[发明专利]一种基于3D视觉的离线编程激光焊缝跟踪系统

权利要求书

1.一种基于3D视觉的离线编程激光焊缝跟踪系统，其具体操作流程为：

(1)、3D相机安装于焊接工件上方，工件安装好后远程触发拍照，获取工件和夹具焊接现场的原始三维点云数据；

(2)、原始三维点云数据预处理，包括点云坐标变换，点云分割提取、点云噪点剔除和点云数据简化；

(3)、原始三维点云数据预处理后生成焊接现场3D模型，进行焊接现场3D模型重构，模型信息包含焊接工件、夹具和焊接平台；

(4)、重构的3D模型加载到离线编程软件中，离线编程软件中能够对模型进行旋转平移和选择模型上的点线面基础操作；

(5)、在离线编程软件中人工指定焊接路径的起点和终点及焊接路径的焊接顺序，离线编程软件根据模型自动生成焊枪的位姿，所述离线编程软件根据人工指定的焊接起点和终点生成含有位姿的焊接路径，并且支持人工设定单条焊接路径的焊接顺序，能够减小焊接空行程和有效避障；最后生成机器人可执行的焊接文件；

(6)、焊接文件通过远程方式下载到机器人控制器中并被加载为机器人当前执行程序；

(7)、预装在机器人末端焊枪上的激光器从焊接路径的起点开始扫描；

(8)、激光器根据离线编程软件生成的焊接路径到达焊接起始设置点和提前预设的焊缝类型开始扫描，激光器获取的焊缝数据标定后传输到机器人控制系统中能够直接补偿到焊接路径中，机器人自适应调整焊接姿态和位置并生成焊接跟踪路径，包含焊缝位置数据和焊接工艺姿态；

(9)、机器人开始焊接并边扫边焊；

(10)、机器人运行到单条焊接路径终点，关闭激光器和焊机，完成单条焊缝焊接；

(11)、机器人执行下一条指定的焊接路径，重复7～10步骤完成单条焊缝焊接，所有焊接路径执行完焊接结束；

其中，所述原始三维点云数据预处理和焊接现场3D模型重构通过三维视觉采集模块进行，三维视觉采集模块采集工件表面数据信号得到原始三维点云数据，在生成模型文件STL之前需要做处理，具体包括：

点云坐标变换：求解出视觉坐标系和机器人坐标系之间的坐标变换矩阵，将获取的原始三维点云数据由扫描设备坐标表达转化成由机器人坐标表达；

点云降噪滤波：剔除原始三维点云数据中的离群噪点，假定任意一点与其周围临近的K个点的平均距离满足高斯分布，设置滤波阈值对离群噪点进行剔除；

点云数据模型重构：在保证焊接现场点云几何特征的情况下，尽可能减少三维点云的数据量，生成优化三维STL焊接现场重构模型。

2.按照权利要求1所述的一种基于3D视觉的离线编程激光焊缝跟踪系统，其特征在于在激光器将焊缝数据传给机器人前，需要实现激光焊缝跟踪器坐标系和机器人坐标系之间的坐标变换，也即标定，此后激光器测量的偏移值能够直接转换成机器人的目标点。

3.按照权利要求1所述的一种基于3D视觉的离线编程激光焊缝跟踪系统，其特征在于所述焊缝焊接具体方法为，当机器人沿着焊接路径往前行进一定距离后，焊枪从焊缝起点开始起弧；当焊枪运动到焊接路径的终点，焊缝特征结束，焊枪行进到终点终止焊接，从而切换到下一条焊接路径中。