用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教方法
专利汇可以提供用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于遥控 焊接 的激光视觉传感辅助遥控示教方法，它涉及一种用于遥控焊接的遥控示教方法。本 发明 的目的是解决遥控焊接中难以完成的复杂 焊缝 的遥控示教、以及示教中 焊枪 的 位置 和 姿态 调整的耗时长问题。步骤一：系统初始化；步骤二：焊缝接头类型设定；步骤三：自动获取焊缝特征点；步骤四：计算得到焊缝示教点Ti＝Ps+Rr；步骤五：记录形成示教点序列；步骤六：判断示教点是否足够；步骤七：遥控示 教程 序下载；步骤八：示教结束。本发明用于遥控焊接。，下面是用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教方法专利的具体信息内容。
1.一种用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教方法，其特征在于所述方法由以下步骤实现：
步骤一：系统初始化：首先选定本地端的中央监控人机界面(2)作为客户端登陆到作为服务器的远端机器人控制器(8)，系统初始化，包括空间鼠标(4)的初始化，通讯参数初始化，立体视觉系统初始化和宏观视觉系统初始化，在中央监控人机界面(2)设置系统工作在遥控示教状态；
步骤二：焊缝接头类型设定：手动调节宏观变焦摄像机(16)和第二可控云台(15)改变视野，通过宏观视觉显示器(1)观察远端的焊接环境，手动控制空间鼠标(4)发送增量值数据给机器人控制器(8)，引导焊枪(17)到工作平台(11)附近，通过佩戴液晶光闸眼镜(5)，调整第一可控云台(12)和双目CCD摄像机(13)来观测焊接作业空间，得到具有精细的深度感的视觉信息，根据观测的焊缝信息在中央监控人机界面(2)中设置焊缝接头类型，并通过工业以太网(7)传给激光视觉跟踪控制器(8)以调用相应的焊缝CAD模型库的图像处理模块，手动控制空间鼠标(4)发送增量值数据给机器人控制器(8)，引导焊枪17到焊缝一端上方距焊缝20-30mm附近；
步骤三：获取焊缝特征点命令：激光视觉传感控制器(9)对反射到激光视觉传感器工作头(18)中的CCD上的图像进行处理，获得高密度的点描述的焊缝横截面轮廓，计算得到焊缝特征点在激光视觉传感器坐标系下的位置Pf(x，z)，实现自动提取焊缝的特征点，并编码传给机器人控制器(8)；
步骤四：计算得到焊缝示教点：根据事先标定的传感器矩阵Ts，得到焊缝特征点在世界坐标系下的位置Pf(x，y，z)＝Ts×Pf(x，z)，在中央监控人机界面(2)中设定弧长，计算得到焊缝的示教点位置Ps(x，y，z)，调整焊枪17的姿态为示教姿态，计算得到姿态Rr(a，b，c)，因此，焊缝示教点的位姿表示为：Ti＝Ps+Rr；
步骤五：记录形成示教点序列：操作者(3)操作空间鼠标(4)的物理按键，分别设定速度、插补方式及引弧命令，按空间鼠标(4)上的记录键记录，机器人控制器(8)得到记录该示教点的命令后，进行逆运动学计算由Ti得到该示教位姿下的机器人(10)的关节角Pi(θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6)，并将Pi传给中央监控人机界面(2)，写入遥控示教文件teleteach.tcf中，从而实现自动获取焊缝的示教点；
步骤六：判断示教点是否足够：机器人控制器(8)判断示教点是否足够，不能满足要求时重复步骤三-步骤五，直到焊缝示教点个数满足要求，最后获得焊缝示教点序列P(P1，P2，…，Pn)(1≤n，为示教点个数)；
步骤七：遥控示教程序下载：操作中央监控界面2设定焊接电流、电压参数，存储到teleteach.tcf中，并把此文件下载到机器人控制器(8)中，如果执行空间鼠标4的“RUN”命令的物理按键，并通过中央监控界面(2)启动焊接电源(19)，机器人控制器(8)则执行该示教程序完成焊接；
步骤八：示教结束。
2.根据权利要求1所述用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教方法，其特征在于步骤三和步骤五中所述机器人(10)具有六个自由度。
3.根据权利要求1所述用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教方法，其特征在于步骤三中自动提取焊缝的特征点是按如下方法得到的：焊枪(17)固接在机器人(10)的第六关节上，激光视觉传感器工作头(18)与焊枪(17)固接，并事先标定，激光视觉传感器工作头(18)与焊枪(17)间的安装距离为25mm，工件(14)定位在工作平台(11)上，当激光视觉传感器工作头(18)工作时，激光视觉传感器工作头(18)中的激光发射器(20)发射的激光点通过激光视觉传感器工作头(18)中的棱镜(21)转换为激光线条纹，经工件(14)反射，通过激光视觉传感器工作头(18)中的滤镜(22)打到激光视觉传感器工作头(18)中的CCD(23)上，根据三角测量原理，激光束从发出点到工件(14)表面之间的距离与在激光视觉传感器工作头(18)的CCD(23)上成的像点到激光视觉传感器工作头(18)的CCD(23)中心点之间的距离近似线性函数关系。
技术领域
背景技术
发明内容
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述方法由以下步骤实现：
步骤一：系统初始化：首先选定本地端的中央监控人机界面作为客户端登陆到作为服务器的远端机器人控制器，系统初始化，包括空间鼠标的初始化，通讯参数初始化，立体视觉系统初始化和宏观视觉系统初始化，在中央监控人机界面设置系统工作在遥控示教状态；
步骤二：焊缝接头类型设定：手动调节宏观变焦摄像机和第二可控云台改变视野，通过宏观视觉显示器观察远端的焊接环境，手动控制空间鼠标发送增量值数据给机器人控制器，引导焊枪到工作平台附近，通过佩戴液晶光闸眼镜，调整第一可控云台和双目CCD摄像机来观测焊接作业空间，得到具有精细的深度感的视觉信息，根据观测的焊缝信息在中央监控人机界面中设置焊缝接头类型，并通过工业以太网传给激光视觉跟踪控制器以调用相应的焊缝CAD模型库的图像处理模块，手动控制空间鼠标发送增量值数据给机器人控制器，引导焊枪到焊缝一端上方距焊缝20---30mm附近；
步骤三：获取焊缝特征点命令：激光视觉传感控制器对反射到激光视觉传感器工作头中的CCD上的图像进行处理，获得高密度的点描述的焊缝横截面轮廓，计算得到焊缝特征点在激光视觉传感器坐标系下的位置Pf(x，z)，实现自动提取焊缝的特征点，并编码传给机器人控制器8；
步骤四：计算得到焊缝示教点：根据事先标定的传感器矩阵Ts，得到焊缝特征点在世界坐标系下的位置Pf(x，y，z)＝Ts×Pf(x，z)，在中央监控人机界面中设定弧长，计算得到焊缝的示教点位置Ps(x，y，z)，调整焊枪的姿态为示教姿态，计算得到姿态Rr(a，b，c)，因此，焊缝示教点的位姿表示为：Ti＝Ps+Rr，从而实现自动获取焊缝的示教点；
步骤五：记录形成示教点序列：操作者操作空间鼠标的物理按键，分别设定速度、插补方式及引弧命令，按空间鼠标上的记录键记录，机器人控制器得到记录该示教点的命令后，进行逆运动学计算由Ti得到该示教位姿下的机器人的关节角Pi(θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6)，并将Pi传给中央监控人机界面，写入遥控示教文件teleteach.tcf中；
步骤六：判断示教点是否足够：机器人控制器判断示教点是否足够，不能满足要求时重复步骤三-步骤五，直到焊缝示教点个数满足要求，最后获得焊缝示教点序列P(P1，P2，…，Pn)(1≤n，为示教点个数)；
步骤七：遥控示教程序下载：操作中央监控界面设定焊接电流、电压参数，存储到teleteach.tcf中，并把此文件下载到机器人控制器中，如果执行空间鼠标的“RUN”命令的物理按键，并通过中央监控界面启动焊接电源，机器人控制器则执行该示教程序完成焊接；
步骤八：示教结束。
本发明具有以下有益效果：1.本发明的激光视觉传感辅助遥控示教方法能有效弥补机械原因造成的误差，快速示教多种形式的焊缝，完全可以用之实现遥控焊接；2.本发明采用的是激光视觉传感器自动提取焊缝的特征点信息，经过程序处理得到示教点，调整焊枪的位置和姿态这一操作过程自动完成，大大降低了示教难度，减轻了操作者工作强度，提高了遥控焊接示教的效率和精度，节约大量的示教时间；3.本发明中的激光视觉传感器仅用于特征点提取，不用于焊缝跟踪，激光视觉传感器的成本低，易于推广；4.本发明具有通用性好、灵活性高和实用性强的特点，能够适应V型、搭接、对接、角接等多种焊缝坡口类型和各种环境下的遥控示教。
附图说明
图1为本发明应用的遥控焊接装置示意图；图2为本发明视觉传感辅助遥控示教的程序流程图；图3为激光视觉传感工作图；图4为激光视觉传感的三角测量原理图；图5为遥控示教的工件为直径200mm的圆筒，焊缝为V型坡口的螺旋线焊缝，螺旋线绕过的角度为180度，得到激光视觉传感辅助遥控示教的过程曲线图；图6为两块300×80mm的工件分别与厚度为3mm的钢板对接，焊缝为对接坡口的平面正弦曲线焊缝，采用现有遥控示教方式和本发明的遥控示教方式的示教时间对比图，其中A为现有遥控示教方式的示教时间，B为本发明的遥控示教方式的示教时间。
具体实施方式
步骤一：系统初始化：首先选定本地端的中央监控人机界面2作为客户端登陆到作为服务器的远端机器人控制器8，系统初始化，包括空间鼠标4的初始化，通讯参数初始化，立体视觉系统初始化和宏观视觉系统初始化，在中央监控人机界面2设置系统工作在遥控示教状态；
步骤二：焊缝接头类型设定：手动调节宏观变焦摄像机16和第二可控云台15改变视野，通过宏观视觉显示器1观察远端的焊接环境，手动控制空间鼠标4发送增量值数据给机器人控制器8，引导焊枪17到工作平台11附近，通过佩戴液晶光闸眼镜5，调整第一可控云台12和双目CCD摄像机13来观测焊接作业空间，得到具有精细的深度感的视觉信息，根据观测的焊缝信息在中央监控人机界面2中设置焊缝接头类型，并通过工业以太网7传给激光视觉跟踪控制器8以调用相应的焊缝CAD模型库的图像处理模块，手动控制空间鼠标4发送增量值数据给机器人控制器8，引导焊枪17到焊缝一端上方距焊缝20---30mm附近；
步骤三：获取焊缝特征点命令：激光视觉传感控制器9对反射到激光视觉传感器工作头18中的CCD上的图像进行处理，获得高密度的点描述的焊缝横截面轮廓，计算得到焊缝特征点在激光视觉传感器坐标系下的位置Pf(x，z)，实现自动提取焊缝的特征点，并编码传给机器人控制器8；
步骤四：计算得到焊缝示教点：根据事先标定的传感器矩阵Ts，得到焊缝特征点在世界坐标系下的位置Pf(x，y，z)＝Ts×Pf(x，z)，在中央监控人机界面2中设定弧长，计算得到焊缝的示教点位置Ps(x，y，z)，调整焊枪17的姿态为示教姿态，计算得到姿态Rr(a，b，c)，因此，焊缝示教点的位姿表示为：Ti＝Ps+Rr，从而实现自动获取焊缝的示教点；
步骤五：记录形成示教点序列：操作者3操作空间鼠标4的物理按键，分别设定速度、插补方式及引弧命令，按空间鼠标4上的记录键记录，机器人控制器8得到记录该示教点的命令后，进行逆运动学计算由Ti得到该示教位姿下的机器人10的关节角Pi(θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6)，并将Pi传给中央监控人机界面2，写入遥控示教文件teleteach.tcf中；
步骤六：判断示教点是否足够：机器人控制器8判断示教点是否足够，不能满足要求时重复步骤三-步骤五，直到焊缝示教点个数满足要求，最后获得焊缝示教点序列P(P1，P2，…，Pn)(1≤n，为示教点个数)；
步骤七：遥控示教程序下载：操作中央监控界面2设定焊接电流、电压参数，存储到teleteach.tcf中，并把此文件下载到机器人控制器8中，如果执行空间鼠标4的“RUN”命令的物理按键，并通过中央监控界面2启动焊接电源19，机器人控制器8则执行该示教程序完成焊接；
步骤八：示教结束。
其中步骤一中所述立体视觉系统由立体视觉显示器6和双目CCD摄像机13构成，所述宏观视觉系统由激光视觉传感控制器9和激光视觉传感器工作头18构成。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤三和步骤五中所述机器人10具有六个自由度。其它组成及步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1、图3和图4说明本实施方式，本实施方式的步骤三中自动提取焊缝的特征点是按如下方法得到的：焊枪17固接在机器人10的第六关节上，激光视觉传感器工作头18与焊枪17固接，并事先标定，激光视觉传感器工作头18与焊枪17间的安装距离为25mm，工件14定位在工作平台11上，当激光视觉传感器工作头18工作时，激光视觉传感器工作头18中的激光发射器20发射的激光点通过激光视觉传感器工作头18中的棱镜21转换为激光线条纹，经工件14反射，通过激光视觉传感器工作头18中的滤镜22打到激光视觉传感器工作头18中的CCD 23上，根据三角测量原理，激光束从发出点到工件14表面之间的距离与在激光视觉传感器工作头18的CCD 23上成的像点到激光视觉传感器工作头18的CCD 23中心点之间的距离近似线性函数关系。其它组成及步骤与具体实施方式一相同。
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