一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置制造方法及图纸

一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，所述装置由三自由度机器人、视觉传感器和控制系统组成；所述三自由度机器人包括底座与移动方向互相垂直的x轴方向移动模组、y轴方向移动模组和z轴方向移动模组；y轴方向移动模组的y轴方向导轨安装在工作平台一侧，z轴方向移动模组安装在y轴方向移动模组的y轴滑台上，x轴方向移动模组安装在z轴方向移动模组的z轴滑台上，所述x轴方向移动模组的x轴滑台用于安装焊枪；所述视觉传感器包括并排安装并可沿y轴同步运动的摄像机和一字线激光器，所述控制系统包括上位机、下位机和电机驱动器，所述视觉传感器中的摄像机与上位机连接，上位机与下位机连接，下位机还与电机驱动器连接。

Adaptive tracking control device for concave convex deformation fillet weld

An adaptive bump deformation fillet welding seam tracking control device, the device consists of a three DOF robot vision sensor, and the control system; the robot with three degrees of freedom including the base and the moving direction of the X axis perpendicular to the mobile module, Y axis direction and Z axis direction module module; Y axis guide y the direction of the axis of mobile module mounted on one side of the platform, the Y axis Z axis direction slide module installed move in the direction of Y axis module on the Z axis, X axis direction slide module installed move in the direction of Z axis module, X axis sliding the X axis direction module for mounting the gun; the visual sensor includes a camera mounted side by side and along the Y axis synchronous motion and laser line, the control system includes a master machine and slave machine and motor driver, the visual sensor in the The upper computer is connected with the lower computer and the lower computer is connected with the motor driver.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，具体是一种对于凹凸形变角焊缝进行视觉识别并对其实现快速智能化示教及实时自适应跟踪的装置。
技术介绍
随着当今科技迅速发展，现代化焊接生产对产品质量和生产效率的要求越来越高，焊接制造模式从传统手工焊接形式向自动化无人焊接形式逐步升级。如何保证焊接质量，提高焊接自动化水平成为摆在人们面前的一项重大课题。当下，我国海、陆运物流发展迅速，由此导致了我国海、陆运集装箱需求迅速加大。而集装箱的侧板、门板位置都由波纹板构成，在其与集装箱上下梁之间的焊接时，由于波纹板的焊缝长度较长，在加工波纹板的过程中，经过冲压成型波纹板焊缝的位置会随机变化，这就导致了波纹板焊缝不存在一致性。应对以上问题国内的焊接机器人一般采用两种方式：1.手动示教的方式，对焊缝的位置进行手动示教，但其焊接效率很低，并且废品率高；2.接触式机械测量方式，设计机械结构控制焊枪来应对焊缝位置的变化。但这种方式机械结构复杂、精度不高、操作困难，并且很难实现对于焊缝间隙随机变化情况下的有效焊枪控制。因此，即便集装箱需求不断加大，但由于以上原因导致现在国内集装箱波纹板焊接部分依然由传统手工焊接完成。然而，结构光视觉检测方法具有大量程、非接触、大视场和系统柔性好等优点，近年在工业环境尤其是焊接领域得到广泛的应用。利用视觉传感器对凹凸形变角焊缝的三维位置进行视觉测量，可以实现对目标焊缝的快速智能化示教，进而可由三自由度机器人控制焊枪完成对目标焊缝三维位置的实时自适应精确定位。
技术实现思路
本技术的目的是：提供一套以视觉检测系统为核心的三自由度焊接设备。针对集装箱波纹板为代表的具有凹凸形变角的焊缝进行自动化焊接，在精确获得焊缝三维位置信息的基础上，实现焊枪对于焊缝的高精度自适应跟踪及摆动控制。本技术的技术方案是，提供一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，其特征是所述装置由三自由度机器人、视觉传感器和控制系统组成；所述三自由度机器人包括底座与移动方向互相垂直的x轴方向移动模组、y轴方向移动模组和z轴方向移动模组，所述移动模组均为采用步进电机驱动的滚珠丝杠式直线模组，所述底座上表面为用于放置待焊接工件1的工作平台，y轴和x轴平行于工作平台的工作平面；y轴方向移动模组的y轴方向导轨安装在工作平台一侧，z轴方向移动模组安装在y轴方向移动模组的y轴滑台上，x轴方向移动模组安装在z轴方向移动模组的z轴滑台上，所述x轴方向移动模组的x轴滑台用于安装焊枪；所述视觉传感器包括并排安装并可沿y轴同步运动的摄像机和一字线激光器，以焊枪在y轴上的运动轨迹的起始端和末端分别为前、后方，一字线激光器在y轴方向上位于焊枪前方，位于一字线激光器发出的激光线可以照射在放置在工作平台上的待焊接工件的待焊缝上并由摄像机拍摄；所述控制系统包括上位机、下位机和电机驱动器，所述视觉传感器中的摄像机与上位机连接，上位机与下位机连接，下位机还与电机驱动器连接。所述的一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，其特征是所述放置在工作平台上的待焊接工件的待焊缝为底面和立面相交形成的凹凸形变角焊缝，底面与工作平台(xy平面)平行，立面为相对yz平面具有凹凸形变的曲面或折线面。所述凹凸形变角为100°～120。所述的一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，其特征是所述上位机为工业平板电脑、下位机为PLC，上位机、下位机和电机驱动器均安装在一体式控制柜中，一体式控制柜与y轴滑台相对固定安装，所述摄像机为工业CCD相机，上位机与视觉传感器中的工业CCD相机以USB接口线连接。本技术还提供了一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤1)将待焊接工件固定在工作平台上，以x、y、z轴建立机器人工具坐标系，并确定焊枪的工作原点；2)视觉传感器中的一字线激光器将激光线照射到待焊缝上，并由摄像机采集激光线照射到待焊缝上形成的图像，由上位机对采集的图像进行处理，根据处理结果生产下位机控制信号，由下位机控制电机驱动器驱动步进电机，操作机器人运动完成待焊缝扫描定位和待焊缝实施自适应跟踪。所述步骤2)具体包括2.1)将采集到的激光线照射到底面和立面上的图像分别作为底面条纹线和立面条纹线，对底面条纹线经自适应阈值处理提取中心线和hough变换拟合得到一条直线段作为底面直线，以底面直线接近待焊缝的末端点作为第一特征点p1，其图像坐标为对立面条纹线经自适应阈值处理提取中心线和hough变换拟合得到一条直线段作为立面直线，以立面直线接近待焊缝的末端点为第二特征点p2，其图像坐标以摄像机图像坐标系中三维坐标为的点p3为焊缝特征点，将得到的摄像机图像坐标系中的焊缝特征点p3转化为机器人工具坐标系下的位置坐标p4；2.2)待焊缝扫描定位，电机控制器控制步进电机驱动y轴滑台以扫描速度H向前方移动，在移动过程中，视觉传感器扫描待焊缝并对采集到的图像进行步骤2.1)的处理得到任意焊缝特征点在机器人工具坐标系下的位置坐标；2.3)待焊缝实时自适应跟踪：电机控制器控制步进电机驱动y轴滑台以焊接速度V向前方移动，由于视觉传感器在机器人y轴方向上与焊枪的相对位置保持不变，且一字线激光器在工件上形成的激光条纹在y方向上到焊枪的距离为D，在y轴滑台移动过程中当视觉传感器扫描待焊缝并对采集到的图像进行步骤2.1)的处理，得到初始焊缝特征点在机器人工具坐标系下的位置坐标，根据距离D推算此时焊枪的位置，并使焊枪向该坐标点重叠；当焊枪到达待焊缝初始特征点后，将焊枪向视觉传感器得到的下一个焊缝特征点的位置坐标重叠；依次进行，直到完成对整个待焊缝的实时自适应跟踪。本技术的有益效果是：本技术提供的一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置采用视觉方法识别并测量凹凸形变角焊缝，非接触式无损测量。实现了两大功能。功能1：通过快速扫描目标焊件，可高效、精确、稳定的获取目标焊缝在机器人坐标系下的三维空间位置信息。完全可代替低效、粗糙、一致性差的手动示教过程。功能2：三自由度机器人在运动过程中可实时对目标焊缝进行自适应跟踪，显著提高了焊接质量和焊接效率。具体的说包括以下几点(1)本技术设计视觉传感器对焊缝进行视觉识别及测量，实现了对凹凸形变角焊缝的三维位置信息精确获取。(2)本技术设计了三自由度机器人对凹凸形变角焊缝进行快速智能化扫描，实现了对目标焊缝的高精度、高速度示教，实现了对焊缝三维位置信息的快速获取，然后在位置信息的基础上可以实现高精度焊接。(3)本技术设计了三自由度机器人对凹凸形变角焊缝实现了实时自适应三维位置精确定位，可以在一个行走过程中同时完成焊缝三维信息获取和焊接工作，提高了工作效率。(4)本技术一方面避免了一般焊接机器人手动示教、记忆式学习的繁琐耗时过程及笨重的机械结构对焊缝低效率的接触式测量方法，另一方面增强了整个焊接机器人的可靠性、稳定性、高效性。综上，本技术提供的一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，采用视觉方法识别凹凸形变角焊缝图像位置信息，非接触式无损测量，实现了对目标焊缝的快速智能化示教，并在此基础上实现了机器人对目标焊缝的实时自适应跟踪，设备操作简单，自动化程度高。节省了人力资源，显著提高了焊接质量和焊接效率。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，其特征是所述装置由三自由度机器人、视觉传感器和控制系统组成；所述三自由度机器人包括底座与移动方向互相垂直的x轴方向移动模组、y轴方向移动模组和z轴方向移动模组，所述底座上表面为用于放置待焊接工件的工作平台，y轴和x轴平行于工作平台的工作平面；y轴方向移动模组的y轴方向导轨安装在工作平台一侧，z轴方向移动模组安装在y轴方向移动模组的y轴滑台上，x轴方向移动模组安装在z轴方向移动模组的z轴滑台上，所述x轴方向移动模组的x轴滑台用于安装焊枪；所述视觉传感器包括并排安装并可沿y轴同步运动的摄像机和一字线激光器，以焊枪在y轴上的运动轨迹的起始端和末端分别为前、后方，一字线激光器在y轴方向上位于焊枪前方，位于一字线激光器发出的激光线可以照射在放置在工作平台上的待焊接工件的待焊缝上并由摄像机拍摄；所述控制系统包括上位机、下位机和电机驱动器，所述视觉传感器中的摄像机与上位机连接，上位机与下位机连接，下位机还与电机驱动器连接。

【技术特征摘要】
1.一种凹凸形变角焊缝自适应跟踪控制装置，其特征是所述装置由三自由度机器人、视觉传感器和控制系统组成；所述三自由度机器人包括底座与移动方向互相垂直的x轴方向移动模组、y轴方向移动模组和z轴方向移动模组，所述底座上表面为用于放置待焊接工件的工作平台，y轴和x轴平行于工作平台的工作平面；y轴方向移动模组的y轴方向导轨安装在工作平台一侧，z轴方向移动模组安装在y轴方向移动模组的y轴滑台上，x轴方向移动模组安装在z轴方向移动模组的z轴滑台上，所述x轴方向移动模组的x轴滑台用于安装焊枪；所述视觉传感器包括并排安装并可沿y轴同步运动的摄像机和一字线激光器，以焊枪在y轴上的运动轨迹的起始端和末端分别为前、后方，一字线激光器在y轴方向上位于焊枪前方，位于一字线激光器发出的激光线可以照射在放置在工作平台上的待焊接工件的待焊缝上并由摄像机拍...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海永，欧洋，张天江，李泽楠，
申请(专利权)人：河北工业大学，天津易而速机器人科技开发有限公司，
类型：新型
国别省市：天津;12