[发明专利]一种基于前置式激光视觉传感的焊缝跟踪离线规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人智能化焊接应用领域的方法，特别是一种基于前置式激光视觉传感的焊缝跟踪离线规划方法。

背景技术

当前焊接机器人绝大多数属于第一代现场示教型或者第二代离线编程型的，但是不管是现场示教型编程还是离线规划编程，在实际应用时都将面对的一个关键性的问题就是编制的程序对于现场实际环境的适应性，而出现该问题的最主要的原因则是现场的焊接环境中的各种实际要素相对于编程时相应的理想要素的变化，尤其在批量化的生产方式中，焊接对象在位姿与尺寸上不可预知的误差则是最主要的原因，其中既有加工和装配上的误差所导致的焊缝位置和尺寸的静态变化，另外还有焊接过程中工件受热及散热条件的改变所造成的焊道的动态变形。解决上述问题一般有两种思路，一种是通过采用提高工件的加工精度、提高工装夹具的装配精度及严格控制机器人示教轨迹的方式来减小环境以及应用中的误差，但是这样做的话将明显地提高企业的生产制造成本，以及时间消耗成本。因此自适应焊接方式就成为了保证机器人焊接质量和进一步提升机器人焊接自动化以及智能化程度的一项经济而又重要的技术，而焊缝跟踪技术因其解决了“焊枪偏离焊缝”的问题成为自适应焊接中一项基本且关键的技术。

焊接传感是对焊缝跟踪技术发展影响最大的技术。其中，光学式传感器在适用工艺和对象方面(可适用如MIG/MAG，TIG，等离子、激光焊等多种焊接工艺，以及碳钢、铝合金等多种材料的焊接对象)，检测精度与实时性(一般至少达到0.5mm精度级和50HZ)以及应用场合方面等方面具有优势，是主导着焊缝跟踪技术未来发展的焊接传感器。而以激光为主动光源的视觉传感在实际应用中具有一定的优势，主要表现在其能够进行焊缝三维信息的测量，因此理论上可以对各种带有曲率的复杂焊缝进行检测，另外其三维测量能力与机器人焊接应用较为适应(机器人焊接一般要求能够进行多种位姿下的焊接)，另外激光视觉传感除了可以应用于焊缝跟踪，还可以应用于焊前焊缝校正，机器人焊缝自主编程，焊缝初始点导引定位，以及焊后的焊接质量无损检测等诸多实际应用场合。

以往的激光视觉焊缝跟踪一般可以划分为两大类，一种被称为“现场示教型”，其主要代表机型有英国Meta Vision公司的MTR焊缝跟踪系统；另外一种则是被称为“自主跟踪型”，其主要代表机型有Digi-IROBONET-MASTER V300A。其中“现场示教型”要求人工在现场同时考虑焊枪与传感头约束的情况下，对焊缝进行分段示教，因此对于一些复杂或者是多道焊缝呈现出示教难度大，示教工作量大等缺点，另外其要求占用现场设备，实际示教质量与操作人员的工作经验相关，使得该种方式明显缺乏智能化，较为落后。而“自主跟踪型”一般只需要操作人员根据现场焊缝的特点进行简单地设置之后，即由传感头导引着焊枪完成对焊缝的跟踪，虽然该种方式能够在很大地程度上提升了焊缝跟踪的智能化程度，但是机器人焊接一个需要综合考虑焊接对象，工艺，设备以及环境等因素的系统性问题，而“自主跟踪型”则是将整个焊接机器人的主控制权交由了传感器，但是传感器只能在线地根据局部的检测信息进行实时地决策来指导焊枪的运动，因此不仅在对周边的焊接环境把握方面具有盲点(有可能出现传感头与焊件碰撞，或者对于具有较大曲率的焊缝的宏观走向无法把握，而来不及完成跟踪动作)，而且对于机器人将要出现的状态无法预料(如机器人即将进入关节限位，或者陷入工作奇异点)，另外对于一些较为复杂的焊接工艺适应性不够。

发明内容

本发明目的是提供一种基于前置式激光视觉传感的焊缝跟踪离线规划方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于前置式激光视觉传感的焊缝跟踪离线规划方法，按以下步骤进行：

(1)、焊接轨迹离线提取：

a、设计接头特征：选择接头类型；

b、设计坡口特征：选择坡口类型，确定坡口参数，根据焊缝的段数为相应的接头类型完成坡口顶边、坡口面、坡口顶面以及坡口根边的参数提取；

c、设计焊缝特征：选择焊缝类型、焊缝的段数，并根据接头特征、坡口特征以及焊缝类型、焊缝的段数完成焊缝路径、焊缝特征坐标系以及焊缝位置的提取；

d、储存a-c所设计并提取的焊接特征；

e、焊枪位姿序列提取；

(2)、机器人焊缝跟踪“传感头-焊枪”协调运动轨迹规划：

当机器人焊枪位姿满足焊接工艺的约束条件下，利用焊枪中多余的自由度来完成传感器视点的规划；

当机器人焊枪的工作角与行走角进行约束的条件下，并且使用的是单丝焊接工艺，利用焊枪轴线旋转的角度来完成传感器检测姿态的规划；