[发明专利]一种基于视觉示教的线激光焊缝自动跟踪系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉示教的线激光焊缝自动跟踪系统，包括六自由度工业机器人、机器人控制柜、焊枪、线激光视觉传感器、手持示教装置、气缸、工控机和工作台。本发明还公开了一种基于视觉示教的线激光焊缝自动跟踪方法，包括步骤：S1、焊接开始前，通过手持示教装置预示教焊接路径与焊枪姿态；S2、焊接开始后，线激光视觉传感器连续采集每一帧图像发送至工控机，进行特征提取得到焊缝特征点坐标和相邻区域；S3将焊缝特征点坐标实时的发送给六自由度工业机器人，实现六自由度工业机器人的焊缝自动修正路径与跟踪功能。本发明提高了焊接效率及精度。

技术领域

本发明涉及机器人自动焊接领域，特别涉及一种基于视觉示教的线激光焊缝自动跟踪系统及方法。

背景技术

焊接机器人在实施焊接时需要大量的人工辅助工作，大多数通过“手动示教+记忆再现”的固定模式完成焊接任务，即在焊接前，利用示教器手动控制焊接机器人运动，使得安装于机器人末端的焊枪从焊缝的起点运行到终点，期间通过目测的方式对轨迹路径、焊枪姿态等参数进行规划，使得焊枪在焊接过程中以恰当的速度移动并始终对准焊缝路径，实际焊接时，则利用之前示教获得的运动信息进行焊接作业，这种示教方式复杂，费时费力。

而且在实际焊接应用中，由于工件装夹误差、振动移位、受热变形等因素的影响，焊缝的实际轨迹与示教轨迹间不可避免地存在偏差，显然，这种工作模式的机器人不能根据轨迹的变化作出相应的修正动作，从而影响最终的焊接质量与精度；而且，示教再现方式只能应用于工件焊缝形状都一致的场合，每换一次与之不同的工件，都需要重新示教编程，特别对于工件数量少、焊缝形状复杂的工件来说，繁琐的示教工作极大地限制了焊接机器人的易用性,因此，开发出具备环境感知和自我认知功能的智能焊接系统是解决上述问题最为有效的途径。

因此，为了能够满足对于工件本身加工精度，减少因每次工件形状改变而进行重新示教所花费的时间，应该对焊接机器人加装视觉系统来满足现代工业对焊接技术的要求。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于视觉示教的线激光焊缝自动跟踪系统及方法，解决了现有的焊接机器人焊接工件之前必须先进行复杂的示教操作，效率低下以及不能实时修正路径的问题。

本发明的首要目的通过下述技术方案来实现：

一种基于视觉示教的线激光焊缝自动跟踪系统，其包括多自由度工业机器人、机器人控制柜、焊枪、线激光视觉传感器、手持示教装置、气缸、工控机和工作台，所述工控机与机器人控制柜、所述线激光视觉传感器相连，所述线激光视觉传感器安装在所述焊枪末端，所述焊枪固定在多自由度工业机器人上并随着机器人运动而改变空间位置。

所述多自由度工业机器人包括伺服系统和运动系统，所述伺服系统包括伺服电机和伺服驱动器；所述运动系统包括多自由度机械臂，所述焊枪固定在所述多自由度机械臂上。

线激光视觉传感器通过一套可调节高低和角度的夹持装置安装在焊枪末端，所述夹持装置包括绝缘连接板和夹持器，绝缘连接板将线激光视觉传感器与焊枪绝缘，所述夹持器上设置有多个调节螺孔，通过将调节螺孔错开对应在不同高度的位置并用螺丝固定，可以调整线激光视觉传感器相对焊枪的高度，所述绝缘连接板的背后通过螺丝与夹持器的下端进行可转动连接，并且通过设置的弧形调节孔在不同转动角度位置上的固定实现传感器整体相对于焊枪的角度调整。

所述线激光视觉传感器内部包含两个相同的立体视觉模块、一个激光发生器和一个图像高速采集模块，所述立体视觉模块采用工业相机，所述激光发生器采用一字线的激光器，所述图像高速采集模块采用板级相机，两个工业相机设置在激光器和板级相机的两侧，所述激光器倾斜地固定在板级相机的前方，使得激光器发出的激光在板级相机的视场范围里。

所述手持示教装置包括信息发送单元、特征识别单元和位姿测量杆件；所述手持示教装置中的特征识别单元可被立体视觉模块完整清晰拍摄并以图片信息保存，所述手持示教装置的信息发送单元采用有线传输或无线传输或有线和无线传输方式与立体视觉模块进行信息交互。