自动化焊接的焊缝识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种焊缝识别方法，具体的说是一种可实现自动化焊接的焊缝位 置识别的方法。
【背景技术】
[0002] 焊接作为"工业裁缝"，是工业生产中重要的加工手段，焊接质量对产品的质量有 着重要影响。由于焊接环境差，采用自动焊接装备代替工人进行焊接，不仅可以改善工人的 工作环境，而且还可以提高焊接效率。目前，尽管自动焊接装备，例如焊接机器人在生产中 得到广泛应用，使得焊接质量得到了极大改善，有效提高了企业的劳动生产效率但在应用 中仍然存在很多方面的问题，如何寻找并导引自动焊接装备接近焊缝是其中的首要问题之 一。任何自动焊接装备进行焊接之前都要确定焊缝的位置，然后进行焊接。
[0003] 现有技术主要是通过基于视觉的方法对焊缝进行识别与导引。自动焊接装备在焊 接时，为了保证自动焊接装备能够准确到达焊接起始点进行焊接工作，其焊缝位置一般通 过CCD摄像机对被焊工件进行图像采集、处理，最后把提取的图像特征信息通过通讯软件 等一系列工具传送给自动焊接装备控制器，指导自动焊接装备进行焊接工作。这种识别焊 缝起始位置的方法需要对焊缝图像进行处理，处理过程较为复杂，对软件方面要求较高，而 且该种方法采用C⑶摄像机对被焊工件进行图像采集，也不经济，而且在焊接环境恶劣的 条件下精度难以得到保证。
【发明内容】
[0004] 针对上述技术不足，本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种可靠的，简便的的 焊缝位置识别方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：自动化焊接的焊缝识别方法，包 括以下步骤：
[0006] (1)激光测距仪自身调平校正；
[0007] (2)通过机器人标志点对激光测量仪进行相对位置及相对姿态标定；
[0008] (3)通过激光测距仪对焊接机器人进行校准；
[0009] (4)利用激光测距仪测得激光测距仪坐标系原点与机器人末端点之间的距离，得 到激光测距仪坐标系原点在机器人末端点坐标系中的坐标；根据坐标变换得到激光测距仪 坐标系原点在世界坐标系中的坐标；
[0010] (5)利用激光测距仪测得激光测距仪坐标系原点与焊缝起点/终点之间的距离， 检出焊缝起点/终点在激光测距仪坐标系中的坐标；
[0011] (6)根据激光测距仪坐标系原点在世界坐标系中的坐标，将焊缝起点/终点在激 光测距仪坐标系中的坐标通过坐标变换得到焊缝在世界坐标系中的坐标，完成机器人焊缝 起点的识别。
[0012] 所述激光测距仪自身进行调平校正包括以下步骤：
[0013] 把机器人固定坐标系设置为世界坐标系{W}，在激光测距仪上建立激光测量坐标 系{E}，调整测距仪使激光测距仪的X E、Ye两轴分别平行世界坐标系中的Xw、Yw。
[0014] 所述通过机器人标志点对激光测量仪进行相对位置及相对姿态标定包括以下步 骤：
[0015] 通过焊接机器人对激光测距仪所测目标点与激光测距仪原点的距离L进行校准， 激光测距仪对自身的角度进行校准，激光测距仪自身的角度包括激光测距仪轴线与其X e 轴、Ye轴正方向所形成的角度a、β，得到激光测距仪的测量误差AL、Λα、Λ β。
[0016] 所述通过激光测距仪对焊接机器人进行校准包括以下步骤：
[0017] 通过激光测距仪校准机器人在世界坐标系{W}的Xw、Yw、Z w方向移动的距离，得到 机器人末端点在XW、YW、ZW方向上的误差ΛΧ、ΛΥ、ΛΖ。
[0018] 所述利用激光测距仪测得激光测距仪坐标系原点与机器人末端点之间的距离，得 到激光测距仪坐标系原点在机器人末端点坐标系中的坐标；根据坐标变换得到激光测距仪 坐标系原点在世界坐标系中的坐标包括以下步骤：
[0019] 1)机器人末端点坐标系{T}为以机器人末端点为原点建立的一个与世界坐标系 各轴平行的坐标系m ;通过激光测距仪测量机器人末端点t与激光测距仪坐标系原点之 间的距离Lt'，可得激光测距仪坐标系原点在机器人末端点坐标系{T}的位置：
[0021] 其中，Lt'、a t'、β t'分别为，当激光测距仪测量机器人末端点t时，测距仪测得的 测距仪坐标系原点与机器人末端点之间的距离、以及此时测距仪轴线与XE、Ye之间所形成 的角度a t'、β t' ;Lt、a t、β t分别为Lt'、a t'、β t'经过误差补偿后的值，即Lt = Lt' + Λ L， at = α/+Δα，β^ = ;Δ?、Δα、Δβ为激光测距仪的测量误差。
[0022] 2)激光测距仪坐标系原点在世界坐标系中的坐标为：
[0024] 其中Lt'、a t'、β t'分别为，当激光测距仪测量机器人末端点t时，测距仪测得 的测距仪坐标系原点与机器人末端点之间的距离，以及此时测距仪轴线与X E、Ye之间所形 成的角度a t'、β t' ；其中Lt、a t、β t分别为Lt'、a t'、β t'经过误差补偿后的值，即Lt = Lt'+AL，at = at'+Aa，i3t = β/+Λβ ;XWt'、Ywt'、Zwt' 分别表示机器人输出的机器 人末端点在机器人坐标系中的坐标值，Xwt、Ywt、Z wt是对机器人输出值补偿后的值，即Xwt = Xwt' +ΛΧ，Ywt = Ywt' +ΛΥ，Zwt = Zwt' + ΛΖ;Λ?、Λα、Λβ 为激光测距仪的测量误差。
[0025] 所述利用激光测距仪测得激光测距仪坐标系原点与焊缝起点/终点之间的距离， 检出焊缝起点/终点在激光测距仪坐标系中的坐标包括以下步骤：
[0026] 通过激光测距仪测量焊缝起始点/终点与测距仪坐标系原点之间的距离Ls';根据 该距离、以及测距仪轴线与其XE、YE轴之间的夹角a s'、β s'，得到焊缝起点在测距仪坐标系 中的坐标分别为XEs、YEs、Zes ;
[0028] 其中，AL、Λα、Λ β为激光测距仪的测量误差，分别为测距仪#测得的距离静态 误差、以及激光测距仪轴线与其XE、Ye轴正方向所形成角度的静态误差；
[0029] Ls'、as'、β/分别为，当激光测距仪测量焊缝起点/终点时，测距仪测得的测距 仪坐标系原点与焊缝起点/终点之间的距离，以及此时测距仪轴线与Χ Ε、ΥΕ2间所形成的角 度 a s'、β s' ；LS、ct s、β s 分别为 Ls'、ct s'、β s' 经过误差补偿后的值，即 Ls = Ls' + Λ L，ct s =as'+Aa，Ps = β^+Δβ ;ΔΙ、Δα、Δβ为激光测距仪的测量误差。
[0030] 所述通过坐标变换得到焊缝在世界坐标系中的坐标包括以下步骤：
[0031] 根据通过坐标变化得到焊缝起点/终点在在世界坐标系中的坐标值
[0033] 其中，XWs、YWs、Zws分别表示焊缝起点/终点在世界坐标系中的坐标值，X Es、YEs、Zes 分别表示焊缝起点/终点在测距仪坐标系中的坐标值，Xfc、Yfc、Zfc分别表示激光测距仪坐 标系原点在世界坐标系中的表;
[0034] Lt'、a t'、β t'分别为，当激光测距仪测量机器人末端点t时，测距仪测得的测距仪 坐标系原点与机器人末端点之间的距离，以及此时测距仪轴线与XE、Ye之间所形成的角度； At'、YWt'、ZWt'分别表示机器人输出的机器人末端点在机器人坐标系中的坐标值；
[0035] Ls'、as'、β/分别为，当激光测距仪测量焊缝起点/终点时，测距仪测得的测距 仪坐标系原点与焊缝起点/终点之间的距离，以及此时测距仪轴线与Χ Ε、ΥΕ2间所形成的角 度；Λ L、Λ a、Λ β为激光测距仪的测量误差。
[0036] 本发明具有以下有益效果及优点：
[0037] 1.本发明稳定性好。激光测距仪独立于被测机器人，其自身经过校正精度高，利用 激光测距仪标定机器人，把机器人本身的测量误差屏蔽掉。
[0038] 2.实现简单。只需要通过激光测距仪测量出其与被测点之间的距离，通过坐标变 换就可以得到焊缝起点在世界坐标系中的坐标。
[0039] 3.经济。该焊接机器人焊缝起始位置识别方法使用的激光测距仪，结构简单，而且 经济。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明的方法流程图；
[0041] 图2为激光测距仪姿态调整装置的示意图；
[0042] 图3为调整激光测距仪XE、Ye两轴分别平行世界坐标系中的X w、Yw的示意图；
[0043] 图4a为校准激光测距仪示意图一；
[0044] 图4b为校准激光测距仪示意图二；
[0045] 图5为利用激光测距仪对机器人输出坐标进行校准示意图；
[0046] 图6为通过激光测距仪对焊缝位置测量示意图。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合机器人焊接的实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0048] 本发明公开一种面向自动化焊接的焊缝识别方法，该方法以焊接机器人为例进行 说明，主要是利用激光测距仪对焊缝位置进行识别的方法。如图1所示，该方法包括以下步 骤：
[0049] (1)激光测距仪自身调平；（2)通过机器人标志点对激光测距仪进行相对位置及 相对姿态标定；(3)利用激光测距仪对焊接机器人进行校准；(4)利用激光测距仪测得激光 测距仪坐标系原点与机器人末端点之间的距离，检出激光测距仪坐标系原点在机器人末端 点坐标系中的坐标，根据坐标变换得到激光测距仪坐标系原点在世界坐标系中的坐标；(5) 利用激光测距仪测得激光测距仪坐标系原点与焊缝起点之间的