焊接机器人之视觉系统组成

本文所研究的焊接机器人视觉系统硬件主要包括三维光栅扫描仪、计算机、ABBIRB 1410型工业机器人及控制柜等设备组成。使用软件包括Matlab、逆向工程处理软件Imageware和Geomagic以及ABB公司开发的机器人控制软件Robotstudio。系统示意图如图2-1所示。
视觉系统中，三维光栅扫描仪拍摄焊缝图像得到三维点云数据传输给计算机，经过线下人工处理点云数据，提取焊缝的特征信息，将焊缝特征信息在摄像机坐标系下的三维坐标转换成机器人坐标系下的三维坐标，计算位姿信息，传输给机器人，通过无示教的方法控制机器人沿焊缝轨迹运动。
2.1.1焊接机器人
本系统采用ABB IRB1410型工业机器人，该机器人以其坚固可靠的结构而著称，工作范围大、到达距离长(最长1.44m)。优点为噪声低、使用年限长。
实物图如图2-2所示。

该机器人具有6关节自由度，能承受5kg重量，上臂可承受18kg的附加载荷。循径精度为0.05mm，工作时稳定可靠。图2-3为机器人工作范围与载荷示意图。

2.1.2光栅式双目三维扫描仪
光栅投影式三维扫描仪的硬件系统主要包括两台微视MVC 1000SAM-GE30千兆网CMOS摄像机，一台投影仪，三脚架，步进电机驱动器以及高精密转台构成。高精密转台和步进电机驱动器是为了让工件旋转便于三维扫描仪多角度拍摄。主要构成如图2-4所示。

其中，投影仪是利用计算机生成光栅条纹投影到被测量物体上，投影条纹具有自适应性，可以任意改变条纹强度、周期、对比度等，可根据不同的被测物体的形状、尺寸确定最优投影条纹。该三维扫描设备选用BenQ投影仪作为光栅投影设备。主要技术参数如表3-1所示

CMOS摄像机(包含配套镜头)是图像采集设备，它是一种半导体器件，能够把光学信号转化为数字信号。CMOS上植入了光敏物质，一个光敏物质称作一像素(Pixel)。像素越多，CMOS的画面质量也就越好。数码时代的CMOS相当于传统照相机的底片，但它是把光转换成电信号。光电二极管是CMOS的重要组成器件，它对光线有很好的感知能力，能将光信号转变成电信号，然后经外部采样放大及模数转换电路，将电信号转换成数字图像信号。该三维扫描设备选用微视公司MVC 1 OOOSAM-GE30摄像机，为1 /2英寸逐行扫描面阵CMOS相机。焊接机器人CMOS尺寸越大，成像质量越好，但是CMOS尺寸需和镜头相匹配。否则会出现“隧道效应”。该摄像机主要技术参数如表3-2所示。