[發明專利]一種基于三維視覺的可交互自動化焊接系統

在審

• 申請號: 202110171652.1
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112958974A
• 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: B23K37/02
• 分類號: B23K37/02;B25J9/16
• 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的可交互自動化焊接方法，包含以下步驟：搭建基于三維視覺的可交互自動換焊接系統；獲得待焊接工件的三維模型；使用三維視覺對齊工件坐標系和機器人坐標系；在交互界面中選擇待焊接的特征，并生成焊接軌跡；使用機器人實施焊接。本發明使用三維視覺結合交互系統，將在線編程或者現場示教的過程，改變為基于圖像交互的自動化焊接系統。相比傳統的在線編程和現場示教方案自動化程度更高，節省人工，提高效率；同時還有效的降低了對一線操作人員的編程技能要求；此外，該方法還可以實現遠程操控，或者一個工人對多臺設備的操控，有助于實現無人化柔性焊接。

技術領域：

本發明涉及一種基于三維視覺的可交互自動化焊接系統和方法，主要使用三維數字模型結合機器人技術，通過交互的方式完成焊接任務的設置，進而引導機器人完成自動化的焊接任務。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，廣泛使用的方法有現場示教編程以及離線編程?，F場示教編程，通過人工進行坐標對齊，找到焊接的起始點或者軌跡，輸入給機器人系統，進而使用機器人進行自動化的焊接。該方法適用小批量的柔性焊接場景，但是由于對現場的工人要求過高，使用非常受限；此外由于示教的過程非常耗時，該方法的效率不高；而且對于復雜的軌跡很難通過示教完成。離線編程則使用焊接工件的數字模型預先對焊接的位置和軌跡進行編程，焊接的時候首先將工件坐標系和機器人坐標系對齊，然后利用預先編制好的程序進行機器人焊接。該方法由于對工件的一致性要求很好，因而適合精密加工零件的大規模焊接。

當工件的一致性不高，或者是小批量多批次的柔性生產場景，傳統地只能使用現場示教編程。這種方法效率低、要求高、適應性低。本發明結合最新的三維逆向技術和視覺引導技術，實現可交互的自動化焊接，解決工件的一致性不高、或者是小批量多批次的柔性生產場景的效率問題。

發明內容：

本發明目的是提出一種基于三維視覺的可交互自動化焊接方法，解決工件的一致性不高、或者是小批量多批次的柔性生產場景的效率問題。

一種基于三維視覺的可交互自動化焊接方法，包含以下步驟：

(一)搭建基于三維視覺的可交互自動換焊接系統；

(二)獲得待焊接工件的三維模型；

(三)使用三維視覺對齊工件坐標系和機器人坐標系；

(四)在交互界面中選擇待焊接的特征，并生成焊接軌跡；

(五)使用機器人實施焊接。

所述步驟(一)中，基于三維視覺的可交互自動換焊接系統，包含了用于運動執行機構機器人系統、焊接系統、三維視覺系統和顯示交互系統。

所述機器人系統是調整位置和姿態的執行機構，其為多軸工業機器人系統，包含了機器人本體和機器人控制器；所述焊接系統根據焊接工藝的不同包含了不同的組成部件，用于完成完整的焊接工藝；所述三維視覺系統用于獲取被焊接工件的三維特征信息，其是一個高精度3D相機，所述高精度指的是測量精度高于1mm。所述的3D相機是深度圖幀速率大于1幀每秒的3D相機。所述3D相機是低功耗、小體積、低重量的3D相機。所述3D相機和焊接執行機構，如焊槍，同時掛載在機器人的末端；所述顯示交互系統用于交互拾取三維特征，其包含了至少一個顯示終端，一個圖像處理器，至少一個用于交互輸入的設備。所述顯示終端，其包含但不限于顯示器、投影儀、抬頭顯示設備(HUD)。圖形處理器是包含圖形處理單元的計算機或者包含圖形處理單元的移動終端。所述交互輸入設備是鼠標、或者觸控屏幕、或者手勢跟蹤識別、或者語音識別系統、或者眼球追蹤、或者腦機交互系統、或者肌電交互系統。所述3D相機和焊接執行機構其自身的坐標系和機器人坐標系轉換關系是確定已知的，轉換關系通過預先標定得出。

所述步驟(二)中，獲得的三維模型的方式包含但不限于：使用機器人末端的3D相機進行掃描、拼接、點云融合逆向得到；使用三維CAD軟件建模；使用既有模型進行變換。