[发明专利]一种基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接系统及方法

权利要求书

1.一种基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接方法，其特征在于，使用塔脚工件自动焊接系统，所述的塔脚工件自动焊接系统包括相互配合的上位机、机器人控制柜、焊接机器人、二轴变位机和三维结构光相机；

所述的机器人控制柜用于控制焊接机器人的焊接过程和二轴变位机的运动；所述的二轴变位机用于固定焊接工件，并调整焊接工件的角度；所述的三维结构光相机用于拍摄焊接工件的表面点云信息；所述的上位机用于接收三维结构光相机拍摄的工件表面点云信息，进行点云拼接和工件表面重建，完成焊缝提取和焊接机器人的焊接路径规划；

塔脚工件自动焊接方法包括以下步骤：

(1)标定焊接机器人的基座坐标系到二轴变位机的基座坐标系的位姿变换矩阵T_r,m，标定焊接机器人的基座坐标系到三维结构光相机的相机坐标系的位姿变换矩阵T_r,c，根据标定信息确定二轴变位机到三维结构光相机的位姿变换矩阵

(2)通过三维结构光相机拍摄初始位置的焊接工件，将获取的工件表面点云上传到上位机中，随后机器人控制柜控制二轴变位机转动一个确定角度，三维结构光相机继续拍摄并上传工件点云数据，重复转动、拍摄和上传点云数据，直到相机获取到能够覆盖焊接工件全部表面的点云信息；

(3)在上位机中对三维结构光相机获取的每一帧焊接工件的表面点云进行点云预处理，分割出属于工件表面的点云；

(4)在上位机中对焊接工件的表面点云进行拼接和配准，最终重建焊接工件的全部表面点云信息；

(5)在上位机中使用焊缝识别算法对重建的焊接工件的点云数据进行处理，提取出焊接工件中的全部焊缝的三维点云坐标信息；所述的焊缝提取算法具体为：

对重建后的工件表面点云进行以下计算：计算工件表面点云每一点处的边缘强度I和强度I在x,y,z三个方向的分量I_x,I_y,I_z；计算工件表面点云边缘强度I的协方差矩阵H，计算协方差矩阵H的特征值，然后根据特征值计算工件点云的边缘响应函数R，根据边缘响应函数R的计算结果确定焊缝的位置坐标；

(6)根据提取出的全部焊缝的三维点云坐标信息在上位机中进行焊接路径规划，并将规划出的焊接路径参数发送给机器人控制柜，指导焊接机器人进行焊接。

2.根据权利要求1所述的基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接方法，其特征在于，所述的二轴变位机上设有用于固定焊接工件的夹具。

3.根据权利要求1所述的基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接方法，其特征在于，所述的三维结构光相机通过铰链固定在扫描架上，所述三维结构光相机的高度和角度通过调节铰链的位置进行调整。

4.根据权利要求1所述的基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的点云预处理具体为：对所有工件表面点云进行直通滤波去除工件表面以外的背景点云和噪声；对滤波后的所有工件表面点云进行下采样提高点云处理速度。

5.根据权利要求1所述的基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接方法，其特征在于，步骤(4)中，对焊接工件的表面点云进行拼接和配准时，根据二轴变位机到三维结构光相机的位姿变换矩阵T_m,c以及二轴变位机对应的转动角度进行点云拼接和使用配准算法进行精配准。

6.根据权利要求1所述的基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接方法，其特征在于，步骤(6)的具体过程为：

上位机根据提取的焊缝三维点云坐标信息进行焊接路径规划，生成焊接路径、轨迹参数和焊接工艺参数，完成规划后将规划信息发送给机器人控制柜，由机器人控制柜控制焊接机器人进行焊接。