基于離線傳感器規(guī)劃的弧焊機(jī)器人結(jié)構(gòu)光視覺焊縫跟蹤技術(shù)研究.pdf

1、激光視覺焊縫跟蹤是焊接智能化的關(guān)鍵技術(shù)之一。國(guó)外自上世紀(jì)70年代末即展開研究,至今已推向?qū)嶋H應(yīng)用,而國(guó)內(nèi)無(wú)論是關(guān)鍵技術(shù),還是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)均存在較大差距。本研究在江蘇省重大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目《焊接機(jī)器人成套裝備》資助和昆山華恒焊接股份有限公司的協(xié)助下,通過(guò)結(jié)合機(jī)器人離線編程環(huán)境下的傳感器規(guī)劃技術(shù),形成了弧焊機(jī)器人結(jié)構(gòu)光視覺焊縫跟蹤的完整技術(shù),不僅實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)光視覺檢測(cè)技術(shù)與機(jī)器人離線編程技術(shù)的有效地結(jié)合,提升了焊接檢測(cè)技術(shù)的智能化程度,而且通過(guò)對(duì)

2、焊縫跟蹤關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新性改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了不同焊縫(包括空間曲線焊縫)精確可靠地跟蹤,對(duì)推動(dòng)我國(guó)焊縫跟蹤技術(shù)的發(fā)展具有積極的意義。
　　 本項(xiàng)研究取得的主要成果有:
　　 1.提出了基于離線傳感器規(guī)劃的結(jié)構(gòu)光視覺焊縫跟蹤方法。首先同時(shí)考慮焊槍運(yùn)動(dòng)和傳感器視點(diǎn)約束,并通過(guò)CAD焊接特征的驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人焊縫跟蹤運(yùn)動(dòng)軌跡離線規(guī)劃。進(jìn)一步通過(guò)建立軌跡特征間的對(duì)應(yīng)性,完成了離線規(guī)劃軌跡與檢測(cè)焊縫路徑的有效合成,并獲得了在線跟蹤軌跡。

3、試驗(yàn)表明該方法能夠保證焊槍與傳感器視點(diǎn)間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性,并在局部焊縫檢測(cè)失敗的情況下保持傳感頭對(duì)焊縫方向變化的可靠跟蹤。
　　 2.提出了基于分層混合視覺控制策略的焊縫接頭識(shí)別算法。通過(guò)虛擬傳感器獲取待測(cè)接頭輪廓模型。自下而下地依次采用分割與聚類方法,完成了激光信號(hào)的初步提取,并生成了關(guān)于接頭輪廓的假設(shè),隨后自上而下地進(jìn)行分層搜索。同時(shí)結(jié)合局部自適應(yīng)灰度閾值分割方法,恢復(fù)了初始處理階段因干擾而未被提取的輪廓特征,實(shí)現(xiàn)了輪廓的完整匹

4、配。試驗(yàn)表明該方法可以在圖像具有較大干擾的情況下,保證較好的識(shí)別成功率和檢測(cè)實(shí)時(shí)性。
　　 3.提出了基于“預(yù)測(cè)-估計(jì)”的實(shí)時(shí)焊縫路徑提取方法。利用結(jié)構(gòu)光視覺觀測(cè)模型,獲得了待測(cè)接頭輪廓在圖像中的預(yù)測(cè)搜索窗,以降低強(qiáng)干擾下輪廓匹配的時(shí)間和空間復(fù)雜度:利用時(shí)間模型的補(bǔ)償確保了焊縫路徑位置的提取精度；采用基于可信度融合的加權(quán)多項(xiàng)式擬合,有效地判斷和利用焊縫路徑檢測(cè)數(shù)據(jù)集中的“外點(diǎn)”與“內(nèi)點(diǎn)”,完成了焊縫路徑的平滑估計(jì)。試驗(yàn)表明該方法

5、能夠保證曲線焊縫跟蹤的抗干擾性與精確度。
　　 4.設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用于6自由度弧焊機(jī)器人的單條紋結(jié)構(gòu)光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng),并利用一種基于剛體運(yùn)動(dòng)最小二乘估計(jì)的手眼參數(shù)補(bǔ)償法,確保了該系統(tǒng)的三維測(cè)量精度。對(duì)多種類型接頭(包括對(duì)接、搭接、V型坡口)與不同形狀(包括直線、平面曲線、空間曲線)焊縫進(jìn)行了跟蹤試驗(yàn),分別通過(guò)手工測(cè)量和三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量的方式,從焊縫路徑位置以及焊縫路徑形狀兩方面評(píng)價(jià)了焊縫跟蹤精度。試驗(yàn)表明對(duì)于不同的焊縫,平均跟蹤