CN112122842A

CN112122842A - 一种基于激光视觉的Delta焊接机器人系统

Info

Publication number: CN112122842A
Application number: CN202011089715.0A
Authority: CN
Inventors: 李湘文; 揭光奇; 黄能林; 黄宏亮; 卿成师; 秦子濠; 王登科
Original assignee: Xiangtan University
Current assignee: Xiangtan University
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2020-12-25

Abstract

本发明公开了一种基于激光视觉的Delta焊接机器人系统，该系统主要由支架、Delta机器人本体、传送机构、控制箱、示教器、激光位移传感器、焊接专机及上位机构成，应用于波纹板自动焊接，实现焊接过程中的自动化和智能化。该系统的技术要点是：通过线激光传感器提取波纹板焊缝附近点云坐标数据，将点云数据发送给上位机，上位机通过相邻作圆算法提取出波纹板焊缝路径，后将路径曲线发送给Delta机器人控制器，通过运动控制及焊接专机实现波纹板自动焊接，同时也可以通过示教编程实现自动焊接。

Description

一种基于激光视觉的Delta焊接机器人系统

技术领域

本发明涉及自动化焊接领域，具体涉及一种基于激光视觉的Delta焊接机器人系统。

背景技术

目前，在工程机械、海工装备、轨道车辆等大型机械制造行业中，手工焊接已逐渐退出生产线，自动化焊接机器人、自动化焊接专机以及智能化焊接已经成为焊接技术的发展趋势，在焊接过程中自动化和智能化的发展研究具有深远意义。目前焊接机器人大多采用大型机械，需要专门固定的工作室或者工作空间，本机器人采用了Delta并联机器人，结构轻便简洁，可灵活安置。另外，采用激光位移传感器实时采集焊缝信息，且配合示教器联合编程，简单方便。

发明内容

为了解决现有方法及技术方面存在的不足，更好的推进焊接机器人自动化，自动化焊接专机的发展，本发明中提出了一种基于激光视觉的Delta焊接机器人系统，该系统结构简单，主要由支架、Delta机器人本体、传送机构、控制箱、示教器、激光位移传感器、焊接专机及上位机构成。

支架用于支撑Delta机器人本体，使其具有一定的工作空间，且支架可根据Delta机器人本体的臂展，工作性能，工作负载等确定其高度区间；Delta机器人本体固定于支架顶部平面，其静平台与支架顶部平面重合，Delta机器人本体空间坐标原点定于静平台中心，且Delta机器人本体四个伺服轴，第一、二、三轴为空间坐标移动轴，可通过坐标变换由关节坐标系转换为世界坐标系，第四轴为旋转轴，用于连接焊枪，使其可以改变空间位姿；传送机构置于支架下方，用于传送工件进入激光位移传感器测量范围；激光位移传感器固定于支架并置于Delta机器人本体前方，并与垂直方向成一定夹角；控制箱和示教器通过线缆连接Delta机器人本体及上位机，控制箱主要包括驱动器，控制器，电源等；波纹板通过传送机构按一定方位被激光位移传感器扫描并进入Delta机器人工作空间内，同时，将线激光传感器提取波纹板焊缝附近点云坐标数据发送到上位机，在上位机进行数据处理。

如图2所示，当激光位移传感器扫描到波纹板时，线激光打在波纹板上时，线激光在焊缝处发生拐角，通过激光位移传感器获得的点云图中，将点云坐标数据发送到上位机，在上位机中进行数据处理。首先进行滤波，将偏离较大散点从点云图中剔除，确保提取的焊缝不受杂波干扰，再从点云端点处开始每隔一个采样间距d标记一个采样点，通过标记若干个采样点，再对获取的若干个采样点进行处理；在若干个采样点中，将每相邻的两个采样点作为直径作圆，这样将沿着线激光轨迹作出若干个采样圆，并且采样圆的直径等于采样间距d，再给每相邻的两个采样圆作公切线段，由图3可知，相邻两圆除掉相接处外可作两条公切线段，分布于线激光的左右两侧，取同侧每条公切线的中点记为M，N，依次连接M1M2，M2M3，......,M(n-1)Mn和N1N2，N2N3，......,N(n-1)Nn,当在远离焊缝位置处时，M1M2，M2M3，......,M(n-1)Mn与左侧公切线段基本重合或偏离角度较小，N1N2，N2N3，......,N(n-1)Nn与右侧公切线段基本重合或偏离角度较小，当采样圆逐渐靠近拐点处时，相邻公切线段之间的角度α，β将逐渐偏大到达极值，然后经过焊缝中心后角度α，β将逐渐变小，当角度α，β到达极值时为最接近焊缝中心位置，且记极值处角度α，β所对应的公切线段中点Mi，Ni为P，Q点，将PQ线段近似为焊缝位置，根据相邻公切线段之间的角度α，β变化大小提取出焊缝中心位置PQ，可根据采样间距d的大小确定焊缝跟踪精度。

根据传送机构的传送速度，波纹板将以一定的速度被线激光依次扫描，将每次提取的焊缝中心位置PQ依次组合，将形成波纹板的完整焊缝路径，将完整的焊缝路径坐标通过上位机发送至控制箱的控制器，由控制器发送运动指令，使焊枪开始运动到焊缝起始点，同时启动焊接专机实现自动焊接。

附图说明

图1为Delta焊接机器人系统机械图。

图中：1-支架，2-Delta机器人本体，3-焊枪，4-波纹板，5-传送机构，6-激光位移传感器

图2为激光位移传感器发射线激光打在波纹板上形成的光线图。

图3为相邻作圆算法的焊缝位置提取方法。

图4为一种基于激光视觉的Delta焊接机器人系统的系统框图。

具体实施方式

为了更好地表达整个发明的技术方案与有益成果，下面结合附图和实施案例对本发明做进一步详细说明。但是，本发明的实施方式不限于此。

实施例一：本发明提出一种基于激光视觉的Delta焊接机器人系统，如图4所示，系统主要由支架、Delta机器人本体、传送机构、控制箱、示教器、激光位移传感器、焊接专机及上位机构成。波纹板由传送机构进入激光位移传感器扫描范围，根据传送机构的传送速度以及波纹板从起始进入扫描到扫描完毕所用的时间，可采集整个波纹板激光光线点云坐标；将整个点云坐标发送至上位机进行数据处理，利用相邻作圆算法提取出焊缝路径，将焊缝路径曲线坐标方程发送至控制器，转化为运动指令控制Delta机器人按照相应轨迹进行运动，当完成轨迹传送后，控制箱启动焊接专机，焊枪启动至轨迹起始点，开始自动焊接。焊接完成后，焊机熄弧，焊枪复位，焊件通过传送机构传送出去，准备下一工件的焊接。

实施例二：本发明提出一种相邻作圆算法提取焊缝位置方法，如图2所示，激光位移传感器扫描到波纹板，线激光打在波纹板上时，线激光在焊缝处发生拐角，通过激光位移传感器获得的点云图中，该点云坐标仅为二维平面坐标系，在高度方向暂不考虑，将点云坐标数据发送到上位机，在上位机中进行数据处理。

首先进行滤波，将偏离较大散点从点云图中剔除，确保提取的焊缝不受杂波干扰，再从点云端点处开始每隔一个采样间距d标记一个采样点，标记若干个采样点，该采样间距d的大小根据所需焊缝跟踪精度而定，当采样间距较大时，所获得的采样点数量将减少，再对获取的若干个采样点进行处理。

在若干个采样点中，将每相邻的两个采样点作为直径作圆，这样将沿着线激光轨迹作出若干个采样圆，并且采样圆的直径等于采样间距d，再给每相邻的两个采样圆作公切线段，由图3可知，相邻两圆除掉相接处外可作两条公切线段，分布于线激光的左右两侧，取同侧每条公切线的中点记为M，N，依次连接M1M2，M2M3，......,M(n-1)Mn和N1N2，N2N3，......,N(n-1)Nn,当在远离焊缝位置处时，M1M2，M2M3，......,M(n-1)Mn与左侧公切线段基本重合或偏离角度较小，N1N2，N2N3，......,N(n-1)Nn与右侧公切线段基本重合或偏离角度较小，当采样圆逐渐靠近拐点处时，相邻公切线段之间的角度α，β将逐渐偏大到达极值，然后经过焊缝中心后角度α，β将逐渐变小，当角度α，β到达极值时为最接近焊缝中心位置，且记极值处角度α，β所对应的公切线段中点Mi，Ni为P，Q点，将PQ线段近似为焊缝位置，根据相邻公切线段之间的角度α，β变化大小提取出焊缝中心位置PQ，可根据采样间距d的大小确定焊缝跟踪精度。

Claims

1.一种基于激光视觉的Delta焊接机器人系统，其特征是：该系统主要由支架、Delta机器人本体、传送机构、控制箱、示教器、激光位移传感器、焊接专机及上位机构成；支架用于支撑Delta机器人本体，使其具有一定的工作空间传送机构位于Delta机器人本体下方，激光位移传感器固定于支架并置于Delta机器人本体前方，焊枪置于第四轴末端，控制箱和示教器通过线缆连接Delta机器人本体及上位机；波纹板通过传送机构按一定方位被激光位移传感器扫描并进入Delta机器人工作空间内，同时，将线激光传感器提取波纹板焊缝附近点云坐标数据发送到上位机，上位机通过数据处理，采用相邻作圆算法提取焊缝路径，并实时发送路径曲线到控制箱，启动焊接专机实现自动焊接。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光视觉的Delta焊接机器人系统，其特征是：所述的相邻作圆算法，在获得的线激光点云图中，进行数据处理，每隔一个采样间距d标记一个采样点，将每相邻的两个采样点为直径作圆，再每相邻俩圆作两条公切线段，取每条公切线段中点M，N，依次连接M1M2，M2M3，......,M(n-1)Mn,N1N2，N2N3，......,N(n-1)Nn,根据相邻公切线段之间的角度α，β变化大小提取出焊缝中心位置PQ,可根据采样间距d的大小确定焊缝跟踪精度。