一种用于焊缝打磨的焊缝识别定位方法和装置制造方法及图纸

一种用于焊缝打磨的焊缝识别定位装置，包括固定连接在机器人末端夹具上的线扫激光传感器和打磨头组件，控制器通过控制线连接机器人，工控机通过数据线与线扫激光传感器和控制器连接。利用上述装置实现的焊缝识别定位方法，利用机器人带动线扫激光传感器对车体焊缝位置作匀速直线扫描，获取多帧焊缝轮廓数据，工控机计算焊缝和母材数据，将位置姿态转换成６DOF坐标，机器人根据各个6DOF坐标计算生成打磨加工轨迹，驱动打磨头组件执行加工轨迹，进行焊缝打磨。本发明专利技术满足了打磨应用中对焊缝识别定位的需求，实现了焊缝自动化打磨，解决了车体蒙皮焊缝相对低、矮，易受焊渣干扰，影响打磨效果的问题，提高了识别准度和打磨精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于焊缝打磨的焊缝识别定位方法和装置
本专利技术涉及物理领域，尤其涉及测量技术，具体是一种用于焊缝打磨的焊缝识别定位方法和装置。
技术介绍
在列车生产制造过程中，碳钢列车车体蒙皮有大量焊缝，为消除应力以及改善外观，这些焊缝需要作打磨处理。目前打磨工作均以人力手工打磨为主，工作量大效率低，有噪音及粉尘污染，对操作人员有一定的健康危害，因此实现自动化打磨是行业迫切的需求。现有技术中提出了采用激光线扫方案的焊缝识别定位技术方案，但是其识别对象是焊接之前边沿整齐锐利的母材边沿，由于焊接之后，焊缝形态已改变，且不同焊接参数焊缝的高度、宽度都有差别，同时打磨应用还需要获取母材的位置、角度、焊缝的位置、高度等信息以调整打磨工具姿态和打磨参数，因此现有焊接应用中的焊缝识别定位技术方案无法直接应用到焊缝打磨中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于焊缝打磨的焊缝识别定位装置，采用符合打磨应用要求的焊缝定位识别技术，处理线扫激光传感器采集的焊缝位姿和母材形态数据，满足了打磨应用中对焊缝识别定位的需求，实现了焊缝自动化打磨。优化的焊缝轮廓识别定位方法，解决了车体蒙皮焊缝相对低、矮，易受焊渣干扰，影响打磨效果的问题，提高了识别准度和打磨精度。本专利技术的这种用于焊缝打磨的焊缝识别定位装置，包括工控机、机器人、控制器、线扫激光传感器和打磨头组件，所述线扫激光传感器和打磨头组件固定连接在所述机器人末端夹具上，所述机器人通过控制线与所述控制器连接，所述工控机通过数据线与所述线扫激光传感器和所述控制器连接，所述控制器依据扫描轨迹控制所述机器人带动线扫激光传感器作直线运动，所述线扫激光传感器采集多帧焊缝轮廓以及母材形态数据，并将数据发送至所述工控机，所述工控机分析整合焊缝轮廓以及母材形态数据，计算并生成机器人可执行的6DOF坐标，并将6DOF坐标发送至所述控制器，所述控制器按6DOF坐标生成打磨加工轨迹，控制所述机器人驱动打磨头组件进行焊缝打磨。进一步的，所述的机器人为六轴机器人。本专利技术还提供了一种用于焊缝打磨的焊缝识别定位方法，包括如下步骤：步骤一：建立所述线扫激光传感器在机器人上的工具号，标定该工具的ＴＣＰ点以及工具坐标方向，使坐标原点及坐标轴与测量坐标原点与坐标轴完全重合，并根据焊缝的位置范围，预设所述机器人扫描轨迹和运行速度；步骤二：启动所述机器人，根据运行速度计算获得所述线扫激光传感器的扫描帧率，机器人执行扫描轨迹，线扫激光传感器对车体焊缝位置作匀速直线扫描，获取多帧焊缝轮廓数据；步骤三：所述线扫激光传感器将各个帧的焊缝轮廓数据发送至工控机，工控机计算出各个帧的焊缝位置及焊缝、母材的形态参数，并将位置姿态转换成机器人坐标下的６DOF坐标；步骤四：所述机器人根据工控机给出的各个6DOF坐标计算生成打磨加工轨迹，所述机器人驱动打磨头组件执行加工轨迹，进行焊缝打磨。进一步的，包括如下焊缝定位流程：所述线扫激光传感器沿y轴方向，扫描的结果为沿着y轴等距的多组x,z轮廓数据；将获得的数据集进行多线程处理，每个线程进行运行一个单帧轮廓数据处理；运算后总进程获得沿y轴的多组焊缝位置以及打磨参数数据；沿y轴方向，对焊缝识别结果进行有效性判断和连续性判断；对沿着y轴多组连续的结果进行拼接，获得最终的整条焊缝数据，以及焊头、焊尾位置数据；对焊头和焊尾中间的异常值点进行补偿；对各焊缝位置坐标点进行坐标变换，从传感器坐标变换为机器人坐标，生成全部机器人运动轨迹点坐标{X,Y,Z,A,B,C}。具体的，A,B,C为6DOF坐标系统中的姿态角值，即滚动角度、俯仰角度，偏航角度，本领域技术人员均已了解，在此不作赘述。进一步的，所述单帧轮廓数据处理步骤包括：步骤一：对所述线扫激光传感器采集的单帧轮廓数据进行滤波处理；步骤二：对滤波后的轮廓点集进行一阶求导，获得每个坐标上的斜率；步骤三：对斜率再次进行滤波，获得轮廓斜率集合；步骤四：对斜率过大的区域进行删除；步骤五：对轮廓斜率集合进行一阶求导，获得每一个点的具有正负性的曲率值；步骤六：将所有曲率值大于给定正阈值的连续区间确定为一个焊缝边缘；步骤七：在每个区间设立多个特征点，对不同区间特征点生成焊缝左右端点配对项，对所有符合宽度和高度特征的配对项，寻找其中最大焊缝高度的配对项，在最大高度配对项的左右端点所在的曲率阈值区域寻找最大曲率值位置；步骤八：通过焊缝左右端点计算焊缝相关打磨参数。本专利技术的工作原理是：机器人依据预设的线扫激光传感器扫描轨迹对车体蒙皮上的焊缝进行匀速直线扫描，获取多帧焊轮廓和母材形态数据，工控机将采集的数据分析整合，通过焊缝定位和单帧轮廓数据处理方法，最终生成机器人可执行的6DOF坐标，控制器按6DOF坐标生成打磨加工轨迹，控制机器人驱动打磨头组件完成焊缝打磨。本专利技术和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本专利技术采用符合打磨应用要求的焊缝定位识别技术，满足了打磨应用中对焊缝识别定位的需求，实现了焊缝自动化打磨。优化的焊缝轮廓识别定位方法，解决了车体蒙皮焊缝相对低、矮，易受焊渣干扰，影响打磨效果的问题，提高了识别准度和打磨精度。附图说明图1是本专利技术中的装置的结构示意图。图2是本专利技术中的焊缝识别定位方法的流程示意图。图3是本专利技术中的单帧轮廓处理方法的流程示意图。具体实施方式实施例1:如图1所示，本专利技术的用于焊缝打磨的焊缝识别定位装置，包括工控机1、机器人2、控制器3、线扫激光传感器4和打磨头组件5，线扫激光传感器4和打磨头组件5固定连接在机器人2末端夹具201上，机器人2通过控制线与控制器3连接，工控机1通过数据线与线扫激光传感器4和控制器3连接，控制器3依据扫描轨迹控制机器人2带动线扫激光传感器4作直线运动，线扫激光传感器4采集多帧焊缝7轮廓以及母材6形态数据，并将数据发送至工控机1，工控机1分析整合焊缝7轮廓以及母材6形态数据，计算并生成机器人2可执行的6DOF坐标，并将6DOF坐标发送至控制器3，控制器3按6DOF坐标生成打磨加工轨迹，控制机器人2驱动打磨头组件5进行焊缝7打磨。进一步的，机器人2为六轴机器人。如图2和图3所示，本专利技术还提供了一种利用上述装置实现的焊缝识别定位方法，包括如下步骤：步骤一：建立线扫激光传感器4在机器人2上的工具号，标定该工具的ＴＣＰ点以及工具坐标方向，使坐标原点及坐标轴与测量坐标原点与坐标轴完全重合，并根据焊缝7的位置范围，预设机器人2扫描轨迹和运行速度；步骤二：启动机器人2，根据运行速度计算获得线扫激光传感器4的扫描帧率，机器人2执行扫描轨迹，线扫激光传感器4对车体焊缝7位置作匀速直线扫描，获取多帧焊缝轮廓数据；步骤三：线扫激光传感器4将各个帧的焊缝轮廓数据发送至工控机1，工控机1计算出各个帧的焊缝位置及焊缝7、母材6的形态参数，并将位置姿态转换成机器人2坐标下的６DOF坐标；步骤四：机器人2根据工控机1给出的各个6DOF坐标计算生成打磨加工轨迹，机器人2驱动打磨头组件5执行加工轨迹，进行焊缝打磨。...

【技术保护点】
1.一种用于焊缝打磨的焊缝识别定位装置，包括工控机、机器人和控制器、其特征在于：所述的机器人的末端夹具上固定连接有线扫激光传感器和打磨头组件机器人通过控制线与所述控制器连接，所述工控机通过数据线与所述线扫激光传感器和所述控制器连接，所述控制器依据扫描轨迹控制所述机器人带动线扫激光传感器作直线运动，所述线扫激光传感器采集多帧焊缝轮廓以及母材形态数据，并将数据发送至所述工控机，所述工控机分析整合焊缝轮廓以及母材形态数据，计算并生成机器人可执行的6DOF坐标，并将6DOF坐标发送至所述控制器，所述控制器按6DOF坐标生成打磨加工轨迹，控制所述机器人驱动打磨头组件进行焊缝打磨。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于焊缝打磨的焊缝识别定位装置，包括工控机、机器人和控制器、其特征在于：所述的机器人的末端夹具上固定连接有线扫激光传感器和打磨头组件机器人通过控制线与所述控制器连接，所述工控机通过数据线与所述线扫激光传感器和所述控制器连接，所述控制器依据扫描轨迹控制所述机器人带动线扫激光传感器作直线运动，所述线扫激光传感器采集多帧焊缝轮廓以及母材形态数据，并将数据发送至所述工控机，所述工控机分析整合焊缝轮廓以及母材形态数据，计算并生成机器人可执行的6DOF坐标，并将6DOF坐标发送至所述控制器，所述控制器按6DOF坐标生成打磨加工轨迹，控制所述机器人驱动打磨头组件进行焊缝打磨。


2.如权利要求1所述的用于焊缝打磨的焊缝识别定位装置，其特征在于：所述的机器人为六轴机器人。


3.一种利用权利要求1所述的装置实现的焊缝识别定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：建立所述线扫激光传感器在机器人上的工具号，标定该工具的ＴＣＰ点以及工具坐标方向，使坐标原点及坐标轴与测量坐标原点与坐标轴完全重合，并根据焊缝的位置范围，预设所述机器人扫描轨迹和运行速度；
步骤二：启动所述机器人，根据运行速度计算获得所述线扫激光传感器的扫描帧率，机器人执行扫描轨迹，线扫激光传感器对车体焊缝位置作匀速直线扫描，获取多帧焊缝轮廓数据；
步骤三：所述线扫激光传感器将各个帧的焊缝轮廓数据发送至工控机，工控机计算出各个帧的焊缝位置及焊缝、母材的形态参数，并将位置姿态转换成机器人坐标下的６DOF坐标；
步骤四：所述机器人根据工控机给出的各个6DOF坐标计算生成打磨加工轨迹，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王诗祺，覃江华，
申请(专利权)人：上海中车瑞伯德智能系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31