[發明專利]一種激光生物組織焊接焊縫自適應路徑規劃裝置及其方法

在審

• 申請號: 202110131864.7
• 申請日: 2021-01-30
• 公開（公告）號: CN112842520A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 王克鴻;李聰;賀競;張明朗
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: A61B18/20
• 分類號: A61B18/20
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

1.一種激光生物組織焊接自適應路徑規劃裝置，其特征在于，包括：

一多束激光平行掃描發射裝置，設有激光發生器，激光分束器；激光分束器將一道激光分成多束；

激光分束器將光束平行出射；根據激光束個數需求可調整分束器，并調整光束之間的距離間隔；

所述的激光分束器內含有光束數調節裝置，對光束個數n進行調節；

所述的n為1～3；

還設有光學過濾器包括支架及濾光片；其中濾光片用于過濾干擾光，提高成像質量及精度，進而提高識別能力；

光學傳感裝置為具有CCD相機組成的視覺傳感系統；

設有計算機根據疊加獲得的圖像對特征值進行提取，判斷焊縫所在位置，并根據激光測距所獲得的生物組織三位坐標繪制空間模型，進行路徑規劃。

2.根據權利要求1所述的激光生物組織焊接自適應路徑規劃裝置，其特征在于，所述的激光分束器通過調節光子晶體光纖，改變分光后得到的光束之間的距離；激光分束器內設有遮光板，可遮住不需要的光束，調節光束數量。

3.根據權利要求1所述的激光生物組織焊接自適應路徑規劃裝置，其特征在于，所述的光學過濾器中的濾光片為寬帶濾光片，對波長200-380nm波段的紫外線和大于700nm的紅外線的透過率小于3*10^-4。

4.根據權利要求1所述的激光生物組織焊接自適應路徑規劃裝置，其特征在于，所述的光學傳感裝置與計算機相連，通過軟件圖像處理，自動實時修正焊接激光位置，將焊點位置變動信息編程傳輸至機械手臂。

5.根據權利要求1所述的激光生物組織焊接自適應路徑規劃裝置，其特征在于，激光掃描過程中，移動間隔為2mm。

6.一種激光生物組織焊接焊縫自適應路徑規劃方法，其特征在于，包括步驟如下：

步驟1，根據目標生物組織的物理光學特性，設置對應的發射率，根據焊縫長度確定所需激光束數量n；

步驟2，根據被焊切口長度，調節激光分束器，獲得適宜的激光束間距s，1mm≤s≤3mm，且3≤n×s≤5；

步驟3，啟動光學傳感裝置，獲得光學圖像；激光掃描焊縫，移動間隔為2mm；

步驟4，根據光學傳感器獲得的生物組織光學特性，焊接數據庫軟件自動搜索匹配數據庫中對應焊接工藝參數，打開焊接指示紅光光源，等待焊接；

步驟5，根據光學傳感裝置獲得的實時圖像，在Matlab中通過圖像識別算法，尋找特征點，辨識焊接開始點：對獲取的激光與自然光圖像進行時間與空間維度上的疊加，增強圖像中焊縫的可識別度，提高焊縫識別精度，降低生物組織焊接過程中因激光掃描區域過大造成的不必要的熱損傷；具體為：

對疊加生成的圖像進行激光線條畸變點的提取，以及自然光條件下焊縫區陰影的灰度特征值進行提取，二者疊加，生成識別的焊縫三維坐標數據；

激光對生物組織進行掃描測距獲得各區域三維空間坐標點，生成生物組織數據模型，并將焊縫數據疊加其中，根據焊縫形狀對其進行路徑規劃填充，路徑有鋸齒形路徑，直線路徑，分段路徑。

當識別到圖像由斷點直線變成連續直線時，視為焊接結束特征點，關閉激光器，完成焊接。

7.根據權利要求6所述的激光生物組織焊接焊縫自適應路徑規劃方法，其特征在于，所述的激光束數量n為1～3。

8.根據權利要求6所述的激光生物組織焊接焊縫自適應路徑規劃方法，其特征在于，步驟1中，所述的自適應焊接參數，根據目標生物組織的光學特性，反射系數、透射系數確定。

9.根據權利要求6所述的激光生物組織焊接焊縫自適應路徑規劃方法，其特征在于，當連續直線變成中間有斷點偏移的圖像時，給與焊接激光開始焊接的信號，并同時將斷點位置信息傳輸給機械手臂，以此實時根據圖像信息修改激光焊接位置，實現焊縫跟蹤；且由于有多條成像激光，最前端激光成像獲得的位置信息會提前處理，減少因焊縫形狀劇烈變化而給系統帶來的反應時間。

10.根據權利要求6所述的激光生物組織焊接焊縫自適應路徑規劃方法，其特征在于，當焊接過程中由于組織脫水，蛋白質變性造成變形收縮改變焊縫形狀位置，激光跟蹤系統予以實時修正。