[發明專利]一種基于3D視覺的離線編程激光焊縫跟蹤系統

有效

• 申請號: 202011288821.1
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112453648B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 甘中學;謝云斌;馮永
• 申請（專利權）人: 智昌科技集團股份有限公司
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127
• 代理公司: 常州品益專利代理事務所(普通合伙) 32401
• 代理人: 侯利娜

1.一種基于3D視覺的離線編程激光焊縫跟蹤系統，其具體操作流程為：

(1)、3D相機安裝于焊接工件上方，工件安裝好后遠程觸發拍照，獲取工件和夾具焊接現場的原始三維點云數據；

(2)、原始三維點云數據預處理，包括點云坐標變換，點云分割提取、點云噪點剔除和點云數據簡化；

(3)、原始三維點云數據預處理后生成焊接現場3D模型，進行焊接現場3D模型重構，模型信息包含焊接工件、夾具和焊接平臺；

(4)、重構的3D模型加載到離線編程軟件中，離線編程軟件中能夠對模型進行旋轉平移和選擇模型上的點線面基礎操作；

(5)、在離線編程軟件中人工指定焊接路徑的起點和終點及焊接路徑的焊接順序，離線編程軟件根據模型自動生成焊槍的位姿，所述離線編程軟件根據人工指定的焊接起點和終點生成含有位姿的焊接路徑，并且支持人工設定單條焊接路徑的焊接順序，能夠減小焊接空行程和有效避障；最后生成機器人可執行的焊接文件；

(6)、焊接文件通過遠程方式下載到機器人控制器中并被加載為機器人當前執行程序；

(7)、預裝在機器人末端焊槍上的激光器從焊接路徑的起點開始掃描；

(8)、激光器根據離線編程軟件生成的焊接路徑到達焊接起始設置點和提前預設的焊縫類型開始掃描，激光器獲取的焊縫數據標定后傳輸到機器人控制系統中能夠直接補償到焊接路徑中，機器人自適應調整焊接姿態和位置并生成焊接跟蹤路徑，包含焊縫位置數據和焊接工藝姿態；

(9)、機器人開始焊接并邊掃邊焊；

(10)、機器人運行到單條焊接路徑終點，關閉激光器和焊機，完成單條焊縫焊接；

(11)、機器人執行下一條指定的焊接路徑，重復7～10步驟完成單條焊縫焊接，所有焊接路徑執行完焊接結束；

其中，所述原始三維點云數據預處理和焊接現場3D模型重構通過三維視覺采集模塊進行，三維視覺采集模塊采集工件表面數據信號得到原始三維點云數據，在生成模型文件STL之前需要做處理，具體包括：

點云坐標變換：求解出視覺坐標系和機器人坐標系之間的坐標變換矩陣，將獲取的原始三維點云數據由掃描設備坐標表達轉化成由機器人坐標表達；

點云降噪濾波：剔除原始三維點云數據中的離群噪點，假定任意一點與其周圍臨近的K個點的平均距離滿足高斯分布，設置濾波閾值對離群噪點進行剔除；

點云數據模型重構：在保證焊接現場點云幾何特征的情況下，盡可能減少三維點云的數據量，生成優化三維STL焊接現場重構模型。

2.按照權利要求1所述的一種基于3D視覺的離線編程激光焊縫跟蹤系統，其特征在于在激光器將焊縫數據傳給機器人前，需要實現激光焊縫跟蹤器坐標系和機器人坐標系之間的坐標變換，也即標定，此后激光器測量的偏移值能夠直接轉換成機器人的目標點。

3.按照權利要求1所述的一種基于3D視覺的離線編程激光焊縫跟蹤系統，其特征在于所述焊縫焊接具體方法為，當機器人沿著焊接路徑往前行進一定距離后，焊槍從焊縫起點開始起弧；當焊槍運動到焊接路徑的終點，焊縫特征結束，焊槍行進到終點終止焊接，從而切換到下一條焊接路徑中。