基于智能焊接机器人的智能光学感知处理系统及焊接方法技术方案

提供一种基于智能焊接机器人的智能光学感知处理系统及焊接方法，在包括有相机定位模块、单条焊缝定位模块、激光扫描仪和熔池相机的光学感知设备实时监测下，构建焊缝3D模型，根据监测数据对智能焊接机器人进行运行轨迹的实时调整、焊接位姿的实时修正和测量值与焊接工艺参数值对比后的实时调整、熔池异常状态的实时监测和处理，解决了多类焊缝的适应性问题以及焊接过程中的实时测量及实时处理意外情况的需求，智能焊接机器人焊接位置精准，焊缝质量高，提高焊接效率。提高焊接效率。提高焊接效率。

【技术实现步骤摘要】
基于智能焊接机器人的智能光学感知处理系统及焊接方法


[0001]本专利技术属于智能焊接机器人
，具体涉及一种基于智能焊接机器人的智能光学感知处理系统及焊接方法。

技术介绍

[0002]目前，智能制造是我国十四五重点发展领域，在传统的焊接行业，越来越多的自动化设备被引入来提高焊接效率，而感知技术作为数据采集端，是十分重要的一环。
[0003]大多数自动化设备使用种类较多的感知处理手段，例如增加装配和加工精度，采用较低精度的工业相机进行定位；采用3D结构光相机进行大幅面定位测量，但这些都不能满足焊接实时性需求，也因为测量区域较广，降低了测量精度；通过已知焊缝行进方向上铺设视觉扫描的轨道，保证焊缝处在较好的测量位置，但也局限了设备的使用方式；这些手段虽然在各自的方面能够保证焊接的需求，例如焊接过程中的实时变形实时测量需求，焊接工艺的高精度测量需求，焊接过程中的焊漏、焊偏等意外情况解决需求，但是在面对市场多种类需求和多行业特性时，只能通过以项目的形式，进行一对一的定制开发，而无法推出适应性较广的一体式解决方案，因此，针对上述问题，有必要提出改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题：提供一种基于智能焊接机器人的智能光学感知处理系统及焊接方法，在包括有相机定位模块、单条焊缝定位模块、激光扫描仪和熔池相机的光学感知设备实时监测下，构建焊缝3D模型，根据监测数据对智能焊接机器人进行运行轨迹的实时调整、焊接位姿的实时修正和测量值与焊接工艺参数值对比后的实时调整、熔池异常状态的实时监测和处理，解决了多类焊缝的适应性问题以及焊接过程中的实时测量及实时处理意外情况的需求，智能焊接机器人焊接位置精准，焊缝质量高，提高焊接效率。
[0005]本专利技术采用的技术方案：基于智能焊接机器人智能光学感知处理系统的焊接方法，包括以下步骤：
[0006]1)相机定位模块将实时拍摄的整个工位上目标工件的图像信息发送至工控机上，工控机对接收的信息进行图像处理后，识别目标工件上的所有表面焊缝位置，并对识别的每条焊缝进行标号排序后存储；
[0007]2)按照每条焊缝的标号顺序，提取一条焊缝的位置信息，智能焊接机器人按照该条焊缝的初始位置信息执行该条焊缝的焊接任务，利用安装在智能焊接机器人末端的单条焊缝定位模块实时拍摄的该条焊缝的位置信息，工控机对拍摄的该条焊缝的位置信息进行图像处理后确定该条焊缝准确的焊接轨迹，并由工控机将该条焊缝准确的焊接轨迹信息通过通信网线传输至智能焊接机器人进行运行轨迹的实时调整；
[0008]3)在执行上述步骤2)的过程中，由安装在智能焊接机器人末端的激光扫描仪实时采集焊缝的位置和形貌特征数据，并利用焊缝3D模型重构方法和焊缝扫描跟踪处理方法，在焊接过程中实现激光寻位、激光跟踪和激光测量；工控机根据激光扫描仪采集的焊缝位
置和形貌特征数据，在30ms
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50ms周期内，确定出智能焊接机器人位姿修正值和焊接工艺参数值，智能焊接机器人根据工控机发送的位姿修正值和焊接工艺参数值进行焊接位姿的实时修正和测量值与焊接工艺参数值对比后的实时调整；
[0009]4)在执行上述步骤2)的过程中，安装在智能焊接机器人末端的熔池相机实时视频采集焊接熔池信息，工控机将熔池相机实时视频采集的焊接熔池信息与存储的熔池信息库内的数据进行对比，对熔池的异常状态进行判断，实现熔池状态的在线监测，并将熔池异常状态下异常处理对应的修正参数赋值于智能焊接机器人位姿修正值和工艺参数值中进行意外调调节；
[0010]5)按照工控机内每条焊缝标号排序的顺序，重复上述步骤2)
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步骤4)，直至目标工件上所有焊缝全部焊接完毕即可。
[0011]上述步骤1)中，所述相机定位模块包括多台分别分布于目标工件三维空间的上、左、右、前、后位置的工业相机，所述工业相机选用结构光3D工业相机或双目工业相机，所述工业相机通过交换机与工控机连接；
[0012]所述相机定位模块拍摄目标工件表面的轮廓图像信息，选择任意视角下工业相机发送的图像信息，均可获得两个平面的空间相交直线，保存相交直线对应的起始点和终止点的位置坐标，对每条交线进行定位焊点的寻找与识别，对根据定位焊点确定的焊缝进行标号排序，并将各焊缝的位置保存至工控机的内存中。
[0013]上述步骤2)中，所述单条焊缝定位模块为工业相机Ⅰ，所述工业相机Ⅰ通过交换机与工控机连接；
[0014]所述工控机根据工业相机Ⅰ实时拍摄的局部区域内的焊缝信息，定位该区域内焊缝的精确起始位置和精确终止位置，根据焊缝的精确起始位置和精确终止位置，通过直线拟合生成该区域内焊缝的准确焊接轨迹，重复确定该条焊缝各局部区域内焊缝的准确焊接轨迹，实现对智能焊接机器人运行轨迹的实时调整。
[0015]上述步骤3)中，激光寻位时，智能焊接机器人从起始位置到终止位置按照存储的标号对应的焊缝轨迹步进过程中，激光扫描仪对测量平面内扫描的原始数据进行处理，工控机中的数据处理模块根据焊缝扫描跟踪处理方法和焊缝3D模型重构方法对原始数据进行焊缝3D模型重构，确定测量平面内是否有焊缝，若有，则工控机计算测量平面内的焊缝中心距焊缝3D模型中焊缝中心位置的相对偏移量，根据相对偏移量对智能机器人的位置进行调整，并计算焊枪尖部是否已到达焊缝3D模型中焊缝中心位置，若是，则智能焊接机器人等待焊接，若不是，重复激光寻位直至智能焊接机器人焊枪尖部到达焊缝3D模型中焊缝的中心位置；
[0016]激光跟踪时，智能焊接机器人从起始位置到终止位置按照存储的标号对应的焊缝轨迹步进过程中，激光扫描仪对测量平面内扫描的原始数据进行处理，工控机中的数据处理模块根据焊缝扫描跟踪处理方法和焊缝3D模型重构方法对原始数据进行焊缝3D模型重构，在构建的3D模型上计算出焊缝中心位置并存储至工控机的内存中，比对智能焊接机器人当前位置是否为工控机中存储的焊缝中心位置，若是，通过距离计算公式，确定智能焊接机器人当前位置与3D模型中焊缝中心位置的修正值，并按照修正值对智能焊接机器人的位置进行修正，当智能焊接机器人到达焊缝终止位置时，激光跟踪停止，否则，重复激光跟踪直至智能焊接机器人到达焊缝终止位置；
[0017]激光测量时，智能焊接机器人从起始位置到终止位置按照存储的标号对应的焊缝轨迹步进过程中，激光扫描仪对测量平面内扫描的原始数据进行处理，工控机中的数据处理模块根据焊缝扫描跟踪处理方法和焊缝3D模型重构方法对原始数据进行焊缝3D模型重构，在重构的3D焊缝模型上，计算出焊接工艺参数特征值，数据处理模块根据焊接工艺参数特征值确定是否达到焊缝终止位置，若是，则智能焊接机器人停止焊接，否侧，重复激光测量。
[0018]进一步地，向所述工控机内输入目标工件的焊缝类型参数，并与激光扫描仪采集到的焊缝数据进行对比，根据对比结果确定是否为焊缝；若是焊缝，根据焊接工艺计算公式将测量的焊缝尺寸信息转换为工艺参数值，将工艺参数值与存储于工控机内的工艺数据库信息进行匹配，并输出工艺修正值，若不是焊缝，则重新进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于智能焊接机器人智能光学感知处理系统的焊接方法，其特征在于包括以下步骤：1)相机定位模块(3)将实时拍摄的整个工位上目标工件的图像信息发送至工控机(1)上，工控机(1)对接收的信息进行图像处理后，识别目标工件上的所有表面焊缝位置，并对识别的每条焊缝进行标号排序后存储；2)按照每条焊缝的标号顺序，提取一条焊缝的位置信息，智能焊接机器人(6)按照该条焊缝的初始位置信息执行该条焊缝的焊接任务，利用安装在智能焊接机器人(6)末端的单条焊缝定位模块(7)实时拍摄的该条焊缝的位置信息，工控机(1)对拍摄的该条焊缝的位置信息进行图像处理后确定该条焊缝准确的焊接轨迹，并由工控机(1)将该条焊缝准确的焊接轨迹信息通过通信网线传输至智能焊接机器人(6)进行运行轨迹的实时调整；3)在执行上述步骤2)的过程中，由安装在智能焊接机器人(6)末端的激光扫描仪(4)实时采集焊缝的位置和形貌特征数据，并利用焊缝3D模型重构方法和焊缝扫描跟踪处理方法，在焊接过程中实现激光寻位、激光跟踪和激光测量；工控机(1)根据激光扫描仪(4)采集的焊缝位置和形貌特征数据，在30ms
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50ms周期内，确定出智能焊接机器人(6)位姿修正值和焊接工艺参数值，智能焊接机器人(6)根据工控机(1)发送的位姿修正值和焊接工艺参数值进行焊接位姿的实时修正和测量值与焊接工艺参数值对比后的实时调整；4)在执行上述步骤2)的过程中，安装在智能焊接机器人(6)末端的熔池相机(5)实时视频采集焊接熔池信息，工控机(1)将熔池相机(5)实时视频采集的焊接熔池信息与存储的熔池信息库内的数据进行对比，对熔池的异常状态进行判断，实现熔池状态的在线监测，并将熔池异常状态下异常处理对应的修正参数赋值于智能焊接机器人(6)位姿修正值和工艺参数值中进行意外调调节；5)按照工控机(1)内每条焊缝标号排序的顺序，重复上述步骤2)
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步骤4)，直至目标工件上所有焊缝全部焊接完毕即可。2.根据权利要求1所述的基于智能焊接机器人智能光学感知处理系统的焊接方法，其特征在于：上述步骤1)中，所述相机定位模块(3)包括多台分别分布于目标工件三维空间的上、左、右、前、后位置的工业相机，所述工业相机选用结构光3D工业相机或双目工业相机，所述工业相机通过交换机(2)与工控机(1)连接；所述相机定位模块拍摄目标工件表面的轮廓图像信息，选择任意视角下工业相机发送的图像信息，均可获得两个平面的空间相交直线，保存相交直线对应的起始点和终止点的位置坐标，对每条交线进行定位焊点的寻找与识别，对根据定位焊点确定的焊缝进行标号排序，并将各焊缝的位置保存至工控机(1)的内存中。3.根据权利要求1所述的基于智能焊接机器人智能光学感知处理系统的焊接方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述单条焊缝定位模块(7)为工业相机Ⅰ，所述工业相机Ⅰ通过交换机(2)与工控机(1)连接；所述工控机(1)根据工业相机Ⅰ实时拍摄的局部区域内的焊缝信息，定位该区域内焊缝的精确起始位置和精确终止位置，根据焊缝的精确起始位置和精确终止位置，通过直线拟合生成该区域内焊缝的准确焊接轨迹，重复确定该条焊缝各局部区域内焊缝的准确焊接轨迹，实现对智能焊接机器人(6)运行轨迹的实时调整。4.根据权利要求1所述的基于智能焊接机器人的智能光学感知焊接方法，其特征在于：
上述步骤3)中，激光寻位时，智能焊接机器人(6)从起始位置到终止位置按照存储的标号对应的焊缝轨迹步进过程中，激光扫描仪(4)对测量平面内扫描的原始数据进行处理，工控机(1)中的数据处理模块根据焊缝扫描跟踪处理方法和焊缝3D模型重构方法对原始数据进行焊缝3D模型重构，确定测量平面内是否有焊缝，若有，则工控机(1)计算测量平面内的焊缝中心距焊缝3D模型中焊缝中心位置的相对偏移量，根据相对偏移量对智能机器人(6)的位置进行调整，并计算焊枪尖部是否已到达焊缝3D模型中焊缝中心位置，若是，则智能焊接机器人(6)等待焊接，若不是，重复激光寻位直至智能焊接机器人焊枪尖部到达焊缝3D模型中焊缝的中心位置激光跟踪时，智能焊接机器人(6)从起始位置到终止位置按照存储的标号对应的焊缝轨迹步进过程中，激光扫描仪(4)对测量平面内扫描的原始数据进行处理，工控机(1)中的数据处理模块根据焊缝扫描跟踪处理方法和焊缝3D模型重构方法对原始数据进行焊缝3D模型重构，在构建的3D模型上计算出...

【专利技术属性】
技术研发人员：景岩，丁孟嘉，康承飞，陈昱衫，杜向鹏，何志龙，向晋兴，段彤彤，贺米婷，
申请(专利权)人：西咸新区大熊星座智能科技有限公司，
类型：发明
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