[发明专利]一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置及其控制方法

权利要求书

1.一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，其特征是所述装置由三自由度机器人、视觉传感器和控制系统组成；

所述三自由度机器人包括底座与移动方向互相垂直的x轴方向移动模组、y轴方向移动模组和z轴方向移动模组，所述底座上表面为用于放置待焊接工件的工作平台，y轴和x轴平行于工作平台的工作平面；y轴方向移动模组的y轴方向导轨安装在工作平台一侧，z轴方向移动模组安装在y轴方向移动模组的y轴滑台上，x轴方向移动模组安装在z轴方向移动模组的z轴滑台上，所述x轴方向移动模组的x轴滑台用于安装焊枪；

所述视觉传感器包括并排安装并可沿y轴同步运动的摄像机和一字线激光器，以焊枪在y轴上的运动轨迹的起始端和末端分别为前、后方，一字线激光器在y轴方向上位于焊枪前方，位于一字线激光器发出的激光线可以照射在放置在工作平台上的待焊接工件的待焊缝上并由摄像机拍摄；

所述控制系统包括上位机、下位机和电机驱动器，所述视觉传感器中的摄像机与上位机连接，上位机与下位机连接，下位机还与电机驱动器连接。

2.如权利要求1所述的一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，其特征是所述放置在工作平台上的待焊接工件的待焊缝为底面和立面相交形成的凹凸形变角焊缝，底面与xy平面平行，立面为相对yz平面具有凹凸形变的曲面或折线面。

3.如权利要求2所述的一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，其特征是所述凹凸形变角为100°～120。

4.如权利要求1～3任一所述的一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，其特征是所述上位机为工业平板电脑、下位机为PLC，上位机、下位机和电机驱动器均安装在一体式控制柜中，一体式控制柜与y轴滑台相对固定安装，视觉传感器中的摄像机为工业CCD相机，上位机与工业CCD相机以USB接口线连接。

5.如权利要求1～4任一所述的一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤

1)将待焊接工件固定在工作平台上，以x、y、z轴建立机器人工具坐标系，并确定焊枪的工作原点；

2)视觉传感器中的一字线激光器将激光线照射到待焊缝上，并由摄像机采集激光线照射到待焊缝上形成的图像，由上位机对采集的图像进行处理，根据处理结果生产下位机控制信号，由下位机控制电机驱动器驱动步进电机，操作机器人运动完成待焊缝扫描定位和待焊缝实施自适应跟踪。

6.如权利要求5所述的一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置的控制方法，其特征是所述步骤2)具体包括

2.1)将采集到的激光线照射到底面和立面上的图像分别作为底面条纹线和立面条纹线，对底面条纹线经自适应阈值处理提取中心线和hough变换拟合得到一条直线段作为底面直线，以底面直线接近待焊缝的末端点作为第一特征点p₁，其图像坐标为对立面条纹线经自适应阈值处理提取中心线和hough变换拟合得到一条直线段作为立面直线，以立面直线接近待焊缝的末端点为第二特征点p₂，其图像坐标以摄像机图像坐标系中三维坐标为的点p₃为焊缝特征点，将得到的摄像机图像坐标系中的焊缝特征点p₃转化为机器人工具坐标系下的位置坐标p₄。

2.2)待焊缝扫描定位，电机控制器控制步进电机驱动y轴滑台以扫描速度H向前方移动，在移动过程中，视觉传感器扫描待焊缝并对采集到的图像进行步骤2.1)的处理得到任意焊缝特征点在机器人工具坐标系下的位置坐标。

2.3)待焊缝实时自适应跟踪：

电机控制器控制步进电机驱动y轴滑台以焊接速度V向前方移动，由于视觉传感器在机器人y轴方向上与焊枪的相对位置保持不变，且一字线激光器在工件上形成的激光条纹在y方向上到焊枪的距离为D，在y轴滑台移动过程中当视觉传感器扫描待焊缝并对采集到的图像进行步骤2.1)的处理，得到初始焊缝特征点在机器人工具坐标系下的位置坐标，根据距离D推算此时焊枪的位置，并使焊枪向该坐标点重叠；当焊枪到达待焊缝初始特征点后，将焊枪向视觉传感器得到的下一个焊缝特征点的位置坐标重叠；依次进行，直到完成对整个待焊缝的实时自适应跟踪。