[發(fā)明專利]一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610268835.4
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105728972A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳海永;歐洋;張?zhí)旖?/a>;李澤楠
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué);天津易而速機(jī)器人科技開發(fā)有限公司
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K37/00;B25J9/08;B23K101/12
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 陳松

1.一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置，其特征是所述裝置由三自由度機(jī)器人、視覺傳感器和控制系統(tǒng)組成；

所述三自由度機(jī)器人包括底座與移動方向互相垂直的x軸方向移動模組、y軸方向移動模組和z軸方向移動模組，所述底座上表面為用于放置待焊接工件的工作平臺，y軸和x軸平行于工作平臺的工作平面；y軸方向移動模組的y軸方向?qū)к壈惭b在工作平臺一側(cè)，z軸方向移動模組安裝在y軸方向移動模組的y軸滑臺上，x軸方向移動模組安裝在z軸方向移動模組的z軸滑臺上，所述x軸方向移動模組的x軸滑臺用于安裝焊槍；

所述視覺傳感器包括并排安裝并可沿y軸同步運(yùn)動的攝像機(jī)和一字線激光器，以焊槍在y軸上的運(yùn)動軌跡的起始端和末端分別為前、后方，一字線激光器在y軸方向上位于焊槍前方，位于一字線激光器發(fā)出的激光線可以照射在放置在工作平臺上的待焊接工件的待焊縫上并由攝像機(jī)拍攝；

所述控制系統(tǒng)包括上位機(jī)、下位機(jī)和電機(jī)驅(qū)動器，所述視覺傳感器中的攝像機(jī)與上位機(jī)連接，上位機(jī)與下位機(jī)連接，下位機(jī)還與電機(jī)驅(qū)動器連接。

2.如權(quán)利要求1所述的一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置，其特征是所述放置在工作平臺上的待焊接工件的待焊縫為底面和立面相交形成的凹凸形變角焊縫，底面與xy平面平行，立面為相對yz平面具有凹凸形變的曲面或折線面。

3.如權(quán)利要求2所述的一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置，其特征是所述凹凸形變角為100°～120。

4.如權(quán)利要求1～3任一所述的一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置，其特征是所述上位機(jī)為工業(yè)平板電腦、下位機(jī)為PLC，上位機(jī)、下位機(jī)和電機(jī)驅(qū)動器均安裝在一體式控制柜中，一體式控制柜與y軸滑臺相對固定安裝，視覺傳感器中的攝像機(jī)為工業(yè)CCD相機(jī)，上位機(jī)與工業(yè)CCD相機(jī)以USB接口線連接。

5.如權(quán)利要求1～4任一所述的一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟

1)將待焊接工件固定在工作平臺上，以x、y、z軸建立機(jī)器人工具坐標(biāo)系，并確定焊槍的工作原點(diǎn)；

2)視覺傳感器中的一字線激光器將激光線照射到待焊縫上，并由攝像機(jī)采集激光線照射到待焊縫上形成的圖像，由上位機(jī)對采集的圖像進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果生產(chǎn)下位機(jī)控制信號，由下位機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，操作機(jī)器人運(yùn)動完成待焊縫掃描定位和待焊縫實(shí)施自適應(yīng)跟蹤。

6.如權(quán)利要求5所述的一種凹凸形變角焊縫自適應(yīng)跟蹤控制裝置的控制方法，其特征是所述步驟2)具體包括

2.1)將采集到的激光線照射到底面和立面上的圖像分別作為底面條紋線和立面條紋線，對底面條紋線經(jīng)自適應(yīng)閾值處理提取中心線和hough變換擬合得到一條直線段作為底面直線，以底面直線接近待焊縫的末端點(diǎn)作為第一特征點(diǎn)p₁，其圖像坐標(biāo)為對立面條紋線經(jīng)自適應(yīng)閾值處理提取中心線和hough變換擬合得到一條直線段作為立面直線，以立面直線接近待焊縫的末端點(diǎn)為第二特征點(diǎn)p₂，其圖像坐標(biāo)以攝像機(jī)圖像坐標(biāo)系中三維坐標(biāo)為的點(diǎn)p₃為焊縫特征點(diǎn)，將得到的攝像機(jī)圖像坐標(biāo)系中的焊縫特征點(diǎn)p₃轉(zhuǎn)化為機(jī)器人工具坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)p₄。

2.2)待焊縫掃描定位，電機(jī)控制器控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動y軸滑臺以掃描速度H向前方移動，在移動過程中，視覺傳感器掃描待焊縫并對采集到的圖像進(jìn)行步驟2.1)的處理得到任意焊縫特征點(diǎn)在機(jī)器人工具坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)。

2.3)待焊縫實(shí)時(shí)自適應(yīng)跟蹤：

電機(jī)控制器控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動y軸滑臺以焊接速度V向前方移動，由于視覺傳感器在機(jī)器人y軸方向上與焊槍的相對位置保持不變，且一字線激光器在工件上形成的激光條紋在y方向上到焊槍的距離為D，在y軸滑臺移動過程中當(dāng)視覺傳感器掃描待焊縫并對采集到的圖像進(jìn)行步驟2.1)的處理，得到初始焊縫特征點(diǎn)在機(jī)器人工具坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)，根據(jù)距離D推算此時(shí)焊槍的位置，并使焊槍向該坐標(biāo)點(diǎn)重疊；當(dāng)焊槍到達(dá)待焊縫初始特征點(diǎn)后，將焊槍向視覺傳感器得到的下一個(gè)焊縫特征點(diǎn)的位置坐標(biāo)重疊；依次進(jìn)行，直到完成對整個(gè)待焊縫的實(shí)時(shí)自適應(yīng)跟蹤。