| 成果名称: | 高速MAG焊立体焊缝复合视觉跟踪关键技术研究及产品研发 |
| 完成单位: | 广东省科学院智能制造研究所 |
| 主要人员: | 毕齐林,刘晓光,陆道健,王攀,杨海波,朱玉龙,李亚南,张理,曹力超 |
| 介绍: | 1.课题来源与背景：本项目来源于广东省科技计划项目，项目编号为2017A010102009。针对移动式高速焊接机器人工作中面对未知待焊工件时，焊缝轨迹不可预知、焊接过程中存在强弧光等干扰因素等特点，研究面向移动式高速焊接机器人的焊缝轨迹实时跟踪、基于视觉传感信号的自适应控制技术等，对促进移动式高速焊接机器人工业应用和发展具有重要意义。 2.技术原理及性能指标：项目系统的开展紧凑式柔性化焊缝跟踪方法研究、“宏-微”复合一体式视觉传感方法研究、基于棋盘格的相机智能标定技术研究、基于不可预知轨迹传感信息的自适应控制技术，实现移动式高速焊接机器人工作过程中焊缝三维轨迹视觉跟踪，视觉系统在线标定，运动执行机构自适应控制，为面向大构件智能化焊接的移动式高速焊接机器人的研制提供理论基础及技术支持。 主要性能： (1) 跟踪轴：3自由度跟踪； (2) 焊接类型：主要针对干扰复杂的MAG焊（激光焊等也可以跟踪）； (3) 焊接速度：1.36m/min(速度可调)； (4) 跟踪精度 ：0.407mm； (5) 在前置式视觉子系统中图像处理速度不低于34帧/秒； (6) 稳定识别率100%； (7) 跟踪反馈控制率26次/秒； (8) 支持图像实时显示和远程控制。 3.技术的创造性与先进性：（1）研究一种紧凑式柔性化的焊缝跟踪方法。在该装置中，采用相机光轴与激光器光轴平行安装及光学子系统相结合的方式，使得激光器投射的线结构光线投影位于视场中心，提升焊缝跟踪装置的紧凑性。在光学子系统中，研制光路调整装置，保证不同焊缝视觉跟踪高度下，通过光路调整装置改变光路并结合镜头的准确对焦，使得结构光线投影均能在视场中心清晰地成像，适应焊缝视觉跟踪高度多变的应用场景，提升焊缝视觉跟踪装置工业应用范围及柔性。同时，通过分析不同焊缝视觉跟踪高度、光路调整角度时，线结构光线投影特征随焊缝轨迹变化的规律，基于焊缝视觉跟踪高度、光路调整角度、相机标定等参数，建立基于图像特征的焊缝三维轨迹数学模型，并在此基础上结合移动式高速焊接机器人研制出紧凑式柔性化的焊缝视觉跟踪装置实物，为实现移动式高速焊接机器人工作过程中焊缝三维轨迹精确、高效、柔性化的视觉跟踪提供技术支持。（2）研究一种“宏-微”复合一体式视觉传感方法。面向大构件智能焊接的移动式高速焊接机器人在较多的场合采用MAG 焊，结合MAG 焊过程中存在较强的弧光干扰等因素，针对高速MAG 焊中焊缝跟踪研究一种高精、高效及稳定的“宏-微”复合一体式视觉跟踪方法，并对其工作原理进行渗透的研究。（3）开展一种基于棋盘格的相机智能标定系统的研究。采用Hariss 算法获取棋盘格所有角点；接着，基于凹凸性识别棋盘格外围的四个顶点图像定位坐标；然后，基于内角点数学模型获得高精度的内角点图像定位坐标；最后，分别采用该算法、Matlab 标定工具箱对不同棋盘格进行标定。（4）提出一不可以预知轨迹条件下的自适应控制方法。针对现在国内外的机器人发展状况，结合移动式高速焊接机器人跟踪、施焊轨迹有多样性，在自适应补偿方向的焊缝的曲率半径具有不确定性等特征，开展基于视觉传感信息的移动式高速焊接机器人自适应控制算法研究。提出移动式高速焊接机器人研制基准轴匀速运动，依据视觉传感信号反馈回来的另外两轴偏离量信号实时调整的控制策略。在此基础上针对曲率半径小的焊缝，提出给定位置和时间的运动控制规划及算法。同时，针对曲率半径大的焊缝，提出点位运动模式及最优控制。这样可以满足移动式高速焊接机器人在焊缝跟踪时的高精度、高效率和实时性强的要求。（5）在移动式焊接过程中开展焊缝跟踪及自适应控制研究。针对现在国内外的机器人发展状况，结合移动式高速焊接机器人跟踪、施焊轨迹有多样性，在自适应补偿方向的焊缝的曲率半径具有不确定性等特征，开展基于视觉传感信息的移动式高速焊接机器人自适应控制算法研究。提出移动式高速焊接机器人研制基准轴匀速运动，依据视觉传感信号反馈回来的另外两轴偏离量信号实时调整的控制策略。针对曲率半径小的焊缝，提出给定位置和时间的运动控制规划及算法。针对曲率半径大的焊缝，提出点位运动模式及最优控制。这样可以满足移动式高速焊接机器人在焊缝跟踪时的高精度、高效率和实时性强的要求。 4.技术成熟度，适用范围和安全性： 技术成熟度为6级，产品适用于机器人焊接领域。 5.应用情况及存在问题： 产品在本单位自行承担的机器人焊接项目中应用。 6.历年获奖情况：无获奖。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2024-10-15 |
| 研究起止时间: | 2017-01-01至2018-12-31 |
| 所属行业: | 制造业 |
| 所属高新技术类别: | 先进制造 |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2021-04-30 |
