[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

说明书

技术领域

本发明涉及机器人线激光焊缝自动跟踪系统，特别涉及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。

背景技术

现在的焊接机器人基本上都是在焊接之前先进行示教，让机器人每次都走一个固定的轨迹，这种方式有一个好处就是重复精度高，运动轨迹不需要修正，但是，他有一个致命的缺陷就是不够随机应变，不够灵活，当需要焊接的工件加工精度比较差，或者需要实时焊接加工轮廓尚不明确的工件时，这种焊接机器人就会变得无能为力，需要重新示教才能完成，这样每次示教都会花费大量的时间，既费时又费力，不能满足现代工厂对于焊接加工的要求。

因此，为了能够满足对于工件本身加工精度，减少因每次工件形状改变而进行重新示教所花费的时间，应该对焊接机器人加装视觉系统来满足现代工业对焊接技术的要求。

实时的焊缝跟踪系统以及从图像处理得到的坐标转换成机器人相应的运动是当前焊接机器人焊接过程中亟待解决的问题，国内外的很多学者围绕目标跟踪算法、相应的图像处理、标定算法和机器人实时通讯系统进行了深入细致的研究。早期提出了一些跟踪的方法如光流法，但是这类早期的标准跟踪算法有一个局限就是跟踪目标要保证没有完全遮挡或者消失，还有一点是该方法只能进行短期跟踪，因此，此类算法又叫做短期跟踪器。随着现代技术的发展，长期跟踪变得越来越重要，长期跟踪要求跟踪器能够检测跟踪一个无限长的视频序列，因此，跟踪器本身要具备一定的检测能力，其中最重要的是当目标被完全遮挡或者消失导致跟踪失败时，跟踪器能够重新检测，直到目标物体出现时能够重新找到目标并进行跟踪。

F.Henriques等在2014年提出了一种叫做KCF(Kernerlized Correlation Filter，即：高斯核相关跟踪算法)使得跟踪速度有了很大提升，在同样的测试数据集上，平均运行速度达到172帧/s(使用HOG特征的情况下)。而且据文章的实验结果显示，准确率比现在的跟踪算法都高。之所以能有这么快的速度，得益于作者巧妙地通过循环偏移构建出了分类器的训练样本，从而使得数据矩阵变成了一个循环矩阵。然后基于循环矩阵的特性把问题的求解变换到了傅里叶变换域，从而避免了矩阵求逆的过程，大大降低了算法的复杂度。

因此，为了解决焊缝实时跟踪的问题，研究并改进了高斯核相关跟踪算法，并设计了三坐标直角机器人进行焊缝跟踪实验，本发明依此提出。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种三坐标直角机器人线激光焊缝自动跟踪系统，解决了现有的焊接机器人焊接工件之前必须先进行示教操作，并且操作繁杂，效率低下以及精度不高的问题。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供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。

本发明的首要目的通过下述技术方案来实现：三坐标直角机器人线激光焊缝自动跟踪系统，其中系统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，嵌入式工业控制器及工件，线激光传感器安装在焊枪上，焊枪通过夹持装置安装在三坐标直角机器人的Z轴上，三坐标直角机器人由三个线性模组组成，三个模组之间通过连接板相互关联，三坐标直角机器人通过X轴方向的模组与工作台相连接固定，待焊工件也置于工作台上；三坐标直角机器人将焊枪移动至待焊工件上方，首先由线激光传感器中的线激光发生器产生条纹式激光，通过传感器中的工业相机捕捉当前帧的图像，并将图像发送给嵌入式工业控制器，利用高斯核相关算法得到图像中焊缝中心点的位置坐标，然后工业控制器通过计算得出目标位置点与焊枪末端的距离，并通过TwinCAT软件实时内核将距离偏差值实时发送给伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机使得三坐标直角机器人运动，从而将焊枪末端移动到焊缝位置处进行焊接工作。