[发明专利]自主移动焊接机器人视觉控制系统

权利要求书

1.一种基于自主移动焊接机器人视觉控制系统的控制方法，所述焊接机器人包括移动小车、横摆导轨、安装在横摆导轨末端的焊枪，以及焊机；分别地通过步进电机，移动小车实现沿着焊件爬行，横摆导轨实现水平移动，焊枪实现上下移动；所述视觉控制系统，包括安装于移动小车上的处理器，工业相机和线激光器，所述的处理器为ARM Cortex-A8，所述工业相机和线激光器安装在横摆导轨的末端，工业相机的光学轴心与焊枪的中心所在平面与系统爬行方向平行，与横摆导轨方向垂直，相机的光轴与线激光器的光平面存在一定夹角；所述处理器通过GigE千兆网连通工业相机，采集焊缝图像，通过图像处理算法获取焊缝中心位置和焊缝尺寸，并驱动步进电机实现焊接机器人在三个方向的运动；处理器同时与焊机通过485总线以Modbus协议通信控制焊机设定焊接电流、焊接电压、送丝、送气和起弧动作；

其特征在于，所述控制方法包括通过视觉传感定位焊缝、焊缝跟踪和实时纠偏、焊接控制三个方面；

通过视觉传感定位焊缝时，通过工业相机采集线激光投射到焊缝的激光条纹图像，被搜索的焊缝条纹图T(W,H)，W，H为焊缝条纹图的宽度和高度，将焊缝左右坡口因深度变化产生的倾斜激光条纹图设计成两个偏折条纹模板图T(M,N)，M,N为模板图的大小，为100x100，模板图在被搜索图上平移，模板覆盖被搜索图的那块区域叫子图S_ij，i,j为子图左下角在被搜索图S上的横坐标和纵坐标，由于焊缝宽度方向是焊枪的横摆运动，只需要提取偏折位置横坐标即可，只沿着横坐标方向进行搜索，搜索范围是：1≤i≤W，搜索时纵坐标的位置j为激光条纹纵向位置的中值；

搜索结果利用公式(1)相似度D(i,j)衡量子图和模板图T和S_ij的相似性：

通过找到相似度最大的位置处即为焊缝偏折点，根据两个模板图，可以定位出 焊缝的左右两端的边缘ileft和iright，焊缝中心位置icenter＝(ileft+iright)/2，焊缝宽度为nwidth＝iright–ileft；

焊缝跟踪和实时纠偏时，根据获得的焊缝位置和尺寸信息，处理器通过驱动步进电机实现爬行和横摆的两轴联动运动，使得焊枪底部按Z字形的运动轨迹追踪焊缝，焊接运动过程中可设定和改变爬行行程和爬行的速度，可设定和改变横摆的幅度和速度以及运动到焊缝边缘时的延迟时间，根据焊接工艺调整焊枪和焊缝起弧点的高度位置；

由于焊接高温引起的焊件变形和焊接机器人运动偏离对焊接位置的影响，需根据获取的焊缝的位置和缝宽进行实时纠偏，具体地，焊接前，先对焊缝初始位置进行原点拍照，获取焊缝中心初始位置icenter0和焊缝初始宽度nwidth0，焊接时，根据实际获取的焊缝中心位置icenter，计算纠偏量DeltaCenter＝icenter-icenter0，驱动横摆运动步进电机按纠偏量值的正负确定纠偏方向，按照纠偏量DeltaCenter进行移动纠偏，同时横摆运动摆幅修正为获取的焊缝当前缝宽nwidth。

2.基于权利要求1所述的控制方法，其特征在于，焊接控制时，处理器与焊机通过485总线以Modbus协议通信，控制焊机动作，实现设定焊接电流和电压、送气与送丝、起弧焊接。