[发明专利]一种基于激光焊缝跟踪的机器人波纹板自动焊接方法

权利要求书

1.一种基于激光焊缝跟踪的机器人波纹板自动焊接方法，其具体操作方法为：

(1)实现一个激光焊缝跟踪器的标定算法，用于标定激光焊缝跟踪器坐标系，此后激光器测量的x,y,z偏移值，可以直接转换成机器人的目标点；

(2)定义一个焊缝数据缓冲模块，用于暂存激光器的反馈数据，调用视觉处理模块对焊缝数据进行预处理，实际使用中，由于激光焊缝跟踪器前置，使激光线距离工具中心点20cm，保证缓冲区中至少可以缓存一个波纹板模块；

(3)实现一个视觉处理模块，对缓冲模块提供的焊缝数据进行处理，识别焊缝拐点位置以及拐点的角度；

(4)定义一个先入先出的目标点队列，用于存放机器人轨迹的目标点；

(5)定义两个线程，运动线程和数据线程，运动线程通过读取目标点队列中的目标点，向工业机器人控制内核发送相应的运动指令；数据线程用于记录焊缝和TCP数据；

(6)程序开始运行时，激光焊缝跟踪器首先根据预设焊缝类型和参数搜索焊缝P点，搜索到焊缝后，工具中心点通过直线运动开始向焊缝处P点运动，在机器人运动的同时，数据线程中数据缓存模块每隔1mm记录一组焊缝和TCP的数据，并实时调用视觉模块进行数据分析，在检测到第一个拐点A的时候，对拐点A左侧做轨迹规划，保证焊枪姿态均匀变化，焊接点之间线速度恒定，接着将已经规划好的点传递到目标点队列，运动线程读取目标队列发送给工业机器人控制使得机器人运动，在检测到第二个拐点B时，对拐点AB之间部分做轨迹规划，以此类推；

(7)当TCP到达P点时，焊枪自动开启焊接开关，起弧焊接，起弧成功后，运动线程继续向机器人控制器发送目标点位，使得机器人沿着焊缝进行焊接；

(8)如此循环往复，直到由于波纹板焊缝结束处，由于激光传感器检测不到焊缝时，数据线程停止工作，并发送一个附加停止标记的目标点到目标点队列中，以便运动线程检测到该目标点后停止运动并关闭焊枪开关。

2.按照权利要求1所述的一种基于激光焊缝跟踪的机器人波纹板自动焊接方法，其特征在于，所述数据线程处理流程为：

(1)数据线程开始；

(2)通过激光焊缝传感器检测焊缝，如检测不到焊缝则直接结束线程；

(3)检测到焊缝，发送焊缝点位到目标点队列；

(4)缓存焊缝数据，分析拐点和焊缝结束；

(5)如果未检测道焊缝，则根据缓冲区数据生成焊接点位，添加到目标点队列，并结束线程；

(6)如果检测到拐点，则对拐点缓冲数据进行分析，完成拐点左侧的轨迹规划，生成焊接点位，添加到目标点队列，然后回到步骤(4)，继续缓存数据；

(7)如果没有检测到拐点，则回到步骤(4)，继续缓存数据；

(8)线程结束。

3.按照权利要求1所述的一种基于激光焊缝跟踪的机器人波纹板自动焊接方法，其特征在于，所述运动线程的流程为：

(1)运动线程开始；

(2)查看目标队列中是否存在点位信息；

(3)如存在点位信息，则向机器人控制内核发送运动指令；

(4)如不存在点位信息，检查数据线程是否已结束，如数据线程结束，则运动也结束；否则继续等待数据线程生成新的点位；

(5)结束。

4.按照权利要求1所述的一种基于激光焊缝跟踪的机器人波纹板自动焊接方法，其特征在于，所述数据缓存模块基于波纹板底梁建立一个工件坐标系，使坐标系的xy平面位于底梁上，z轴垂直底梁平面向上，获取激光焊缝跟踪器反馈的x，y，z偏移、焊缝宽度及对应的机器人TCP的位姿信息，对激光数据进行均值滤波后，生成相对于底梁工件坐标系的实际焊缝点位；该焊缝点位会被保存到缓冲区，同时模块会把缓冲数据送入视觉处理模块进行拐点检测，返回拐点位置和角度，用于下一步的轨迹规划；缓冲模块还会针对焊缝宽度，对焊接点分配不同的电流电压，减少焊接缺陷。

5.按照权利要求1所述的一种基于激光焊缝跟踪的机器人波纹板自动焊接方法，其特征在于，所述视觉处理模块运用开源计算机视觉库opencv对点位信息进行处理，由于实际焊接点位于同一个平面上，所以在处理过程中忽略z方向的分量，降低问题的复杂度，减小算法复杂度，通过调用fitLine通过最小二乘法进行直线拟合，进而算出相邻两条直线之间的交点及其之间的夹角。