[发明专利]一种基于3D视觉的离线编程激光焊缝跟踪系统

说明书

本发明明融合采用3D视觉重构技术、离线编程技术和焊缝跟踪技术，实现焊接现场无人化，提供一种基于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，获取工件和夹具等焊接现场的点云数据；本发明将3D视觉模型重构、离线编程和激光焊缝跟踪三个技术融合应用，实现焊接现场无人化。目前激光焊缝跟踪技术已经可以解决一部分焊接路径变化大而频繁示教的问题，离线编程可以直接生成机器人加工，但需要基于标准模型，本发明将日趋成熟的3D视觉重建技术应用于焊接应用，通过重构焊接现场，既减少了焊接现场焊接程序示教的繁琐，提高焊接的效率。

技术领域

本发明涉及激光焊缝跟踪领域，尤其涉及一种基于3D视觉的离线编程激光焊缝跟踪系统。

背景技术

焊接一直在工业生产中扮演了极为重要的角色，现有焊接机器人大多属于现场手动示教型或离线编程型，这两种方法焊接机器人的焊接参数和焊接路径都是在生产前进行规划，使焊接机器人在工作空间内可以高精度地重复已规划运动。

但焊接现场一般作业环境比较差，特别一些诸如核辐射、高空、深水、有毒等高危险环境中进行焊接作业，现场手动示教危险性较高，无人化、远程遥控操作焊接机器人成为一种可能的解决方案。这就要求能够重构焊接现场的复杂环境，并找到焊缝。当前焊接机器人绝大多数属于第一代现场示教型或者第二代离线编程型的。现场示教型在实际应用中不仅示教效率低，焊接现场环境声音嘈杂、粉尘多，特别一些诸如核辐射、高空、深水、有毒等高危险环境中进行焊接示教作业，人身危险性较高。现场示教型编程和离线规划编程，在实际应用中都将面对的一个关键性问题是编制程序对于现场实际环境的适应性，而出现该问题的最主要原因则是现场焊接环境中的各种实际要素相对于编程时相应的理想要素的变化，尤其在批量化的生产方式中，焊接对象在位姿与尺寸上不可预知的误差则是最主要的原因，其中既有加工和装配上的误差所导致的焊缝位置和尺寸的静态变化，另外还有焊接过程中工件受热及散热条件的改变所造成的焊道的动态变形。解决误差问题一般有两种思路，一种是通过采用提高工件的加工精度、提高工装夹具的装配精度及严格控制机器人示教轨迹的方式来减小环境及应用中的误差，但这种做法将明显提高企业的生产制造成本和时间消耗成本。另外一种方法是自适应焊缝跟踪，专利《基于离线规划的弧焊机器人激光视觉焊缝跟踪控制方法》(CN102430841A)描述了一种使用激光视觉实现焊缝跟踪的方法。

自适应焊缝跟踪一般要求提供工件的标准CAD三维模型，但焊接件既有加工和装配上的误差所导致焊缝位置和尺寸变化比较大，解决偏差问题一般有两种思路，一种是通过采用提高工件的加工精度、提高工装夹具的装配精度及严格控制机器人示教轨迹的方式来减小环境及应用中的误差，但这种做法将明显提高企业的生产制造成本和时间成本。

发明内容

根据以上技术问题，本发明明融合采用3D视觉重构技术、离线编程技术和焊缝跟踪技术，实现焊接现场无人化，提供一种基于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，获取工件和夹具等焊接现场的点云数据；

2、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、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、夹具和焊接平台等；

4、3D模型加载到离线编程软件中，离线编程软件中可以对模型进行旋转平移和选择模型上的点线面等基础操作；

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，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；