[发明专利]用于大型船舶结构件龙门式机器人焊接的三维视觉系统及运行方法

说明书

本发明公开了用于大型船舶结构件龙门式机器人焊接的三维视觉系统及运行方法，所述系统包括龙门式机器人焊接系统、龙门式移动平台、三维扫描系统、电源及控制系统；所述三维扫描系统，用于大型船舶结构件的表面信息采集；所述龙门式移动平台，用于搭载三维扫描系统进行不同尺寸范围扫描；所述龙门式机器人焊接系统，用于进行大型船舶结构件焊缝焊接；所述控制系统，用于控制并获取三维扫描系统采集点云并进行处理，识别焊缝并控制龙门式机器人焊接系统进行焊接；所述电源，用于设备供电。本发明通过三维自动化扫描方法和机器人焊接技术实现大型船舶结构件的自动化焊接，缩短了船舶大型结构件焊接的施工周期，提高了船舶焊接环节自动化水平和生产质量。

技术领域

本发明属于船舶焊接工业技术领域，具体涉及用于大型船舶结构件龙门式机器人焊接的三维视觉系统及运行方法。

背景技术

现阶段，国内船舶建造应用的大部分工艺需要使用人工辅助焊接，以船舶T型材钢板焊接为例，人工方法需要多名工人协作配合焊接，其耗费大量工时，效率低下，质量难以控制。

近年来随着对焊接质量要求的提高，基于视觉检测技术的机器人焊接逐步应用到了船舶焊接。但是目前机器人焊接仍大量采用人工示教法，其限制了自动化程度进一步提高；另外，传统视觉检测技术受焊接环境下粉尘、弧光等干扰严重，焊缝的定位精度不高。

三维激光扫描仪具有高精度，使用场景灵活，适合在恶劣的焊接环境中应用。摄影测量技术和激光跟踪仪可实现激光扫描仪的全局跟踪定位，实现大尺寸范围的扫描，可以满足大型船舶结构件的扫描和焊缝定位，配合机器人焊接系统可以提供高精度、高效率、高质量的大型船舶结构件焊接解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供用于大型船舶结构件龙门式机器人焊接的三维视觉系统及运行方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

用于大型船舶结构件龙门式机器人焊接的三维视觉系统，包括龙门式机器人焊接系统、龙门式移动平台、三维扫描系统、电源及控制系统；

所述三维扫描系统，用于大型船舶结构件的表面信息采集；

所述龙门式移动平台，用于搭载三维扫描系统进行不同尺寸范围扫描；

所述龙门式机器人焊接系统，用于进行大型船舶结构件焊缝焊接；

所述控制系统，用于控制并获取三维扫描系统采集点云并进行处理，识别焊缝并控制龙门式机器人焊接系统进行焊接；

所述电源，用于设备供电。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的三维扫描系统包括机械臂、扫描仪、云台、跟踪仪、摄影测量相机、标尺和装夹工装；

所述装夹工装，用于装夹固定大型船舶结构件，工装设置有固定的可被跟踪仪检测到的标记点，且船舶结构件三维模型中包含上述标记点的位置信息。

上述的云台具有俯仰自由度，用于将跟踪仪视野覆盖扫描仪，所述标尺设置于地面。

用于大型船舶结构件龙门式机器人焊接的三维视觉系统的运行方法，所述方法包括：

步骤1，在龙门架的一侧设置多个可被跟踪仪探测到的标记点和一个标尺；

步骤2，使用摄影测量相机对龙门架一侧和装夹工装上的标记点和标尺进行测量，获得所有标记点在以标尺为基坐标系下的位置信息，建立全局测量场；

步骤3，跟踪仪获取扫描仪相对于跟踪仪的位姿和跟踪仪相对标尺的位姿，计算扫描仪相对标尺的位姿，同时控制系统获得机械臂末端相对机械臂底座的位姿，重复采集多组数据，利用离线规划软件进行联合标定，获取扫描仪相对机械臂末端的相对位姿；