[發(fā)明專利]一種基于激光位移傳感器的坡口焊縫實時跟蹤系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010532349.5
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN111745267A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 李毅;肖子文;洪波;廖中亮;唐聰
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127;B23K9/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于激光位移傳感器的焊縫跟蹤系統(tǒng)及方法，它主要解決坡口加工存在誤差以及工件的定位誤差導致在離線編程中規(guī)劃的運動軌跡與在實際軌跡中存在一定的偏差的問題，其技術方案要點是：通過離線軟件RobotStudio中曲線捕捉的功能獲得焊縫軌跡，對焊縫進行曲線離散，在離散點之間樣條插值并進行生成焊縫路徑離線程序并導入機器人示教器,指導激光位移傳感器對工件進行掃描，通過掃描提取出焊縫位置信息自適應修正機器人及基路徑目標點的位置，通過掃描獲取的圖像信息對離線編程事先規(guī)劃的機器人路徑進行實時糾偏，再一次對工件掃描獲取坡口的特征信息，最后實時焊槍姿態(tài)的調整，從而實現(xiàn)焊縫跟蹤。

技術領域

本發(fā)明涉及焊接機器人及自動化領域，特別涉及到一種基于激光位移傳感器的焊縫實時跟蹤系統(tǒng)及方法。

背景技術

隨著我國信息技術的發(fā)展，對工業(yè)機器人實時高精度路徑以及軌跡規(guī)劃的精度的要求也越來越高，焊接機器人的示教方式主要分為在線示教與離線示教，我國應用焊接機器人主要是運用在線示教規(guī)劃路徑軌跡，而且在沒有外部傳感器的情況下，焊接質量主要取決于編程人員。在焊接過程中會存在工件的定位誤差以及在工件坡口加工以及裝配的過程中會造成離線編程事先規(guī)劃的路徑與實際路徑存在偏差、這嚴重影響焊縫成型的質量,因此在弧焊機器人工作過程中，想要獲得高質量的焊縫，需要對焊縫進行實時跟蹤。

隨著科技的發(fā)展，給焊接這個傳統(tǒng)工藝帶來革命性的改變，目前焊接技術逐步發(fā)展與機器人、計算機、人工智能、激光以及各種傳感器相融合，其中基于激光位移傳感器的的自動焊接控制方式具有精度高，定位準，非接觸結構簡單的有點，在目前基于激光傳感器的焊縫跟蹤控制中，大部分是以圖像處理的方法識別焊縫以及采用激光視覺算法進行處理，如專利號：“201310092613.8“的基于激光視覺的焊縫自動跟蹤方法”其使用攝像機持續(xù)獲取圖像信息通過計算機的處理獲得實際焊縫偏差，如專利號為“201610139228.8”自適應雙目視覺的波紋板焊縫跟蹤監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其主要通過前置的線陣CCD激光位移傳感器獲取波紋板的焊縫信息，通過后置的面陣CCD的被動視覺傳感器獲得焊接過程中的跟蹤誤差?；趫D像處理以及視覺傳感系統(tǒng)結構復雜，成本也較高。本發(fā)明涉及的一種基于激光位移傳感器的焊縫跟蹤系統(tǒng)及方法結構簡單，跟蹤更為精確、成本相對來說也低，進一步推進了焊接自動化的發(fā)展。

發(fā)明內容

為了解決現(xiàn)有方法或技術存在不足，更好的推動焊接自動化的發(fā)展，本發(fā)明提供了一

種基于激光位移傳感器的焊縫跟蹤系統(tǒng)及方法，其主要內容是：它包括：焊接機器人本體、激光位移傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、單片機、離線編程軟件robotstudio、焊接電源；激光位移傳感器固連安裝在焊炬的前方，隨焊炬運動，機器人控制器，數(shù)據(jù)采集與處理模塊分別與單片機相連，三者之間進行實時通訊。

本發(fā)明的技術方案是：

第一步：將工件模型導入離線編程軟件RobotStudio中，通過軟件的曲線捕捉功能通過離線軟件RobotStudio中曲線捕捉的功能獲得焊縫軌跡。

第二步：對捕捉的焊縫進行曲線離散，(焊縫軌跡上選擇大量離散點來定義的，每個離散點由一個位置向量和一個表面法線組成，焊縫軌跡如圖所示其中F_Pn代表離散點位置向量，F(xiàn)_nn代表相對坐標系F的表面法向量),在離散點之間插值并進行生成焊縫路徑離線程序并導入機器人示教器,指導激光位移傳感器對工件進行掃描。

第三步：通過掃描提取出焊縫位置信息自適應修正機器人及基路徑目標點的位置，通過掃描獲取的圖像信息對離線編程事先規(guī)劃的機器人路徑進行糾偏。

第四步：建立一個六軸機器人學運動模型，利用機器人正向運動學與逆向運動學，進行坐標求解運算，由實際所需要的位姿推導出機器人各個關節(jié)軸的旋轉角，進而求得基于基坐標系的空間矩陣，再通過各個軸的旋轉平移矩陣推導出機器人末端的位姿矩陣。