CN114012323A - 一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法 - Google Patents

一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，本发明将激光跟踪探头安装于焊接机器人前端，焊枪实时获取拼接箱体边缘位置及错边量，实时调整焊枪位置。本方法采用机器视觉算法，三角激光测量原理，计算拼接金属箱体焊缝位置，并将数据传送给焊接机器人。

Description

一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法
技术领域
本发明涉及箱体焊接技术领域，更具体的说是一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法。
背景技术
当金属板拼接组成箱体时，需要对拼接处进行焊接以形成一个密闭的箱体。拼接箱体结构时，为了固定板与板间的关系，常常会点上点焊点。同时因组对差异造成箱体边缘有错边，给机器人自动化焊接造成较大困难。如果机器人采用示教的方式焊接，需要另外设计添置固定箱体的工装夹具，并且焊接机器人只能按照示教好的固定轨迹焊接，无法实时检测焊接过程中由于热变形而产生的偏移量，达不到焊接要求。
发明内容
本发明提供一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，以期解决背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，将激光跟踪探头安装于焊接机器人前端，包括以下步骤：
1)预设焊缝相关焊接信息，通过激光位移传感器采集并识别得到焊缝点的三维坐标值A(x,y,z)；
2)激光位移传感器沿焊接方向移动，直至获取到第N个焊缝点的坐标值An(xn,yn,zn),建立激光移位传感器内部的队列数据，得到初始三维焊缝样本，所述N点为形成三维焊缝样本所需求的最后一个焊缝点；
3)将三维焊缝样本投影在XY面和XZ平面上，形成XY平面投影轨迹和XZ平面投影轨迹，并拟合成XY和XZ平面的直线；
4)激光位移传感器获取新的焊缝点的三维坐标值(x0,y0,z0)，计算该焊缝点对水平方向拟合直线的距离dxy和对垂直方向拟合直线的距离dxz；
若dxy,dxz任一值超过预设跳动范围，则丢弃该点；
若dxy和dxz均在预设的跳动范围内，将该新的焊缝点的三维坐标值(x0,y0,z0)压入激光移位传感器内部的队列数据结构内，得到新的三维焊缝样本，根据步骤3)的方法拟合形成新的XY和XZ平面的直线；
5)通过新的XY和XZ平面的直线形成三维焊缝轨迹，焊接机器人按照实时的新的三维焊缝轨迹进行焊接。
在一些实施例中，1)中，焊缝相关焊接信息包括激光位移传感器焊缝拟合长度、箱体盖板厚度、跳动范围。
在一些实施例中，3)中，利用最小二乘法拟合在XY平面上的焊缝直线轨迹方程如下：
A1X+B1Y+C1＝0 (F1)
式F1中，A1表示XY平面拟合出的直线斜率，B1为-1,C1表示XY平面拟合出的直线截距，X为拟合出的XY平面直线自变量，Y为拟合出的XY平面因变量；
利用最小二乘法拟合在XZ平面上的焊缝直线轨迹方程如下：
A2X+B2Z+C2＝0 (F2)
式F2中，A2表示XZ平面拟合出的直线斜率，B2为-1,C2表示XZ平面拟合出的直线截距，X为拟合出的XZ平面直线自变量，Z为拟合出的XZ平面因变量。
在一些实施例中，4)中，新的焊缝点对水平方向拟合直线的距离dxy通过以下方法计算得到：
Figure BDA0003383242840000031
对垂直方向拟合直线的距离dxz通过以下方法计算得到：
Figure BDA0003383242840000032
在一些实施例中，4)中，每次执行该步骤时，需检查队列长度，当队列长度超过预设长度时，需要移除队首超出的元素。
在一些实施例中，激光位移传感器识别箱体边缘焊缝点信息，采用以下方法：
如果在横盖板上激光条纹位于竖盖板上激光条纹的上方，得到一长一短两条直线，此时焊缝点为竖盖板激光条纹左端点；
如果竖盖板边缘与横盖板边缘基本平行，当横盖板与竖盖板存在间隙：此时焊缝点位于横盖板端点；横盖板与竖盖板没有间隙或间隙非常小，此时焊缝点根据之前设置的盖板厚度，基于横盖板的激光条纹直线向左偏移盖板厚度；
如果竖盖板边缘高于横盖板边缘的激光条纹，此时焊缝点位于横盖板激光条纹直线右端点。
在一些实施例中，所述焊缝类型包括直线型焊缝和/或曲线形焊缝。
附图说明
图1是本实施例中三维焊缝轨迹在XY面上的投影示意图，其中+为实际焊缝点；
图2是利用最小二乘法将图1拟合在XY平面上的焊缝直线方程示意图，其中+为实际焊缝点，为拟合的直线；
图3是本实施例中三维焊缝轨迹在XZ面上的投影示意图，其中+为实际焊缝点；
图4是利用最小二乘法将图1拟合在XZ平面上的焊缝直线方程示意图，其中+为实际焊缝点，为拟合的直线；
图5是竖盖板边缘低于横盖板边缘时激光位移传感器识别的示意图；
图6是竖盖板边缘与横盖板边缘平齐时激光位移传感器识别的示意图；
图7是竖盖板边缘高于横盖板边缘时激光位移传感器识别的示意图；
图8是焊缝点在三维空间的示意图，x轴为焊接机器人焊接方向；
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
相反，本申请涵盖任何由权利要求定吧义的在本申请的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。
对本申请实施例所涉及的基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
在本申请的实施例中，本发明将激光跟踪探头安装于焊接机器人前端，焊枪实时获取拼接箱体边缘位置及错边量，实时调整焊枪位置。
本方法采用机器视觉算法，三角激光测量原理，计算拼接金属箱体焊缝位置，并将数据传送给焊接机器人。基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，以期解决背景技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，将激光跟踪探头安装于焊接机器人前端，包括以下步骤：
1)预设焊缝相关焊接信息，通过激光位移传感器采集并识别得到焊缝点的三维坐标值A(x,y,z)；
2)激光位移传感器沿焊接方向移动，直至获取到第N个焊缝点的坐标值An(xn,yn,zn),建立激光移位传感器内部的队列数据，得到初始三维焊缝样本，所述N点为形成三维焊缝样本所需求的最后一个焊缝点；
3)将三维焊缝样本投影在XY面和XZ平面上，形成XY平面投影轨迹和XZ平面投影轨迹，并拟合成XY和XZ平面的直线；
4)激光位移传感器获取新的焊缝点的三维坐标值(x0,y0,z0)，计算该焊缝点对水平方向拟合直线的距离dxy和对垂直方向拟合直线的距离dxz；
若dxy,dxz任一值超过预设跳动范围，则丢弃该点；
若dxy和dxz均在预设的跳动范围内，将该新的焊缝点的三维坐标值(x0,y0,z0)压入激光移位传感器内部的队列数据结构内，得到新的三维焊缝样本，根据步骤3)的方法拟合形成新的XY和XZ平面的直线；
5)通过新的XY和XZ平面的直线形成三维焊缝轨迹，焊接机器人按照实时的新的三维焊缝轨迹进行焊接。
在一些实施例中，1)中，焊缝相关焊接信息包括激光位移传感器焊缝拟合长度、箱体盖板厚度、跳动范围。
在一些实施例中，3)中，利用最小二乘法拟合在XY平面上的焊缝直线轨迹方程如下：
A1X+B1Y+C1＝0 (F1)
式F1中，A1表示XY平面拟合出的直线斜率，B1为-1,C1表示XY平面拟合出的直线截距，X为拟合出的XY平面直线自变量，Y为拟合出的XY平面因变量；
利用最小二乘法拟合在XZ平面上的焊缝直线轨迹方程如下：
A2X+B2Z+C2＝0 (F2)
式F2中，A2表示XZ平面拟合出的直线斜率，B2为-1,C2表示XZ平面拟合出的直线截距，X为拟合出的XZ平面直线自变量，Z为拟合出的XZ平面因变量。
在一些实施例中，4)中，新的焊缝点对水平方向拟合直线的距离dxy通过以下方法计算得到：
Figure BDA0003383242840000061
对垂直方向拟合直线的距离dxz通过以下方法计算得到：
Figure BDA0003383242840000062
在一些实施例中，4)中，每次执行该步骤时，需检查队列长度，当队列长度超过预设长度时，需要移除队首超出的元素。
在一些实施例中，所述焊缝类型包括直线型焊缝和/或曲线形焊缝。
在一些实施例中，激光位移传感器识别箱体边缘焊缝点信息，采用以下方法：
如果在横盖板上激光条纹位于竖盖板上激光条纹的上方，得到一长一短两条直线，此时焊缝点为竖盖板激光条纹左端点；如图5所示。
如果竖盖板边缘与横盖板边缘基本平齐，当横盖板与竖盖板存在间隙：此时焊缝点位于横盖板端点；横盖板与竖盖板没有间隙或间隙非常小，此时焊缝点根据之前设置的盖板厚度，基于横盖板的激光条纹直线向左偏移盖板厚度；如图6所示。
如果竖盖板边缘高于横盖板边缘的激光条纹，此时焊缝点位于横盖板激光条纹直线右端点。如图7所示。
本申请所披露的基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法可能带来的有益效果包括但不限于：
本发明实现使用的方法，能实时跟踪箱体拼接焊缝位置，计算箱体拼接错边量，实时跟踪并向焊接机器人反馈焊接过程中由于焊接热变形，组对差异产生的焊缝偏移量。解决箱体焊缝因为错边识别位置发生变化造成的焊缝焊接质量问题，避免了激光传感器因焊缝识别抖动导致的焊接缺陷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，包括，将激光跟踪探头安装于焊接机器人前端，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：预设焊缝相关焊接信息，通过激光位移传感器采集并识别得到焊缝点的三维坐标值A(x,y,z)；
步骤2：激光位移传感器沿焊接方向移动，直至获取到第N个焊缝点的坐标值An(xn,yn,zn),建立激光移位传感器内部的队列数据，得到初始三维焊缝样本，所述N点为形成三维焊缝样本所需求的最后一个焊缝点；
步骤3：将三维焊缝样本投影在XY面和XZ平面上，形成XY平面投影轨迹和XZ平面投影轨迹，并拟合成XY和XZ平面的直线；
步骤4：激光位移传感器获取新的焊缝点的三维坐标值(x0,y0,z0)，计算该焊缝点对水平方向拟合直线的距离dxy和对垂直方向拟合直线的距离dxz；
若dxy,dxz任一值超过预设跳动范围，则丢弃该点；
若dxy和dxz均在预设的跳动范围内，将该新的焊缝点的三维坐标值(x0,y0,z0)压入激光移位传感器内部的队列数据结构内，得到新的三维焊缝样本，根据步骤3)的方法拟合形成新的XY和XZ平面的直线；
步骤5：通过新的XY和XZ平面的直线形成三维焊缝轨迹，焊接机器人按照实时的新的三维焊缝轨迹进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，其特征在于，步骤1中，焊缝相关焊接信息包括激光位移传感器焊缝拟合长度、箱体盖板厚度、跳动范围。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，其特征在于，步骤3中，利用最小二乘法拟合在XY平面上的焊缝直线轨迹方程如下：
A1X+B1Y+C1＝0 (F1)
式F1中，A1表示XY平面拟合出的直线斜率，B1为-1,C1表示XY平面拟合出的直线截距，X为拟合出的XY平面直线自变量，Y为拟合出的XY平面因变量；
利用最小二乘法拟合在XZ平面上的焊缝直线轨迹方程如下：
A2X+B2Z+C2＝0 (F2)
式F2中，A2表示XZ平面拟合出的直线斜率，B2为-1,C2表示XZ平面拟合出的直线截距，X为拟合出的XZ平面直线自变量，Z为拟合出的XZ平面因变量。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，其特征在于，步骤4中，
新的焊缝点对水平方向拟合直线的距离dxy通过以下方法计算得到：
Figure FDA0003383242830000021
对垂直方向拟合直线的距离dxz通过以下方法计算得到：
Figure FDA0003383242830000022
5.根据权利要求1所述的一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，其特征在于，步骤4中，每次执行该步骤时，需检查队列长度，当队列长度超过预设长度时，需要移除队首超出的元素。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，其特征在于，所述激光位移传感器识别箱体边缘焊缝点信息，采用以下方法：
如果在横盖板上激光条纹位于竖盖板上激光条纹的上方，得到一长一短两条直线，此时焊缝点为竖盖板激光条纹左端点；
如果竖盖板边缘与横盖板边缘基本平行，当横盖板与竖盖板存在间隙：此时焊缝点位于横盖板端点；横盖板与竖盖板没有间隙或间隙非常小，此时焊缝点根据之前设置的盖板厚度，基于横盖板的激光条纹直线向左偏移盖板厚度；
如果竖盖板边缘高于横盖板边缘的激光条纹，此时焊缝点位于横盖板激光条纹直线右端点。
7.根据权利要求6所述的一种基于激光移位传感器的箱体拼接边缘焊缝实时识别方法，其特征在于，所述焊缝类型包括直线型焊缝和/或曲线形焊缝。
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