基于激光相机焊缝跟踪的双机器人焊接装置及焊接方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115922186A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211018905.2H04N23/695(2023.01)(22)申请日2022.08.24(71)申请人江苏塔帝思智能科技有限公司地址211100江苏省南京市江宁空港经济开发区飞天大道69号1224室(江宁开发区)(72)发明人李瑞锋(74)专利代理机构南京聚匠知识产权代理有限公司32339专利代理师耿英(51)Int.Cl.B23K37/04(2006.01)B23K37/02(2006.01)B23K37/00(2006.01)H04N23/50(2023.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称基于激光相机焊缝跟踪的双机器人焊接装置及焊接方法(57)摘要本发明公开了一种基于激光相机焊缝跟踪的双机器人焊接装置及焊接方法，属于焊接设备领域，包括移动机构、视觉单元以及设置于移动机构上的焊接单元；焊接单元包括安装座以及设置于安装座上的机器人二；视觉单元包括机器人一、相机一以及设置于安装座上相机二；该焊接装置采用双机器人来将相机与焊枪分离，可在焊接的同时进行后续焊接点位的拍摄计算，提高了焊接效率；并防止因焊枪在焊接时产生的抖动而影响相机定位精度，在机器人之外安装有相机二，可对焊接平台进行全位置拍摄，用于定位焊接轨迹，提高焊接精度，焊接全过程无人员参与，降低人工成本，提高生产效率。CN115922186ACN115922186A权利要求书1/2页1.基于激光相机焊缝跟踪的双机器人焊接装置，其特征在于，包括：移动机构，包括导轨以及安装于导轨上并能够沿X轴方向移动的龙门；焊接单元，包括安装座以及设置于安装座上的机器人二；视觉单元，包括机器人一、设置于机器人一上的相机一以及设置于所述安装座上的相机二，所述相机二的视野大于相机一；所述安装座通过一旋转轴设置于所述龙门上并能够沿Y轴方向移动，所述旋转轴能够沿Z轴方向旋转；所述机器人二上设置有焊枪。2.基于激光相机焊缝跟踪的双机器人焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：通过移动机构驱使相机二对焊接平台进行逐段拍摄；步骤二：将所拍摄的点云从相机坐标系转换至世界坐标系下；步骤三：将转换至世界坐标系下的点云进行配准与拼接，得到覆盖整个焊接平台的点云数据；步骤四：通过点云数据计算焊道路径；步骤五：通过移动机构驱使相机一移动至焊道路径起始位置的正上方；步骤六：通过相机一进行拍摄，并移动机器人一，使相机一沿焊道路径方向进行移动拍摄；对拍摄到的每一帧点云数据计算焊接点位，将焊接点位坐标系转换到世界坐标系下；将世界坐标系下的焊接点坐标存入内存中的一块缓冲区中，多个焊接点位的集合组成焊接路径；步骤七：当缓冲区中的焊接点位达到预定数量时，移动机器人二，使焊枪到达焊接位置进行焊接；步骤八：同步移动机器人一和机器人二，并使得相机一位于焊枪行进方向的前侧，相机一进行拍摄，并计算焊接点位，将其存入缓冲区中，同时从缓冲区中读出焊接点位，下发至机器人二进行焊接工作。3.如权利要求2所述的基于激光相机焊缝跟踪的双机器人焊接方法，其特征在于，所述步骤二中的坐标系转换采用如下公式：pw＝EtEbErTc1pc1式中：pc1为相机二坐标系下的点坐标；Tc1为相机坐标系到旋转轴坐标系的转换关系式；Er为旋转Z轴的变换矩阵；Eb为Y轴的变换矩阵；Et为X轴的变换矩阵；pw为pc1转换至世界坐标系下的点坐标。4.如权利要求2所述的基于激光相机焊缝跟踪的双机器人焊接方法，其特征在于，所述步骤四中计算焊道路径方法如下：S1，计算点云中每个点的法向量；S2，找出点云中法向量突变的点p，对计算该点的梯度值；S3，选取点p梯度方向上的多个点，并通过S2中的计算方式对多个点逐个计算梯度值，直至其中一个点在梯度z方向上变化为零；则该点为点p最临近的坡口底部角点；S4，重复S2和S3，得到若干个坡口底部角点，连接相邻的坡口底部角点，得到焊缝坡口底部的两条角度轨迹；S5,取焊缝坡口底部的两条角度轨迹的中线为焊道轨迹。2CN115922186A权利要求书2/2页5.如权利要求4所述的基于激光相机焊缝跟踪的双机器人焊接方法，其特征在于，所述S1中的计算方法为：取点云中任一点临近区域中的若干个点，通过若干个点拟合出平面方程，通过平面方T程得到该平面的法向量np，焊接平面的法向量为nw＝{001}，则点云中点的法线方向为：6.如权利要求4所述的基于激光相机焊缝跟踪的双机器人焊接方法，其特征在于，所述S2中梯度值的计算方法为：取点云中任一点p临近区域中的若干个点，并采用如下公式进行计算：式中：pi为点p临近区域中的其他点，gi为点pi与点p的方向导数；对临近区域中的点找出gi在z方向上变化最大且为负值的点