(huì)偏離焊縫中心，出現(xiàn)熔敷金屬不均勻、焊道偏離、咬邊等焊接缺陷，從而造成焊接質(zhì)量下降。因此，焊接過程中要求弧焊機(jī)器人能夠有效檢測(cè)出焊縫的偏差并調(diào)整焊接路徑，以保證焊接質(zhì)量的可靠性。

近幾年來，隨著機(jī)器視覺、圖像處理、模式識(shí)別、智能控制等技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)提出多種應(yīng)用于機(jī)器人焊接的傳感器。其中激光傳感器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信息量大、精度高及穩(wěn)定性較好的特點(diǎn)，成為應(yīng)用于厚板焊接智能控制領(lǐng)域的理想選擇。激光傳感器的基本原理是將條狀激光投射到工件上，利用ccd采集工件上反射的激光條紋圖像，再通過一系列的信號(hào)處理，最后得到需要的坡口特征信息。但是由于多層多道焊縫表面形貌復(fù)雜，尤其在蓋面焊接時(shí)前焊道特征不明顯，普通激光視覺傳感器很難正確識(shí)別其形貌特征，限制了激光跟蹤器在蓋面焊領(lǐng)域的限制。

因此，提供一種可以對(duì)蓋面焊之前的焊道特征進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別、反饋，調(diào)整蓋面焊道路徑和焊縫跟蹤的方法十分重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以對(duì)蓋面焊之前的焊道特征進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別、反饋，調(diào)整蓋面焊道路徑和焊縫跟蹤的基于激光傳感器的焊接機(jī)器人蓋面焊在線跟蹤方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于激光傳感器的焊接機(jī)器人蓋面焊在線跟蹤方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：所述在線跟蹤方法包括如下步驟：

（1）在機(jī)器人上安裝焊槍和激光傳感器，待安裝完成后啟動(dòng)激光傳感器，投射激光掃描光束，調(diào)試激光傳感器的激光掃描光束中點(diǎn)到焊縫附近，并確保激光掃描光束沿焊接路徑超前于焊槍末端一定距離，使焊縫在焊接前已被激光傳感器預(yù)掃描；

（2）校準(zhǔn)機(jī)器人，即機(jī)器人各軸零點(diǎn)校準(zhǔn)，如果未校準(zhǔn)或校準(zhǔn)精度差，則會(huì)影響到機(jī)器人的運(yùn)行精度和焊縫跟蹤精度；

（3）調(diào)整焊槍姿態(tài)，按照機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)程序標(biāo)定焊槍的tcp，即焊槍安裝的工具點(diǎn)，生成一個(gè)以工具參照點(diǎn)為原點(diǎn)的空間坐標(biāo)系；

（4）把焊槍調(diào)整到垂直于工件同時(shí)激光條紋與工件焊縫垂直的姿態(tài)，測(cè)量激光傳感器相對(duì)于焊槍的角度，以及投射到工件上的激光條紋與焊槍末端的水平距離；

（5）選定工件的坡口類型，選擇焊道類型為蓋面焊，并通過控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；

（6）開啟激光傳感器，控制系統(tǒng)的圖像采集單元接收工件坡口包含結(jié)構(gòu)光的原始圖像；對(duì)所述原始圖像進(jìn)行處理，通過激光控制系統(tǒng)識(shí)別激光條紋投射到焊接工件上的特征點(diǎn)，提取有效特征點(diǎn)并計(jì)算其在圖像中的位置；其中，所述的激光條紋上的有效特征點(diǎn)包括坡口頂點(diǎn)以及蓋面焊前道焊層與坡口的交點(diǎn)；

（7）根據(jù)激光傳感器與焊槍的相對(duì)位置，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，分別獲得激光條紋上的有效特征點(diǎn)的x坐標(biāo)值、y坐標(biāo)值、z坐標(biāo)值，計(jì)算出坡口兩側(cè)頂點(diǎn)之間中點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值為x12、y12，計(jì)算出蓋面焊前道焊層與坡口交點(diǎn)之間中點(diǎn)的z坐標(biāo)值為z12，則激光傳感器得出的焊接路徑點(diǎn)三維坐標(biāo)為(x12,y12,z12)，根據(jù)激光傳感器計(jì)算出的焊接路徑點(diǎn)三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)調(diào)整焊槍位置。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明基于激光傳感器的焊接機(jī)器人蓋面焊在線跟蹤方法，克服了現(xiàn)有焊接機(jī)器人進(jìn)行蓋面焊時(shí)激光跟蹤無法捕捉到前道焊層有效特征點(diǎn)的局限性，也避免了因蓋面之前焊道特征不規(guī)則導(dǎo)致的激光在線跟蹤錯(cuò)誤，解決焊接機(jī)器人在蓋面焊接時(shí)實(shí)際焊接路徑偏差問題，提高跟蹤精確度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的焊槍與激光傳感器標(biāo)定示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的激光條紋映射特征點(diǎn)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

實(shí)施例

本實(shí)施例基于激光傳感器的焊接機(jī)器人蓋面焊在線跟蹤方法，該在線跟蹤方法包括如下步驟：

（1）在機(jī)器人上安裝焊槍和激光傳感器，待安裝完成后啟動(dòng)激光傳感器，投射激光掃描光束，調(diào)試激光傳感器的激光掃描光束中點(diǎn)到焊縫附近，并確保激光掃描光束沿焊接路徑超前于焊槍末端10cm，使焊縫在焊接前已被激光傳感器預(yù)掃描；

（2）選取2塊500mm×300mm的鋼板作為機(jī)器人蓋面焊待焊工件，工件厚度為20mm，材質(zhì)為a級(jí)鋼，并完成對(duì)接打底焊；然后進(jìn)行機(jī)器人零點(diǎn)標(biāo)定，為每一個(gè)軸標(biāo)定零點(diǎn)，通過技術(shù)輔助工具可為任何一個(gè)在機(jī)械零點(diǎn)位置的軸指定一個(gè)基準(zhǔn)值，如0°；這樣可以使軸的機(jī)械位置和電氣位置保持一致，進(jìn)而使得每一個(gè)軸都有一個(gè)唯一的角度值；這樣，可使機(jī)器人能達(dá)到它最高的點(diǎn)精度和軌跡精度或者完全能夠以編程設(shè)定的動(dòng)作運(yùn)動(dòng)；

（3）調(diào)整焊槍姿態(tài)，按照機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)程序標(biāo)定焊槍的tcp，即焊槍安裝的工具點(diǎn)，生成一個(gè)以工具參照點(diǎn)為原點(diǎn)的空間坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的方向如圖1所示，x軸方向?yàn)楹附臃较颍瑈軸方向?yàn)楹缚p橫向，z軸方向?yàn)楹缚p高度方向；

（4）把焊槍調(diào)整到垂直于工件，同時(shí)激光條紋與工件焊縫的x軸方向保持垂直的姿態(tài)，測(cè)量激光傳感器相對(duì)于焊槍的角度β，以及投射到工件上的激光條紋與焊槍末端的水平距離s；

（5）選定工件的坡口類型，選擇焊道類型為蓋面焊，并通過控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；

（6）開啟激光傳感器，激光條紋映射到工件及焊縫表面，控制系統(tǒng)接收?qǐng)D像并對(duì)其進(jìn)行處理，得到激光條紋上的特征點(diǎn)a、b、c、d、e點(diǎn)，如圖2所示；并通過控制系統(tǒng)識(shí)別a、b、d、e有效特征點(diǎn)并提取其在圖像中的位置；

（7）根據(jù)激光器與焊槍的相對(duì)位置，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲得激光條紋上的有效特征點(diǎn)a、e的x坐標(biāo)值分別為x1、x2，特征點(diǎn)a、e的y坐標(biāo)值分別為y1、y2，特征點(diǎn)b、d的z坐標(biāo)值分別為z1、z2，分別計(jì)算出x=(x2-x1)/2，y=(y2-y1)/2，z=(z2-z1)/2，則實(shí)際軌跡點(diǎn)三維坐標(biāo)為(x,y,z)，根據(jù)實(shí)際軌跡點(diǎn)三維坐標(biāo)在線擬合出跟蹤焊接路徑，實(shí)時(shí)調(diào)整焊槍偏離，保證焊接精度。

本實(shí)施例是通過焊槍tcp標(biāo)定后，生成了以工具焊槍參照點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系；同時(shí)，機(jī)器人的機(jī)械手在控制焊槍移動(dòng)時(shí)，又能夠得到焊槍的實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置；并根據(jù)焊槍、激光之間的固定位置，由β、s為參數(shù)的公式計(jì)算得到激光條紋上的a、b、d、e坐標(biāo)，且a、b、d、e的中心線即為上一時(shí)間段焊槍經(jīng)過的實(shí)際軌跡點(diǎn)，利用實(shí)際軌跡點(diǎn)坐標(biāo)擬合出跟蹤焊接路徑。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于激光傳感器的焊接機(jī)器人蓋面焊在線跟蹤方法，包括如下步驟：（1）在機(jī)器人上安裝和調(diào)試焊槍和激光傳感器；（2）校準(zhǔn)機(jī)器人；（3）調(diào)整焊槍姿態(tài)，按照機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)程序標(biāo)定焊槍的TCP；（4）把焊槍調(diào)整到垂直于工件同時(shí)激光條紋與工件焊縫垂直的姿態(tài)，測(cè)量激光傳感器相對(duì)于焊槍的角度，以及投射到工件上的激光條紋與焊槍末端的水平距離；（5）選擇焊道類型為蓋面焊，并通過控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；（6）開啟激光傳感器，由步驟（5）的參數(shù)為公式計(jì)算得到激光條紋上的各點(diǎn)坐標(biāo)，利用各點(diǎn)坐標(biāo)擬合出跟蹤焊接路徑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明可以對(duì)蓋面焊之前的焊道特征進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別、反饋，調(diào)整蓋面焊道路徑和焊縫跟蹤。

技術(shù)研發(fā)人員：王炬成;顧曉波;高霆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇科技大學(xué);江蘇科技大學(xué)海洋裝備研究院
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.03
技術(shù)公布日：2017.09.22