[發明專利]基于線激光掃描的相貫線結構自動裝配方法及系統

有效

• 申請號: 202111182334.1
• 申請日: 2021-10-11
• 公開（公告）號: CN114043111B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 張軻;王皖勇;張宇輝
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K37/00;G06T3/00;G06T7/73;G06T7/13;G06T5/00;G06T7/136;G06T7/187
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種基于線激光掃描的相貫線結構自動裝配方法及系統，包括以下步驟：步驟S1：構建自動裝配系統；步驟S2：通過激光位移傳感器掃描相貫線安裝孔邊緣位置的變化，并存儲點云數據；步驟S3：對所獲取的點云數據進行預處理，將點云數據轉化成二維圖像；步驟S4：對二維圖像圖區邊緣曲線特征，獲取曲線頂點坐標位置，計算出相貫線安裝孔在軸線方向以及豎直方向的位置偏差和偏差角；步驟S5：獲取偏差數據后對相貫線安裝孔進行回正和定位，對空間曲線焊接軌跡進行修正。本發明通過采用激光結構光掃描部分安裝孔輪廓即可實現定位裝配功能，保證精度的同時也提高了效率。

技術領域

本發明涉及智能焊接裝配定位領域，具體地，涉及一種基于線激光掃描的相貫線結構自動裝配方法及系統，尤其是一種基于結構光機器視覺的三維定位方法，用于相貫線結構的自動裝配。

背景技術

在設定裝配機器人在頂面安裝相貫線結構的過程中，開孔的筒形零件安裝到變位機上后，相貫線安裝孔可能并不在頂面的中心位置，同時由于加工以及裝配的原因，可能相貫線安裝孔在軸線方向距基準端面的距離，以及在高低方向與標準位置也有偏差。這使得實現機器人自動安裝相貫線結構零件十分困難，同時也會導致每次焊接軌跡需要重復示教。因此我們需要通過機器視覺對相貫線安裝孔進行定位識別。

經對現有技術文獻檢索分析，目前待焊件安裝及定位的方法中，所采用的機器視覺技術大體分為兩類，一類是采用雙目視覺的方法，如專利公開號為CN106624709A的中國專利文獻所公開的“基于雙目視覺的裝配系統及裝配方法”，通過對雙目相機獲取的圖像數據進行整合和處理獲得裝配位置的空間信息，但受制于相機參數標定與手眼標定過程中的誤差，其精度對精密裝配而言依然不足。

另一類則是采用結構光的方法，如專利公開號為CN211539974U的中國專利文獻所公開的“一種用于船舶小組立機器人在線自動焊接3D掃描設備”，專利公開號為CN210549317U的中國專利文獻所公開的“基于結構光的實訓用自動裝配裝置”等，通過結構光傳感器對待焊件進行掃描，獲取其完整的空間信息從而實現定位，常用的結構光有光柵以及單線激光等。投影光柵的方式對環境要求高，不適用于復雜的實際生產過程中，而單線激光掃描的方式往往需要掃描整個待焊件，耗費時間長，不利于提高生產效率。

上述兩種方法均存在一定的局限性，無法有效地用于筒體相貫線結構裝配以及焊接的生產環節當中，因此需要一種高效高精度的自動裝配方法。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于線激光掃描的相貫線結構自動裝配方法及系統。

根據本發明提供的一種基于線激光掃描的相貫線結構自動裝配方法，包括以下步驟：

步驟S1：構建自動裝配系統；

步驟S2：通過激光位移傳感器掃描相貫線安裝孔邊緣位置的變化，并存儲點云數據；

步驟S3：對所獲取的點云數據進行預處理，將點云數據轉化成二維圖像；

步驟S4：對二維圖像圖區邊緣曲線特征，獲取曲線頂點坐標位置，計算出相貫線安裝孔在軸線方向以及豎直方向的位置偏差和偏差角；

步驟S5：獲取偏差數據后對相貫線安裝孔進行回正和定位，對空間曲線焊接軌跡進行修正。

優選的，所述步驟S1中的自動裝配系統包括工控機、旋轉變位機、機器人、機器人控制柜、機械抓手以及激光位移傳感器，所述工控機與機器人控制柜通過總線相連，從而控制機器人、機械抓手以及作為機器人外部軸的旋轉變位機的運動；所述激光位移傳感器與機械抓手固定連接，安裝在機器人末端，所述激光位移傳感器通過總線與工控機相連。

優選的，所述步驟S3中的預處理包括中值濾波處理、灰度圖化處理、二值化處理以及圖像開運算處理。

優選的，所述步驟S4包括以下子步驟：