[发明专利]铝电解槽位姿的测量系统及测量方法

说明书

一种铝电解槽位姿的测量系统，该系统包括视觉平台、工业CCD相机、标准件、磁力座、连接机构、三维测量装置和控制端。本发明在铝电解槽的焊接任务中，可以完成所有焊接工位中焊接工件在三维空间里面位置的测量和纠偏，保证在所有焊接工位中的焊接工件处于相同的姿态。结合特种焊接机器人的离线编程模式，该系统可以很好地完成铝电解槽的批量焊接任务。本发明利用三个激光测距传感器来完成焊接工件的姿态测量，满足焊接机器人离线编程模式的需要，并且本发明仅仅只需要三个激光测距传感器，将激光测距传感器常规的一维测量变成三维测量，实现了测量成本的最低化和测量装置的小型化。

技术领域

本发明属于焊接机器人应用领域，尤其是涉及狭窄作业空间下焊接工件的位姿测量和纠偏方法，其能够精确地测量焊接工在焊接工位中的三维姿态信息。

背景技术

在铝电解槽阴极钢棒的焊接环境中，焊接工位位于地下，入口十分狭窄。阴极钢棒和钢板之间的间隙仅有20mm左右，其焊缝往往深达250mm以上，而且两侧又有遮挡物，这些情况都造成了焊接工位复杂狭小，常规的人工焊接无法保证焊接质量，因此，在实际的焊接任务中，特种焊接机器人被用来取代人工作业，该方式不仅可以保证人员的安全，还可以保证焊接质量和焊接效率。由于焊接工位狭窄，工人无法在机器人焊接过程中进行实时监控，无法实时了解当前焊接的具体情况，也无法灵活全面的检测这些变化，进而不能根据实际情况随时调整焊枪的位姿，且由于焊接工位复杂狭窄，无可利用空间来安装相关检测装置。在实际的应用中，机器人的传感编程很难得到应用，因此，在这种情况下，虚拟环境下的示教编程方式取代机器人的传感编程应用在铝电解槽的焊接任务中，即特种焊接机器人的离线编程。这种工作方式极大地减少了机器人的工作时间，但是，这种方式缺乏对环境的自主适应能力，无法适应当前焊接工件的批量焊接任务。特别是在批量的铝电解槽的焊接任务中，不同姿态的焊接工位都需要进行示教编程，将极大地影响焊接机器人的离线编程的效率。因此，提高机器人离线编程模式的三维环境感知能力，将极大提高焊接机器人的生产效率。

目前，焊接环境的三维测量主要分为两类：接触测量和非接触测量。接触测量方法常见的是三坐标机，它的测量速度偏慢，整体测量装置偏大，同时，接触性测量方式有可能损伤焊接工件，而非接触测量方式主要以光学测量为主，常见的光学三维测量方法有单目视觉、双目视觉、激光结构光、编码结构光和深度相机。单目视觉测量方法由于缺乏深度信息，不能直接应用于机器人测量任务，往往需要和力传感器等设备来配合起来，实现机器人的环境感知。双目视觉作为一种常见的三维测量方法，属于被动光学的三角测量的一种。工业机器人的作业环境往往存在纹理单一、结构简单的特点，基于双目视觉的测量方法难以得到适用，同时，基于双目的三维测量的扫描速度偏慢，难以实现快速的三维测量。激光结构光作为一种主动视觉测量技术，也属于三角测量法。激光结构光的缺点是扫描速度比较慢，难以实现快速的三维测量。基于编码结构光的三维测量方法是利用投影仪来取代双目中的一个相机，利用三角化的思想来实现三维测量，可以实现快速的三维建模，但是，基于结构光编码的方法也存在一些问题，三维测量装置往往偏大，不适合狭窄空间的测量，同时，在机器人作业空间中，操作对象往往是金属，金属物体自身的反光特性给测量带来设定的误差。深度相机往往是基于TOF(Time-of-Flight)的思想来实现的。该方法主要的缺点是测量精度低，无法应用于焊接工件的三维测量。由于铝电解槽狭窄的作业空间和相对复杂的作业环境，常规的接触测量方法和非接触测量方法是很难得到应用的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝电解槽位姿的测量系统及测量方法，以解决以上所述的至少一项技术问题。

根据本发明的一方面，提供一种铝电解槽位姿的测量系统，包括视觉平台、工业CCD相机、标准件、磁力座、连接机构、三维测量装置和控制端，其中：

所述的三维测量装置配置为固定于铝电解槽中两个阴极之间，包括三个激光测距传感器和固定装置，所述三个激光测距传感器用于投射平行的光至待测工件，激光测距传感器通过固定装置固定于视觉平台上；