[发明专利]一种激光生物组织焊接焊缝自适应路径规划装置及其方法

权利要求书

1.一种激光生物组织焊接自适应路径规划装置，其特征在于，包括：

一多束激光平行扫描发射装置，设有激光发生器，激光分束器；激光分束器将一道激光分成多束；

激光分束器将光束平行出射；根据激光束个数需求可调整分束器，并调整光束之间的距离间隔；

所述的激光分束器内含有光束数调节装置，对光束个数n进行调节；

所述的n为1～3；

还设有光学过滤器包括支架及滤光片；其中滤光片用于过滤干扰光，提高成像质量及精度，进而提高识别能力；

光学传感装置为具有CCD相机组成的视觉传感系统；

设有计算机根据叠加获得的图像对特征值进行提取，判断焊缝所在位置，并根据激光测距所获得的生物组织三位坐标绘制空间模型，进行路径规划。

2.根据权利要求1所述的激光生物组织焊接自适应路径规划装置，其特征在于，所述的激光分束器通过调节光子晶体光纤，改变分光后得到的光束之间的距离；激光分束器内设有遮光板，可遮住不需要的光束，调节光束数量。

3.根据权利要求1所述的激光生物组织焊接自适应路径规划装置，其特征在于，所述的光学过滤器中的滤光片为宽带滤光片，对波长200-380nm波段的紫外线和大于700nm的红外线的透过率小于3*10^-4。

4.根据权利要求1所述的激光生物组织焊接自适应路径规划装置，其特征在于，所述的光学传感装置与计算机相连，通过软件图像处理，自动实时修正焊接激光位置，将焊点位置变动信息编程传输至机械手臂。

5.根据权利要求1所述的激光生物组织焊接自适应路径规划装置，其特征在于，激光扫描过程中，移动间隔为2mm。

6.一种激光生物组织焊接焊缝自适应路径规划方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤1，根据目标生物组织的物理光学特性，设置对应的发射率，根据焊缝长度确定所需激光束数量n；

步骤2，根据被焊切口长度，调节激光分束器，获得适宜的激光束间距s，1mm≤s≤3mm，且3≤n×s≤5；

步骤3，启动光学传感装置，获得光学图像；激光扫描焊缝，移动间隔为2mm；

步骤4，根据光学传感器获得的生物组织光学特性，焊接数据库软件自动搜索匹配数据库中对应焊接工艺参数，打开焊接指示红光光源，等待焊接；

步骤5，根据光学传感装置获得的实时图像，在Matlab中通过图像识别算法，寻找特征点，辨识焊接开始点：对获取的激光与自然光图像进行时间与空间维度上的叠加，增强图像中焊缝的可识别度，提高焊缝识别精度，降低生物组织焊接过程中因激光扫描区域过大造成的不必要的热损伤；具体为：

对叠加生成的图像进行激光线条畸变点的提取，以及自然光条件下焊缝区阴影的灰度特征值进行提取，二者叠加，生成识别的焊缝三维坐标数据；

激光对生物组织进行扫描测距获得各区域三维空间坐标点，生成生物组织数据模型，并将焊缝数据叠加其中，根据焊缝形状对其进行路径规划填充，路径有锯齿形路径，直线路径，分段路径。

当识别到图像由断点直线变成连续直线时，视为焊接结束特征点，关闭激光器，完成焊接。

7.根据权利要求6所述的激光生物组织焊接焊缝自适应路径规划方法，其特征在于，所述的激光束数量n为1～3。

8.根据权利要求6所述的激光生物组织焊接焊缝自适应路径规划方法，其特征在于，步骤1中，所述的自适应焊接参数，根据目标生物组织的光学特性，反射系数、透射系数确定。

9.根据权利要求6所述的激光生物组织焊接焊缝自适应路径规划方法，其特征在于，当连续直线变成中间有断点偏移的图像时，给与焊接激光开始焊接的信号，并同时将断点位置信息传输给机械手臂，以此实时根据图像信息修改激光焊接位置，实现焊缝跟踪；且由于有多条成像激光，最前端激光成像获得的位置信息会提前处理，减少因焊缝形状剧烈变化而给系统带来的反应时间。

10.根据权利要求6所述的激光生物组织焊接焊缝自适应路径规划方法，其特征在于，当焊接过程中由于组织脱水，蛋白质变性造成变形收缩改变焊缝形状位置，激光跟踪系统予以实时修正。