[发明专利]复杂焊缝外观质量自动检测方法及装置

权利要求书

1.一种复杂焊缝外观质量自动检测方法，其特征在于：采用工业机器人带动二维激光测距传感器在复杂焊缝表面进行多次多角度的全覆盖扫描检测，并通过坐标变换、数据缝合的处理，完成对复杂焊缝的检测与评估，包括如下步骤：

步骤一、设备安装；

步骤二、获取焊缝表面轮廓数据；

步骤三、焊缝表面轮廓数据处理：

3.1、建立测量系统坐标系：

复杂焊缝外观质量检测系统共有三个坐标系，分别为工业机器人基坐标系A、工业机器人法兰盘坐标系B、传感器坐标系C；其中，工业机器人法兰盘坐标系B相对于工业机器人基坐标系A的旋转矩阵为位置矢量为P_BA；传感器坐标系C相对于工业机器人法兰盘坐标系B的旋转矩阵为位置矢量为P_CB；旋转矩阵均为3×3的矩阵，位置矢量均为3×1的列向量；

设空间内任意一点O在A、B、C三个坐标系下的坐标分别为O_A＝(XYZ)^T,O_B＝(x₁y₁z₁)^T,O_C＝(xyz)^T,则有：

传感器坐标系C到工业机器人法兰盘坐标系B的变换为

工业机器人法兰盘坐标系B到工业机器人基坐标系A的变换为

传感器坐标系C到工业机器人基坐标系A的变换为

由式(3)可推出

其中，矩阵X为传感器坐标系C到工业机器人法兰盘坐标系B的变换关系矩阵，矩阵R为工业机器人法兰盘坐标系B到工业机器人基坐标系A的变换关系矩阵，包含了位置变换和姿态变换；

在对点O进行测量时，不断变换工业机器人的位态，坐标O_A始终保持不变，则有：

其中，R₁，R₂，…，R_n从机器人中输出，O_C1，O_C2，…，O_Cn从传感器中输出，矩阵X从等式中求出；根据式(4)、(5)，将传感器坐标系转换成工业机器人基坐标系，方便对获取的复杂焊缝表面轮廓数据进行统一处理；

3.2、焊缝整体表面轮廓数据处理：

针对形状与结构极其复杂的焊缝，工业机器人带动传感器扫描一次，不能获取全部的焊缝表面轮廓数据，需要两次甚至多次的扫描，才能获取完整的焊缝表面轮廓数据；

传感器扫描两次或者多次，所获取的轮廓数据分别为p₁₁，p₁₂，……，p_1n；p₂₁，p₂₂，……，p_2n；p_n1，p_n2，……，p_nn；需将每次扫描所获取的复杂焊缝表面轮廓数据均代入式(4)中的O_A进行坐标变换；

其中，X根据式(6)求出，R从工业机器人中输出，O_A为传感器每次获取的数据，焊缝轮廓点在机器人基坐标系下的坐标O_C得出；

在同一坐标参考系下，将多次获取的复杂焊缝表面轮廓数据进行处理；利用数据处理软件，将重复获取的冗余数据进行分割和删除，并将离散的数据进行缝合，从而在三维空间内形成复杂焊缝整体的表面三维立体图像；

根据拟合出的复杂焊缝表面三维立体图像，自动计算出焊缝外观特征尺寸，包括余高、熔宽、角变形量以及表面缺陷，也可对焊缝的整体外观质量以及焊件的整体焊接变形进行评估和分析。

2.根据权利要求1所述的复杂焊缝外观质量自动检测方法，其特征在于：步骤一所述的设备安装，具体是：

1.1、安装并固定工业机器人，将被测复杂焊缝放置于工业机器人的工作范围之内；

1.2、将传感器支架安装在工业机器人工作手臂末端的法兰盘上，并将二维激光测距传感器固定在传感器支架上；

1.3、将工业计算机安装在焊缝外观检测工作台旁边，并通过专用线分别与工业机器人和二维激光测距传感器连接，反馈工业机器人的位姿数据和传感器的测量数据。