[發明專利]用于大型結構件龍門式機器人焊接的三維視覺系統及控制方法

有效

• 申請號: 202010614809.9
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111774775B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 王興華;廖良闖;孫宏偉;李萌萌;馬韜;王威;張政;曹榮祥;江舒;王傳生
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一六研究所;江蘇杰瑞科技集團有限責任公司
• 主分類號: B23K37/02
• 分類號: B23K37/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種用于大型結構件龍門式機器人焊接的三維視覺系統及控制方法，該系統包括三維視覺裝置、移動裝置、控制與電源裝置以及龍門式機器人焊接系統；三維視覺裝置用于實現對于大型結構件表面信息的采集和成像；移動裝置用于帶動三維視覺裝置實現對不同形狀和尺寸的大型結構件表面信息的連續采集和成像；控制與電源裝置用于實現三維視覺裝置采集數據的分析處理與龍門式機器人焊接系統的相互通信以及供電；龍門式機器人焊接系統用于執行控制與電源裝置所給出的指令與程序。本發明通過采用三維視覺系統及控制方法改變現有人工焊接和機器人示教焊接的弊端，提升大型結構件焊接的智能化程度，同時提高焊接效率及質量。

技術領域

本發明涉及自動化焊接技術領域，具體涉及一種用于大型結構件龍門式機器人焊接的三維視覺系統及控制方法。

背景技術

傳統的大型結構件的焊接以其加工難度大、自動化程度極低、耗時長、成本高、作業危險等特點，通常是船舶、橋梁、石化等領域制造過程的難點。以大型柱狀容器的焊接為典型，焊接過程需要多名焊接人員借助升降機升高到指定高度進行不間斷的人工焊接和檢驗。在焊接過程中由于大型結構件具有不同的平面焊縫和空間焊縫，對焊接人員的操作經驗要求較高，且需要多名操作人員相互配合才能完成。隨著企業對于焊接質量要求的提高，當前出現采用龍門架搭載焊接機器人進行示教焊接的實際應用方式，該方式一定程度上降低了人工勞動強度和對人工經驗的依賴，但是依然存在示教操作耗時耗力，操作人員素質要求高，生產效率沒有明顯提高等問題。因此，該種方式未能從根本上解決大型結構件生產焊接過程中的瓶頸問題。

為了解決現有大型結構件人工焊接和示教焊接的問題，需要設計一款具備感知能力的自動化焊接系統來完成大型結構件的焊接問題。由于激光具有精度高、非接觸、成本低等優點，配合三維視覺傳感器形成的三維視覺裝置及相應的控制方法可以滿足焊接的自動化，故具有三維視覺裝置的機器人焊接系統可以解決大型結構件焊接過程的中的瓶頸問題，縮短加工時間，提高產品焊接效率與焊接質量，為完全替代人工或者示教焊接提供了一種有效的解決方案。

國內有一部分人針對大型結構件的自動化焊接系統進行了研究并取得了一定的成果，但絕大多數仍處于需要人工示教和理想工件階段，沒有完全解決實際大型結構件自動化焊接的痛點，其主要存在以下問題：(1)無法適用于多品種、小批量、非標準的大型結構件焊接任務；(2)焊接效率低下；(3)使用維護成本高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于大型結構件龍門式機器人焊接的三維視覺系統及控制方法，改變現有的人工焊接和機器人示教焊接的弊端，提升大型結構件焊接的智能化程度，同時提高焊接效率及質量。

實現本發明目的的技術方案為：一種用于大型結構件龍門式機器人焊接的三維視覺系統，包括三維視覺裝置、移動裝置、控制與電源裝置以及龍門式機器人焊接系統；

所述三維視覺裝置用于大型結構件表面信息的采集和成像；

所述移動裝置用于帶動三維視覺裝置實現對不同形狀和尺寸的大型結構件表面信息的連續采集和成像；

所述控制與電源裝置用于實現三維視覺裝置采集數據的分析處理與龍門式機器人焊接系統的相互通信以及供電；

所述龍門式機器人焊接系統用于執行控制與電源裝置所給出的指令與程序，對識別出的焊縫進行焊接作業。

進一步地，所述三維視覺裝置包括第一一字型線激光裝置和第二一字型線激光裝置，第一三維視覺傳感器和第二三維視覺傳感器，第一一字型線激光裝置和第二一字型線激光裝置發射出的一字激光線相互平行且布置在第一三維視覺傳感器和第二三維視覺傳感器的兩邊，第一三維視覺傳感器和第二三維視覺傳感器布置在第一一字型線激光裝置和第二一字型線激光裝置中間用于采集同側的一字激光線圖像，其中，第一三維視覺傳感器上鏡頭的光軸與第一一字型線激光裝置夾角為45度，第二三維視覺傳感器上鏡頭的光軸與第二一字型線激光裝置夾角也為45度。