[发明专利]一种焊接机器人线结构光视觉传感器离线编程系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种焊接机器人智能化技术领域的系统和方法，特别是一种用于焊接机器人的线结构光视觉传感器离线编程系统和方法。

背景技术

机器人离线编程技术和信息传感技术是机器人焊接智能化的两个重要组成部分。

为了满足焊接生产日益复杂的需求，产生了焊接机器人离线编程技术以代替早期的现场示教方法，特别与焊接设计CAD技术相结合后，机器人的编程效率大为提高。但是为了保证最终的焊接效果，在具体实施中要求具有严格稳定的焊接作业现场条件，因此焊接时缺乏“柔性”，表现出明显的缺点。但是在实际弧焊过程中，焊接条件是经常变化的，如加工和装配上的误差会造成焊缝位置和尺寸的变化，焊接过程中工件受热及散热条件改变会造成焊道变形等。为了克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响，智能化信息传感技术在现代焊接中的地位日益提升。

激光视觉传感器因其更接近于焊接操作员最为频繁使用的“视觉感知”而被引入到焊接检测领域中来，可用于在线焊缝轨迹提取、焊接质量控制、初始焊缝搜索等多种焊接应用场合。但是与早期的现场示教型机器人所遇到的问题相似，绝大多数激光视觉传感器系统都是属于现场编程型的，即需要通过现场与机器人配合调试才能够满足任务要求，如谭民等人在中国专利(200410009931.4，2004-12-2)所介绍的“一种基于激光结构光的焊缝跟踪视觉传感器”，L.Marc Dufour等人在美国专利(4859829，1989-8-22)所介绍的“Adaptive welding control vision head”，V.D.Gorbach等人在《Lasers for Measurments and Information Transfer》(2003，Proc.of SPIE Vol.5381，110-118)所介绍的“Technical Vision System for Arc Welding Process Automatic Control Systems in Shipbuiding”，同样具有占用视觉设备、现场编程调试效率低等缺点，而且当前的传感器往往只适用于有限的几种类型的焊缝特征提取，如赵相宾等人在《焊接学报》(2006，vol27，NO.12：42-44)发表的“激光视觉焊缝跟踪系统图像处理”中所述方法仅适用于V型坡口，李原等人在《传感技术学报》(2006，VOL19，NO.6：2676-2681)发表的“焊缝跟踪视觉传感器中图像多类型特征选择与提取”中所述的方法是针对预留坡口对接类，无坡口直接对接类和左、右搭接3种类型的焊缝。然而，在当前小批量，多样化的现代制造业发展趋势下，越来越多的复杂焊缝特征需要被检测。另外现场示教型传感器系统与机器人离线编程技术的不兼容使得机器人离线编程技术难以发挥优势，这直接影响了焊接机器人智能技术的协同发展与应用。

发明内容

本发明针对上述问题，发明了一种用于焊接机器人的线结构光视觉传感器离线编程系统和方法。

本发明克服现有技术的不足，设计出了一种适用于检测任意焊缝特征的焊接机器人的线结构光视觉传感器离线编程系统，

所述系统主要包括传感器模型、机器人模型、工艺控制规则库、图形编辑界面、检测序列记录和回放以及编程信息输出5大模块。其中：

传感器模型：具有对传感器获取成像信号的过程进行仿真的功能，通过提取仿真的激光信号在工件表面所获得的轮廓，并经由摄像机针孔模型投射至图像平面，以获得最终的工件表面成像轮廓信号。另外通过将图像平面反投至激光平面获得了传感器外部的检测视野，进一步通过3D造型将检测视野实体化，以达到方便用户图形编程的目的，传感头本身的实体模型将作为碰撞检测的基础。

机器人模型：主要通过建立了机器人运动学模型完成机器人单点运动下的机械手末端与各关节角的同步，同时还可以完成关节角限位检测。另外其针对不同的机器人类型包含了不同的用于连接传感器输入信号的通信接口信息。

工艺控制规则库：主要包含了用于不同焊接任务的工艺特征提取规则和不同的机器人用于该类工艺的控制命令相关信息。

图形编辑界面：是系统与用户交互的图形化界面，其不仅可以提供给用户用鼠标与键盘对当前仿真场景中的各实体元素的操作与配置，还可以在仿真的时候显示出各系统当前的运行状态。

检测序列模块：主要是在用户图形编辑的时候保存任务中的关键检测结点处的信息，该类信息包括了单点运动命令、工艺补偿控制命令、工艺特征提取规则以及成像信号模型信息。而依次运行整个操作序列被称为“回放”，这将提供给用户对整个任务的校验的基础。