[发明专利]基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器及跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器及跟踪方法，包括被动立体视觉组件，在覆盖工件范围内获取工件图像信息，输入至嵌入式图像处理电路；激光主动立体视觉组件，在工件焊缝范围内获取图像信息，输入至嵌入式图像处理电路；嵌入式图像处理电路，根据被动立体视觉组件图像信息得到焊缝大致位置，引导焊接机器人运动至焊缝附近；根据焊缝图像信息解算获得寻位模式下焊缝精确位置和跟踪模式下焊缝实时位置信息，并传输至焊接机器人控制系统。本发明通过主动激光立体视觉弥补被动立体视觉环境适应性差的不足，提升焊缝定位精度，解决激光主动立体视觉传感器需人工示教焊缝起点以及基于先验信息工作的问题。

技术领域

本发明属于焊接机器人技术领域，具体涉及一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器及跟踪方法。

背景技术

焊接技术是工业生产中非常重要的一项工艺，在多个领域具有广泛应用。焊接机器人由于具有可重复、可编程和精度高等优点而被广泛地应用于焊接领域，从而极大地提高了焊接效率和焊接质量。但是现有的焊接机器人一般为“示教再现”型机器人，即需要人工参与耗时冗长的标校工作，该类焊接机器人缺乏“柔性”。因此，为了提高焊接的柔性程度，可以采用传感器来获取待焊接工件的焊缝信息。在众多传感器中，视觉传感方式由于具有非接触、高精度和信息量大等优点而被广泛应用。所以，设计合理、高效的视觉传感器在提高机器人焊接的自动化水平上显得尤为重要。

目前，国内外研究比较成熟的焊缝传感器为激光主动立体视觉传感器，具有焊缝寻位和跟踪功能，此类传感器主要缺陷如下：

1)工作的前提是焊缝在传感器视场范围内，传感器安装于机器人机械臂上后，需要人工操作机器人将机械臂引导至传感器视场范围内，因此此类传感器集成于焊接机器人后需人工参与引导，无法自动在大范围内搜索焊缝位置，即容差能力弱，无法适应焊接场景常见的下料、组对和装夹偏差；

2)传感器焊缝信息提取多基于PC平台进行，具有环境适应性差、功耗和体积大缺点。

因此，研制功能强大、适应工业现场使用的焊缝传感器具有重大意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器。该传感器集成于焊接机器人系统后，可减少当前焊接机器人领域人工参与程度，提高焊接效率和自动化程度。

本发明的另一目的在于提供一种所述传感器的焊缝寻位跟踪3D视觉跟踪方法，通过激光主动立体视觉弥补被动立体视觉环境适应性差的不足，提升焊缝定位精度，解决激光主动立体视觉传感器需人工示教焊缝起点以及基于先验信息工作的问题。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种基于嵌入式平台的焊缝寻位跟踪3D视觉传感器，包括：

被动立体视觉组件，在覆盖整个工件范围内获取工件图像信息，并将工件图像信息输入至嵌入式图像处理电路；

激光主动立体视觉组件，在工件焊缝范围内获取焊缝图像信息，并将工件焊缝图像信息输入至嵌入式图像处理电路；

嵌入式图像处理电路，根据被动立体视觉组件的图像信息得到焊缝大致位置，进而引导焊接机器人运动至焊缝附近；根据激光主动立体视觉组件的焊缝图像信息解算获得寻位模式下焊缝的精确位置和跟踪模式下焊缝的实时位置信息，并传输至焊接机器人控制系统。

优选的，所述被动立体视觉组件包括至少一对图像采集单元Ⅰ、Ⅱ，一对图像采集单元呈一定夹角δ布置。

优选的，所述夹角δ与待焊工件大小,图像采集单元I、II参数以及一对图像采集单元的基线距有关，确定方法如下：

第一步：根据图像采集单元选型确定相机视场：Lx和Ly分别为所选图像采集单元的耙面尺寸，f为图像采集单元中镜头的焦距，h为图像采集单元的工作距离；