[发明专利]三坐标直角机器人线激光焊缝自动跟踪系统及其跟踪方法

摘要

本发明公开了一种三坐标直角机器人线激光焊缝自动跟踪系统，包括包括三坐标直角机器人、工作台、线激光传感器、焊接电源、焊枪、焊接配套设备、焊枪夹持装置、嵌入式工业控制器和工件。本发明还公开了一种应用于三坐标直角机器人线激光焊缝自动跟踪系统的跟踪方法，包括以下步骤1、调整三坐标直角机器人位置；2、得到初始焊缝特征点和相邻区域；3、求出偏差值；4、采集每一帧图像并发送至嵌入式工业控制器；5、使图像纯净度变高；6、将得到的图像进行高斯核相关算法处理；7、将特征空间映射到更高维空间；8、得到新的一帧中焊缝特征点的位置；9、将偏差发送给伺服驱动器；10、完成焊缝自动跟踪。具有提高了焊接精度等优点。

主权项

一种三坐标直角机器人线激光焊缝自动跟踪系统，其特征在于，包括：三坐标直角机器人、工作台、线激光传感器、焊接电源、焊枪、焊接配套设备、焊枪夹持装置、嵌入式工业控制器和工件；所述工件放置在工作台上，工件的位置和倾斜角度可以手动调节，线激光传感器固定安装在焊枪末端，焊枪通过焊枪夹持装置安装在三坐标直角机器人的Z轴上，三坐标直角机器人通过其X轴固定安装在工作台上，嵌入式工业控制器通过以太网线与线激光传感器相连，焊枪和焊接配套设备通过电缆线与焊接电源相连接，线激光传感器和焊枪通过三坐标直角机器人的运动而改变空间位置；所述三坐标直角机器人包括：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X轴方向线性模组、Y轴方向线性模组、Z轴方向线性模组、X轴和Y轴方向线性模组连接板、Y轴和Z轴方向线性模组连接板以及三个弹性联轴器；将线激光传感器中相机采集到的图像先经过预处理后，采用高斯核相关跟踪算法，得到当前帧图像中焊缝中心特征点的像素坐标值，将该坐标值转换成相机坐标系下的三维坐标值之后，把该值与初始值的偏差值通过TwinCAT软件实时发送给三坐标直角机器人，从而带动焊枪完成自动焊接；线激光传感器采集到焊缝的图像并发送回嵌入式工业控制器，控制器通过调用Halcon软件的库函数进行初始化，得到初始的焊缝特征点和相邻区域；嵌入式工业控制器将得到的初始特征点像素坐标值转换成相机坐标系下的三维坐标值，并以此坐标值作为基准与以后得到的坐标值进行比较，从而求出偏差值；线激光传感器以每秒60帧的速率不断地采集捕捉到的图像并发送给工业控制器进行处理计算；嵌入式工业控制器首先将得到的图像进行阈值处理、二值化和三幅图像相乘处理，使得得到的焊接图像中飞溅和弧光噪声大大减小，使得图像纯净度变高；将得到的图像进行高斯核相关算法处理，首先以初始的特征点为中心提取正样本，并在其周围提取负样本来进行样本训练，并通过循环矩阵来实现样本之间的转换；为了简化计算，引入高斯核函数将特征空间映射到更高维空间；通过傅里叶逆变换计算出新的一帧图像中特征点的坐标值；嵌入式工业控制器将得到的偏差值通过TwinCAT实时内核发送给伺服启动器；伺服驱动器给伺服电机发送一系列的脉冲，伺服电机通过弹性联轴器带动三坐标直角机器人运动，固定在三坐标直角机器人Z轴末端上的焊枪便会运动到焊缝中心点完成整个自动焊接过程。