CN110315249A - 基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统，提出一种针对空间的复杂焊缝的拟合算法，并集成到焊缝拟合系统的控制系统中。首先将扫描仪用夹具固定在焊接机器人的末端，调整与待焊工件的相对高度位置；焊接机器人带动扫描仪做水平运动，保持扫描仪发出的线激光与待焊工件的焊缝保持垂直，直至线激光走完一个待焊面，保存扫描数据并上传至控制系统，此时变位机带动待焊工件转动90°；直至扫描完待焊工件的四个面；控制系统首先分别去除四组数据中的无效数据点，然后将四组数据进行拼接得到焊缝轨迹，再提取焊缝轨迹的边缘，最后获取关键点；控制系统将关键点以两种形式传输给焊接机器人，控制系统操纵焊接机器人进行相应的焊接指令。

Description

基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统

技术领域

本发明涉及激光引导焊接技术领域，具体涉及基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统。

背景技术

传统的焊接机器人采用示教再现或离线编程的方法,只能够满足固定位置的焊接，且需要工件制造精度和装配精度极高。在实际焊接过程中，工件不断以流水线的方式运至焊接处，期间工件的实际位置难免会与期望位置出现偏差，为了使得焊接机器人能够自动校正轨迹，工业上已经通过应用一定的激光传感技术获得焊缝中心相对于机器人的位置和姿态。目前集装箱很多零部件都实现了自动化焊接，但角柱组件由于其焊缝分布的复杂性一直未能实现自动焊接，现有的技术只适用于简单焊缝，比如直线焊缝，对于复杂焊缝的处理技术还有待开发。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述目前缺少对复杂焊缝的处理方式的技术问题，提供基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统解决上述技术缺陷。

基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统，基于任意一种自动焊接平台进行工作，包括变位机、扫描仪、焊接机器人和控制系统。

其中，变位机用于控制工件在扫描过程和焊接过程中的转位运动，每次转动的角度为90°；扫描仪用于对待焊工件进行扫描；焊接机器人用于在自动焊接平台上对待焊工件进行焊接；控制系统用于控制变位机、扫描仪和焊接机器人开启和停止工作，还用于采集待焊工件端面信息并进行数据处理以得出待焊工件的焊缝数据；

基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统的工作过程包括：

S1、将扫描仪用夹具固定在焊接机器人的末端，控制系统控制焊接机器人末端移动到待焊工件的上方，调整与待焊工件的相对高度位置，使待焊工件工件保持在扫描仪的扫描范围内，然后控制模块对发出线激光的扫描仪进行设定，使扫描仪能够输出焊缝的基本形状信息，准备开始扫描；

S2、扫描仪开始扫描，焊接机器人带动扫描仪做水平运动，保持扫描仪发出的线激光与待焊工件的焊缝保持垂直，直至线激光走完一个待焊面，保存扫描数据并上传至控制系统，此时变位机带动待焊工件转动90°；

S3、重复S2，直至扫描完待焊工件的四个面，此时已保存了四组数据，分别是四个面的焊缝数据信息；

S4、控制系统首先分别去除四组数据中的无效数据点，然后将四组数据转换到同一个平面内进行拼接，得到一个完整的焊缝轨迹，再提取焊缝轨迹的边缘，最后对焊缝边缘进行区域分割以获取关键点；

S5、控制系统将S4中得到的关键点以两种形式传输给焊接机器人，控制系统操纵焊接机器人进行相应的焊接指令。

进一步的，S1中焊缝的基本形状信息包括位置信息和高度信息。

进一步的，S5中两种形式包括直线形式和圆弧形式，直线形式的关键点包括起点和终点，圆弧形式的关键点包括起点、终点和中间点。

进一步的，具体的，控制系统包括扫描数据模块、拟合焊缝模块和焊接运行模块；扫描数据模块用于控制扫描仪扫描角柱焊缝数据，并进行数据保存；拟合焊缝模块用于对角柱焊缝数据进行数据处理，数据处理的最终目标是获取角柱焊缝的有效信息；焊接运行模块用于将所述角柱焊缝的有效信息发送至焊接机器人进行焊缝轨迹导引。

进一步的，拟合焊缝模块对角柱焊缝数据处理的具体过程包括：

首先采用格拉布斯准对扫描到的角柱焊缝数据进行无效数据剔除，然后将相邻两面的数据转换到一个平面内进行拼接，逐步完成四个面的拼接后得到一个完整的焊缝曲线，并采用三角剖分算法提取焊缝边缘以去除拼接时重叠的数据，最后利用区域分割的方法将焊缝划分成直线段和圆弧段，提取出直线端点、圆弧端点和圆弧上任意一点，作为最后传输给机器人的运动指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：结合了线激光扫描技术、人工智能等方面的技术，以基于线激光扫描焊缝为目的，研究出一种基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合方法，并推导与之配合使用的焊接路径程序。区别与电弧传感技术识别焊缝的方法，本发明最大的优势在于能够对不规则焊件进行处理，降低了对加工工件的要求，对提高生产效率和降低人力消耗等方面具有积极作用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统工作流程图；

图2为本发明拟合焊缝流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统，基于任意一种自动焊接平台进行工作，包括变位机、扫描仪、焊接机器人和控制系统。

其中，变位机用于控制工件在扫描过程和焊接过程中的转位运动，每次转动的角度为90°；扫描仪用于对待焊工件进行扫描；焊接机器人用于在自动焊接平台上对待焊工件进行焊接；控制系统用于控制变位机、扫描仪和焊接机器人开启和停止工作，还用于采集待焊工件端面信息并进行数据处理以得出待焊工件的焊缝数据。

如图1所示，基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统工作过程包括：

S1、首先将扫描仪用夹具固定在焊接机器人的末端，控制系统控制焊接机器人末端移动到待焊工件的上方，调整与待焊工件的相对高度位置，使待焊工件工件保持在扫描仪的扫描范围内，然后控制模块对发出线激光的扫描仪进行设定，使扫描仪能够输出焊缝的基本形状信息，准备开始扫描；

S2、扫描仪开始扫描，焊接机器人带动扫描仪做水平运动，保持扫描仪发出的线激光与待焊工件的焊缝保持垂直，直至线激光走完一个待焊面，保存扫描数据并上传至控制系统，此时变位机带动待焊工件转动90°；

S3、重复S2，直至扫描完待焊工件的四个面，此时已保存了四组数据，分别是四个面的焊缝数据信息；

S4、控制系统首先分别去除四组数据中的无效数据点，然后将四组数据转换到同一个平面内进行拼接，得到一个大致完整的焊缝轨迹，再提取焊缝轨迹的边缘，最后对焊缝边缘进行区域分割以获取关键点；

S5、控制系统将S4中得到的关键点以两种形式传输给焊接机器人，控制系统操纵焊接机器人进行直线或圆弧的焊接指令，其中两种形式包括直线形式(关键点为起点和终点)和圆弧形式(关键点为起点、终点和中间点)。

具体的，控制系统包括扫描数据模块、拟合焊缝模块和焊接运行模块，这三个模块相对独立又相互关联，扫描数据模块是软件运行的前提，是整个系统初始化及稳定性的保证，同时结合拟合焊缝模块能够将有效信息进行运算整理，最终发给焊接运行模块。扫描数据模块用于控制扫描仪扫描角柱焊缝数据，并进行数据保存；拟合焊缝模块用于对角柱焊缝数据进行数据处理，数据处理的最终目标是获取角柱焊缝的有效信息；焊接运行模块用于将所述角柱焊缝的有效信息发送至焊接机器人进行焊缝轨迹导引。

如图2所示，拟合焊缝模块对角柱焊缝数据处理的具体过程包括：

对于扫描到的角柱焊缝数据，首先采用格拉布斯准对扫描到的角柱焊缝数据进行无效数据剔除，然后将相邻两面的数据转换到一个平面内进行拼接，逐步完成四个面的拼接后得到一个完整的焊缝曲线，并采用三角剖分算法提取焊缝边缘以去除拼接时重叠的数据，最后利用区域分割的方法将焊缝划分成直线段和圆弧段，提取出直线端点、圆弧端点和圆弧上任意一点，作为最后传输给机器人的运动指令。由于机器人焊接时只需要提供焊接指令的起点和终点坐标，不需要将全部的数据点传输给机器人，需要对焊缝边缘进行区域分割以获取关键点。

本发明结合了线激光扫描技术、人工智能等方面的技术，以基于线激光扫描焊缝为目的，研究出一种基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合方法，并推导与之配合使用的焊接路径程序。区别与电弧传感技术识别焊缝的方法，本发明最大的优势在于能够对不规则焊件进行处理，降低了对加工工件的要求，对提高生产效率和降低人力消耗等方面具有积极作用。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统，基于任意一种自动焊接平台进行工作，其特征在于，包括变位机、扫描仪、焊接机器人和控制系统。

其中，变位机用于控制工件在扫描过程和焊接过程中的转位运动，每次转动的角度为90°；扫描仪用于对待焊工件进行扫描；焊接机器人用于在自动焊接平台上对待焊工件进行焊接；控制系统用于控制变位机、扫描仪和焊接机器人开启和停止工作，还用于采集待焊工件端面信息并进行数据处理以得出待焊工件的焊缝数据；

基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统的工作过程包括：

S1、将扫描仪用夹具固定在焊接机器人的末端，控制系统控制焊接机器人末端移动到待焊工件的上方，调整与待焊工件的相对高度位置，使待焊工件工件保持在扫描仪的扫描范围内，然后控制模块对发出线激光的扫描仪进行设定，使扫描仪能够输出焊缝的基本形状信息，准备开始扫描；

S2、扫描仪开始扫描，焊接机器人带动扫描仪做水平运动，保持扫描仪发出的线激光与待焊工件的焊缝保持垂直，直至线激光走完一个待焊面，保存扫描数据并上传至控制系统，此时变位机带动待焊工件转动90°；

S3、重复S2，直至扫描完待焊工件的四个面，此时已保存了四组数据，分别是四个面的焊缝数据信息；

S4、控制系统首先分别去除四组数据中的无效数据点，然后将四组数据转换到同一个平面内进行拼接，得到一个完整的焊缝轨迹，再提取焊缝轨迹的边缘，最后对焊缝边缘进行区域分割以获取关键点；

S5、控制系统将S4中得到的关键点以两种形式传输给焊接机器人，控制系统操纵焊接机器人进行相应的焊接指令。

2.根据权利要求1所述的基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统，其特征在于，S1中焊缝的基本形状信息包括位置信息和高度信息。

3.根据权利要求1所述的基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统，其特征在于，S5中两种形式包括直线形式和圆弧形式，直线形式的关键点包括起点和终点，圆弧形式的关键点包括起点、终点和中间点。

4.根据权利要求1所述的基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统，其特征在于，具体的，控制系统包括扫描数据模块、拟合焊缝模块和焊接运行模块；扫描数据模块用于控制扫描仪扫描角柱焊缝数据，并进行数据保存；拟合焊缝模块用于对角柱焊缝数据进行数据处理，数据处理的最终目标是获取角柱焊缝的有效信息；焊接运行模块用于将所述角柱焊缝的有效信息发送至焊接机器人进行焊缝轨迹导引。

5.根据权利要求4所述的基于线激光扫描的空间直角折线焊缝拟合系统，其特征在于，拟合焊缝模块对角柱焊缝数据处理的具体过程包括：

首先采用格拉布斯准对扫描到的角柱焊缝数据进行无效数据剔除，然后将相邻两面的数据转换到一个平面内进行拼接，逐步完成四个面的拼接后得到一个完整的焊缝曲线，并采用三角剖分算法提取焊缝边缘以去除拼接时重叠的数据，最后利用区域分割的方法将焊缝划分成直线段和圆弧段，提取出直线端点、圆弧端点和圆弧上任意一点，作为最后传输给机器人的运动指令。