[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

本發明明融合采用3D視覺重構技術、離線編程技術和焊縫跟蹤技術，實現焊接現場無人化，提供一種基于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，獲取工件和夾具等焊接現場的點云數據；本發明將3D視覺模型重構、離線編程和激光焊縫跟蹤三個技術融合應用，實現焊接現場無人化。目前激光焊縫跟蹤技術已經可以解決一部分焊接路徑變化大而頻繁示教的問題，離線編程可以直接生成機器人加工，但需要基于標準模型，本發明將日趨成熟的3D視覺重建技術應用于焊接應用，通過重構焊接現場，既減少了焊接現場焊接程序示教的繁瑣，提高焊接的效率。

技術領域

本發明涉及激光焊縫跟蹤領域，尤其涉及一種基于3D視覺的離線編程激光焊縫跟蹤系統。

背景技術

焊接一直在工業生產中扮演了極為重要的角色，現有焊接機器人大多屬于現場手動示教型或離線編程型，這兩種方法焊接機器人的焊接參數和焊接路徑都是在生產前進行規劃，使焊接機器人在工作空間內可以高精度地重復已規劃運動。

但焊接現場一般作業環境比較差，特別一些諸如核輻射、高空、深水、有毒等高危險環境中進行焊接作業，現場手動示教危險性較高，無人化、遠程遙控操作焊接機器人成為一種可能的解決方案。這就要求能夠重構焊接現場的復雜環境，并找到焊縫。當前焊接機器人絕大多數屬于第一代現場示教型或者第二代離線編程型的。現場示教型在實際應用中不僅示教效率低，焊接現場環境聲音嘈雜、粉塵多，特別一些諸如核輻射、高空、深水、有毒等高危險環境中進行焊接示教作業，人身危險性較高?，F場示教型編程和離線規劃編程，在實際應用中都將面對的一個關鍵性問題是編制程序對于現場實際環境的適應性，而出現該問題的最主要原因則是現場焊接環境中的各種實際要素相對于編程時相應的理想要素的變化，尤其在批量化的生產方式中，焊接對象在位姿與尺寸上不可預知的誤差則是最主要的原因，其中既有加工和裝配上的誤差所導致的焊縫位置和尺寸的靜態變化，另外還有焊接過程中工件受熱及散熱條件的改變所造成的焊道的動態變形。解決誤差問題一般有兩種思路，一種是通過采用提高工件的加工精度、提高工裝夾具的裝配精度及嚴格控制機器人示教軌跡的方式來減小環境及應用中的誤差，但這種做法將明顯提高企業的生產制造成本和時間消耗成本。另外一種方法是自適應焊縫跟蹤，專利《基于離線規劃的弧焊機器人激光視覺焊縫跟蹤控制方法》(CN102430841A)描述了一種使用激光視覺實現焊縫跟蹤的方法。

自適應焊縫跟蹤一般要求提供工件的標準CAD三維模型，但焊接件既有加工和裝配上的誤差所導致焊縫位置和尺寸變化比較大，解決偏差問題一般有兩種思路，一種是通過采用提高工件的加工精度、提高工裝夾具的裝配精度及嚴格控制機器人示教軌跡的方式來減小環境及應用中的誤差，但這種做法將明顯提高企業的生產制造成本和時間成本。

發明內容

根據以上技術問題，本發明明融合采用3D視覺重構技術、離線編程技術和焊縫跟蹤技術，實現焊接現場無人化，提供一種基于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，獲取工件和夾具等焊接現場的點云數據；

2、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、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、夾具和焊接平臺等；

4、3D模型加載到離線編程軟件中，離線編程軟件中可以對模型進行旋轉平移和選擇模型上的點線面等基礎操作；

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，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；