[發明專利]復雜焊縫外觀質量自動檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 202211331031.6
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115682933A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 徐國成;劉政達;董娟;谷曉鵬
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/16;G01B11/24
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

1.一種復雜焊縫外觀質量自動檢測方法，其特征在于：采用工業機器人帶動二維激光測距傳感器在復雜焊縫表面進行多次多角度的全覆蓋掃描檢測，并通過坐標變換、數據縫合的處理，完成對復雜焊縫的檢測與評估，包括如下步驟：

步驟一、設備安裝；

步驟二、獲取焊縫表面輪廓數據；

步驟三、焊縫表面輪廓數據處理：

3.1、建立測量系統坐標系：

復雜焊縫外觀質量檢測系統共有三個坐標系，分別為工業機器人基坐標系A、工業機器人法蘭盤坐標系B、傳感器坐標系C；其中，工業機器人法蘭盤坐標系B相對于工業機器人基坐標系A的旋轉矩陣為位置矢量為P_BA；傳感器坐標系C相對于工業機器人法蘭盤坐標系B的旋轉矩陣為位置矢量為P_CB；旋轉矩陣均為3×3的矩陣，位置矢量均為3×1的列向量；

設空間內任意一點O在A、B、C三個坐標系下的坐標分別為O_A＝(XYZ)^T,O_B＝(x₁y₁z₁)^T,O_C＝(xyz)^T,則有：

傳感器坐標系C到工業機器人法蘭盤坐標系B的變換為

工業機器人法蘭盤坐標系B到工業機器人基坐標系A的變換為

傳感器坐標系C到工業機器人基坐標系A的變換為

由式(3)可推出

其中，矩陣X為傳感器坐標系C到工業機器人法蘭盤坐標系B的變換關系矩陣，矩陣R為工業機器人法蘭盤坐標系B到工業機器人基坐標系A的變換關系矩陣，包含了位置變換和姿態變換；

在對點O進行測量時，不斷變換工業機器人的位態，坐標O_A始終保持不變，則有：

其中，R₁，R₂，…，R_n從機器人中輸出，O_C1，O_C2，…，O_Cn從傳感器中輸出，矩陣X從等式中求出；根據式(4)、(5)，將傳感器坐標系轉換成工業機器人基坐標系，方便對獲取的復雜焊縫表面輪廓數據進行統一處理；

3.2、焊縫整體表面輪廓數據處理：

針對形狀與結構極其復雜的焊縫，工業機器人帶動傳感器掃描一次，不能獲取全部的焊縫表面輪廓數據，需要兩次甚至多次的掃描，才能獲取完整的焊縫表面輪廓數據；

傳感器掃描兩次或者多次，所獲取的輪廓數據分別為p₁₁，p₁₂，……，p_1n；p₂₁，p₂₂，……，p_2n；p_n1，p_n2，……，p_nn；需將每次掃描所獲取的復雜焊縫表面輪廓數據均代入式(4)中的O_A進行坐標變換；

其中，X根據式(6)求出，R從工業機器人中輸出，O_A為傳感器每次獲取的數據，焊縫輪廓點在機器人基坐標系下的坐標O_C得出；

在同一坐標參考系下，將多次獲取的復雜焊縫表面輪廓數據進行處理；利用數據處理軟件，將重復獲取的冗余數據進行分割和刪除，并將離散的數據進行縫合，從而在三維空間內形成復雜焊縫整體的表面三維立體圖像；

根據擬合出的復雜焊縫表面三維立體圖像，自動計算出焊縫外觀特征尺寸，包括余高、熔寬、角變形量以及表面缺陷，也可對焊縫的整體外觀質量以及焊件的整體焊接變形進行評估和分析。

2.根據權利要求1所述的復雜焊縫外觀質量自動檢測方法，其特征在于：步驟一所述的設備安裝，具體是：

1.1、安裝并固定工業機器人，將被測復雜焊縫放置于工業機器人的工作范圍之內；

1.2、將傳感器支架安裝在工業機器人工作手臂末端的法蘭盤上，并將二維激光測距傳感器固定在傳感器支架上；

1.3、將工業計算機安裝在焊縫外觀檢測工作臺旁邊，并通過專用線分別與工業機器人和二維激光測距傳感器連接，反饋工業機器人的位姿數據和傳感器的測量數據。