[發明專利]一種基于三維視覺的自動化焊接和檢測方法

在審

• 申請號: 202110171644.7
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112958959A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 楊濤;彭磊;李曉曉;姜軍委;馬力;王芳;周翔
• 申請（專利權）人: 西安知象光電科技有限公司
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種基于三維視覺自動化焊接和檢測方法，包含以下步驟：搭建基于三維視覺的自動化焊接和檢測系統；標定焊接和三維視覺兩個系統與機器人坐標系之間的關系；使用三維視覺對齊工件坐標系和機器人坐標系；提取焊接特征，生成焊接參數；使用機器人實施焊接；檢測焊接質量。本發明使用掛載在機器人執行末端的三維視覺系統，自動化的完成焊接過程中的找正、尋位、和檢測工序。相比傳統分立系統，提高了效率，降低了成本，并且大大提高了焊接過程的自動化程度，有利于實現整個加工流程的高度自動化生產。

技術領域：

本發明涉及一種基于三維視覺的自動化焊接和檢測方法，主要使用三維視覺技術和機器人技術完成自動化的焊接以及焊接質量檢測的方法。該發明屬于工業自動化和機器視覺領域。

背景技術：

在機器人自動化焊接領域通常需要找正、尋位、焊接、檢測等多道工藝流程。其中，找正常用的方法有：1)人工找正，使用人工操作機器人將其末端移動到特定的特征處，利用工件上的定位基準，換算出機器人坐標系和工件坐標系之間的關系。2)焊絲和電弧法，通過預先編制的機器人程序，通過機器人接近工件時的電流和電壓信號，判斷機器人和工件之間的相對關系，通過獲取不同位置的數據，對工件的位置進行糾偏，進而完成找正。3)激光尋位，通過使用機器人帶動線或者點激光對工件進行掃描，然后利用三維信息進行找正，或者是對特定位置進行數據采樣，進一步最工件的位置進行糾偏進而完成找正。在上述幾種方法中，人工找正，效率低，而且無法實現自動化；焊絲和電弧法，需要預先編程，并且只能完成糾偏，對于復雜情況或者工件位姿差距較大的情況，該方法將會失效，此外該方法效率也較低。利用激光尋位的方法中，如果使用激光掃描進行糾偏，和焊絲和電弧法一樣，無法處理復雜場景。如果使用掃描的方法，由于機器人的運動精度限制，掃描得到的點云精度低，會增加找正的誤差，而且使用機器人帶動激光進行掃描的方法效率非常低。

焊接位置的尋位，在工件一致性較好的情況下，完成找正工序，即完成了尋位，可以按照預先編制的程序進行焊接。在工件一致性不好的條件下，還需要對焊縫進行定位。常用的方法有：1)人工示教。使用人工操作機器人找到焊接的軌跡。2)激光尋位，使用線激光尋找焊縫。人工的方法需要占用人工工時，并且對一線工人的技能要求很高，不適應焊接的自動化發展方向。激光尋位，只能對簡單的平直焊縫進行尋位，無法完成對復雜焊縫進行尋位，并且容易受到焊點的干擾而失效。

焊接表面質量的檢測。在完成焊接后，往往還需要對是否存在漏焊，以及焊接的質量進行檢測。通常的檢測方法是使線激光進行掃描或者外置的3D相機進行掃描，然后進行檢測。線激光的效率較低，而外置的3D相機使用不便，而且還增加了成本。

本發明旨在利用最新的3D視覺技術，在一套硬件體系下，低成本、高效率的完成，找正、尋位、檢測多道工序，實現自動化的焊接和檢測解決方案。

發明內容：

本發明目的是提出一種基于三維視覺自動化焊接和檢測方法，低成本、高效率的完成機器人焊接應用中的找正、尋位、檢測多道工序。

一種基于三維視覺自動化焊接和檢測方法，包含以下步驟：

(一)搭建基于三維視覺的自動化焊接和檢測系統

(二)標定焊接和三維視覺兩個系統與機器人坐標系之間的關系

(三)使用三維視覺對齊工件坐標系和機器人坐標系

(四)提取焊接特征，生成焊接參數

(五)使用機器人實施焊接

(六)檢測焊接質量

所述步驟(一)中，基于三維視覺的自動化焊接和檢測系統，包含了用于運動執行機構機器人系統、焊接系統、和三維視覺系統，以及上位機，如圖1所示。