一种直角流水孔焊缝识别跟踪焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种直角流水孔焊缝识别跟踪方法，该方法包括以下步骤：超声波传感器检测前方工件距离，发出转弯信号；机器人本体按轨迹规划进行运动；横向滑块运动由轨迹规划和实时跟踪控制叠加实现；旋转电弧传感器进行焊接段焊缝跟踪；激光视觉传感器进行流水孔特征点识别；根据流水孔特征点和记步数，识别流水孔类型，指导焊枪伸缩切换，完成焊缝自动识别跟踪。本焊缝识别跟踪方法由自主移动焊接机器人自动完成，解决了现有焊接机器人无法自动识别跟踪直角流水孔焊缝问题，实现了真正的焊接自动化，提高了焊接效率和焊接质量。

Tracking welding method of right angle water hole welding seam recognition

The invention discloses a tracking method of rectangular water hole seam recognition, the method comprises the following steps: ultrasonic sensor in front of workpiece distance, a turn signal according to the trajectory planning; robot movement; horizontal slider motion is achieved by trajectory planning and tracking control of superposition; rotating arc sensor for seam tracking welding section; water hole features the identification of the laser vision sensor; according to the water hole feature points and record the number of steps, identification of water hole type, guide the torch telescopic switch, complete automatic seam tracking. The tracking method of welding seam recognition by autonomous mobile robot automatically, solve the existing welding robot can not automatic recognition and tracking rectangular water hole weld, the true realization of the automatic welding, improve the welding efficiency and welding quality.

【技术实现步骤摘要】
一种直角流水孔焊缝识别跟踪焊接方法
本专利技术涉及焊接、图像处理、信号处理、控制领域，具体涉及一种直角流水孔焊缝识别跟踪方法。
技术介绍
目前，我国的工业化水平越来越高，大型构件在现场的应用也越来越多。焊接是大型构件在现场的组装的重要手段，作为重工业的一项重要关键技术，焊接质量与效率影响着大型设备制造的质量、周期与成本。近年来我国已超越韩国、日本等国成为了全球第一造船大国，但造船大国并非造船强国，我国的造船自动化技术还有待于进一步提高，使用自主移动式焊接机器人代替人工焊接，不仅能保证焊接质量的稳定，还能有效地缩短制造工期，降低制造成本。在船舶制造过程中，为了加强船体的强度，船舱底部设置格子型构件，同时为了能够让水在船舱中流动，在格子间上存在一定的直角流水孔焊缝。现有机器人无法自动完成识别跟踪焊接，目前主要靠人工来完成焊接，已成为制约造船工业发展的瓶颈问题，国内外尚无关于直角流水孔自动识别跟踪与焊接的报道.因此如何采用焊接机器人识别跟踪直角流水孔焊缝完成焊接过程，提高生产效率，是造船领域亟待突破的关键技术.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供直角流水孔焊缝识别跟踪方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种直角流水孔焊缝识别跟踪焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）超声波传感器检测前方工件距离以发出转弯信号；（2）机器人本体按轨迹规划进行运动；（3）横向滑块运动由轨迹规划和实时跟踪控制叠加实现；（4）旋转电弧传感器进行焊接段焊缝跟踪；（5）激光视觉传感器进行流水孔特征点识别；（6）根据流水孔特征点和记步数，识别流水孔类型，指导焊枪伸缩切换，完成焊缝自动识别跟踪。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤（1）具体做法为：将超声波传感器安装于机器人正前方，用于检测机器人本体至前方工件的距离，当实际距离进入设定的转弯距离时，机器人开始转弯；设定距离为焊嘴至机器人左轮中心的距离s，为了保证每次都能获取到拐弯信号，实际设定距离为s±0.5cm。作为本专利技术再进一步的方案：步骤（2）中具体做法为：机器人进入直角转弯后，机器人本体由直线运动变为以左轮为旋转中心，后轮后退的运动方式；同时右轮的运动需要进行规划；右轮速度规划应结合横向滑块的运动，需保证焊接时焊枪沿焊缝方向的线速度保持不变。作为本专利技术再进一步的方案：步骤（3）中具体做法为：直角流水孔焊缝跟踪过程中，单位时间内焊枪的变化较大，单靠实时检测偏差无法跟踪上焊缝，需对焊枪轨迹进行规划；同时，在经过流水孔段，机器人需熄弧，无法由电流信号提取偏差，也需要对焊枪轨迹进行提前规划；实际焊接过程中，需保证焊枪沿焊缝方向的速度始终不变，其它方向上的速度为零。作为本专利技术再进一步的方案：步骤（4）中具体做法为：直角流水孔焊缝跟踪过程中，在无流水孔的焊接段，利用旋转电弧传感器进行实时电流信号采集，通过系列信号处理算法后提取偏差。滑块的驱动利用规划量和实时控制量叠加的方式进行。作为本专利技术再进一步的方案：步骤（5）中具体做法为：激光视觉传感器实时采集焊缝图像信息，经RIO获取、激光条纹提取、连通域提取等图像处理算法后识别出流水孔的特征点（特征点包括流水孔起始点和结束点），以提供给处理器进行起弧或熄弧的切换，同时指导焊枪进行伸出和缩进的切换。作为本专利技术再进一步的方案：步骤（6）中具体做法为：激光视觉传感器识别出流水孔特征点后，结合进入直角后的记步数，识别出流水孔的类型。假设进入直角后，到直角拐点的记步数为n，如果在直角左半段步数<n-10就进入了流水孔，则判断为左孔，否则为右孔。根据不同的类型，选择不同的子程序，从而指导焊枪伸缩的切换时间，完成整个直角角焊缝的自动识别跟踪焊接。目前，船舱格子间流水孔焊接都采用人工焊接方式，有部分造船企业采用大型焊接机器人进行焊接，该类机器人无法自主移动，采用的方式为示教方式；国内外尚无关于直角流水孔自动识别跟踪焊接的报道，本专利技术采用自主移动焊接机器人，能够在狭小空间完成直角流水孔焊缝的自动识别和跟踪焊接，识别和跟踪精度为±1.0mm，具有很高的理论和实用价值。附图说明图1为本专利技术的船舱格子间典型的直角流水孔焊缝示意图一。图2为本专利技术的船舱格子间典型的直角流水孔焊缝示意图二。图3为本专利技术的分析后得出的机器人右轮运动规划曲线图。图4为本专利技术的横向滑块规划曲线图。图5为本专利技术的电流信号处理示意图。图6为本专利技术的流水孔特征点示意图。图7为本专利技术的激光视觉传感器采集到的焊缝图像示意图。图8为本专利技术的激光拐点检测结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1和图2为船舱格子间两个典型的直角流水孔焊缝，假设AC=CD，图1中，直角焊缝焊接从A点开始，至B点停弧，焊枪行至C点，重新起弧且焊枪由伸出改为缩进，焊接至D。图2中，直角焊缝焊接从A点开始，焊接至B点停弧，同时焊枪由伸出改为缩进行至C点，重新起弧焊接至D。超声波信号的采集，采用多次采样求均值的方式以减少单次采样误差带来的影响。当采样数据进入设定拐弯距离范围内时，系统给出触发信号，机器人由两轮等速直线运动进入直角拐弯。进入直角转弯焊缝后，机器人本体采用以左轮为旋转中心，右轮后退的方式运动。焊接过程中，移动机器人进入转弯后需对其轮子运动进行规划。轮子的运动并非恒速，为一渐变过程，可采用分段方式对其运动进行分析，需保证运动过程中，焊枪沿着焊缝方向的速度分量始终恒定。机器人运动带来焊枪其它方向的运动分量和滑块的运动刚好抵消，图3为分析后得出的机器人右轮运动规划曲线图。焊缝跟踪过程中，无法单靠实时采集的焊缝偏差进行跟踪控制，需对十字滑块的运动进行事先规划。系统最终输出的控制量为实时跟踪控制量和轨迹规划的输出量叠加，对滑块的规划也采用分段的方式。图4为横向滑块规划曲线图。旋转电弧传感器进行焊缝跟踪，需采集焊接中的电流信号，对电流信号进行系列信号处理后得出偏差信息以指导滑块运动从而跟踪上焊缝。电流信号处理过程可按图5进行。图6为流水孔特征点示意图，图中需要检测的特征点为B、C点，焊缝中有无流水孔时反映在图像中的激光条纹有明显区别，有空时用flag=1描述，无孔时用flag=0来描述，B点的检测为flag从0跳变到1点，C点的检测为flag从1跳变到0；机器人识别跟踪直角角焊缝的过程中，直角拐点的检测至关重要。图7为激光视觉传感器采集到的焊缝图像，分析可知，焊枪离工件的距离变化会引起焊缝图像中激光条纹在图像中的横坐标变化。在焊缝跟踪过程中，通过实时检测焊缝图像中激光条纹的横坐标，当其坐标处于拐点时，则认为激光已经到达拐点，图8为拐点检测结果图。在直角焊缝焊接过程中，拐点前后的45°为对称，机器人轨迹和滑块轨迹规划都为对称关系；跟踪过程中，轮子的打滑可由实时跟踪控制量进行补偿。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直角流水孔焊缝识别跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）超声波传感器检测前方工件距离以发出转弯信号；（2）机器人本体按轨迹规划进行运动；（3）横向滑块运动由轨迹规划和实时跟踪控制叠加实现；（4）旋转电弧传感器进行焊接段焊缝跟踪；（5）激光视觉传感器进行流水孔特征点识别；（6）根据流水孔特征点和记步数，识别流水孔类型，指导焊枪伸缩切换，完成焊缝自动识别跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种直角流水孔焊缝识别跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）超声波传感器检测前方工件距离以发出转弯信号；（2）机器人本体按轨迹规划进行运动；（3）横向滑块运动由轨迹规划和实时跟踪控制叠加实现；（4）旋转电弧传感器进行焊接段焊缝跟踪；（5）激光视觉传感器进行流水孔特征点识别；（6）根据流水孔特征点和记步数，识别流水孔类型，指导焊枪伸缩切换，完成焊缝自动识别跟踪。2.根据权利要求1所述的直角流水孔焊缝识别跟踪方法，其特征在于，超声波传感器检测前方工件距离以发出转弯信号，具体为：将超声波传感器安装于机器人正前方，用于检测机器人本体至前方工件的距离，当实际距离进入设定的转弯距离时，机器人开始转弯。3.根据权利要求1所述的直角流水孔焊缝识别跟踪方法，其特征在于，机器人本体按轨迹规划进行运动，具体为：进入直角转弯后，机器人本体由直线运动变为以左轮为旋转中心，后轮后退的运动方式；同时右轮的运动需要进行规划。4.根据权利要求1所述的直角流水孔焊缝识别跟踪方法，其特征在于，横向滑块运动由轨迹规划和实时跟踪控制叠加实现，具体为：直角流水孔焊缝跟踪过程中，单位时间内焊枪的变化较大...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36