[发明专利]一种三维视觉跟踪焊接机器人及其控制方法

说明书

本申请涉及一种三维视觉跟踪焊接机器人及其控制方法，一种三维视觉跟踪焊接机器人包括机架、工作台、焊接机构、视觉跟踪系统、仿真系统和控制系统。焊接机构包括激光焊头和安装架。视觉跟踪系统包括三维相机、支撑架、焦点模块和焊缝模块，三维相机用于抓取物料焊缝图像，焦点模块用于检测激光焦点，焊缝模块用于检测物料待加工焊缝位置、实际加工过程的焊缝状态和焊缝加工后的质量标定。本申请的一种三维视觉跟踪焊接机器人，采用仿真系统设定标准焊缝参数，根据焦点模块和焊缝模块检测信号生成基础焊缝路径与仿真系统设定的标准焊缝焊缝对比，得到路径偏差后实时调整，能够三维视觉跟踪高精度持续焊接，并以三维数字模型显示，方便使用。

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体为一种三维视觉跟踪焊接机器人及其控制方法。

背景技术

焊接是一个结合了光、电、热、力的综合加工过程，在焊接过程中产生的热量会使焊接工件产生较大的热变形，从而产生焊接位置偏差，为了克服这种偏差的影响，目前主要使用两种方式，一种采用高精度的夹具定位。另一种采用传感器进行焊缝跟踪，通过比较发现，采用跟踪的方法比采用精确的夹具经济得多。

焊缝跟踪系统因为传感器的不同分为电弧传感、接触传感、超声波传感、视觉传感，其中，视觉传感由于可以远离电弧强光强热区，采集信息量大，受到人们的青睐。视觉传感器的功能是把光学图像转换成电信号，即把人射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息（如：可见光，激光，X射线，红外线，紫外线或电子轰击等）转换为按时序串行输出的电信号，即转换为视频信号。

目前在焊接中应用较广的视觉传感器是CCD摄像机，分为线阵和面阵，线阵CCD摄取的是一维图像，而面阵CCD可摄取二维平面图像。视觉传感器摄取的图像经空间采样和模数转换后变成一灰度矩阵，送入计算机存储器中，生成数字图像。CCD在工作时，当数据量大的时候就发生信号“拥堵”，因此无法满足焊接高速读取高清数据的需要。另外一维和二维的平面图像需要专业人士进行人工判定和解读，增加了焊接生产管理成本，不利于大面积持续自动化作业。并且现有的视觉传感器，在摄取过程中，受各种条件的限制和随机因素的干扰，往往要对其进行图像变换、增强或恢复等预处理，将三维立体焊缝转化成可操作的一维和二维模型，从而造成过滤噪声、校正灰度和畸变等现象，需要增加控制变量参数，再发送到执行机构，避免干扰，从而实现对焊缝的跟踪控制。这就导致在实际操作中，视觉传感器会出现处理速度慢、易失真等问题。另外，现有的焊接装置，焊接路径单一，很难实现复杂的焊接路径轨迹。

因此，急需一种高精度、处理速度快并且方便使用的焊接机器人，本发明提供一种三维视觉跟踪焊接机器人及其控制方法，采用仿真系统设定标准焊缝参数，根据焦点模块和焊缝模块检测信号生成基础焊缝路径与仿真系统设定的标准焊缝焊缝对比，能够以高精度的状态进行焊接，克服了传统一维和二维存在的焊缝偏差和三维转化的误差，并以三维数字模型显示，方便使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维视觉跟踪焊接机器人及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种三维视觉跟踪焊接机器人，包括机架、工作台、设置在工作台上的焊接机构、视觉跟踪系统、仿真系统和控制系统，所述焊接机构包括激光焊头和安装激光焊头的安装架，所述安装架固定设置在工作台一侧，安装架内部活动安装电机驱动的转轴A，所述激光焊头后端固定在转轴A上，转轴A能够带动激光焊头上下移动。工作台设置物料区，待焊接的物料提前固定在物料区内。视觉跟踪系统包括三维相机、固定三维相机的支撑架、焦点模块和焊缝模块，所述支撑架呈L型，下端竖直固定设置在机架上，上端作为悬臂固定在物料区上端，所述三维相机用于抓取物料焊缝图像，焦点模块采用阈值分割法检测激光焦点，焊缝模块采用灰度投影法检测焊缝的实际状态，焊缝模块还用于检测物料待加工焊缝位置和焊缝加工后的质量标定，视觉跟踪系统、仿真系统、控制系统彼此通信连接，工作台、焊接机构与控制系统电性连接。仿真系统能够设定标准焊缝参数并生成标准焊缝路径，所述控制系统能够根据焦点模块和焊缝模块检测信号生成基础焊缝路径与仿真系统设定的标准焊缝路径实时对比，并根据对比误差自动调整焊接路径填补偏差。