(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211155049.5 (22)申请日 2022.09.21 (71)申请人 中国航空制造技 术研究院 地址 100024 北京市朝阳区八里桥北东军 庄1号 (72)发明人 李志强　赵福龙　柯学　左从进　 王莉　刘欣　李超　马旭颐　 (51)Int.Cl. B23K 26/21(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种激光焊接焊缝自动寻迹方法、 检测方法 及装置 (57)摘要 本发明涉及一种激光焊接焊缝自动寻迹方 法， 包括： 安装焦点工具、 固定刀尖工具， 确定焦 点工具的参考点和 刀尖工具的固定点， 采用四点 法， 建立激光焊枪焦点坐标系； 以机器人的安装 基座为基准， 建立机器人基坐标系， 根据所述机 器人基坐标系的位姿矩阵， 确定机器人基坐标系 与激光焊枪焦点坐标系之间的坐标关系； 扫描筋 板边缘， 得到待焊试件表面轮廓图像， 从得到的 待焊试件表 面轮廓图像中， 提取激光带两侧边缘 的焊缝特征点， 对两侧边缘的焊缝特征点分别作 线段一和线段二； 对焊缝特征的线段一和线 段二 进行拟合， 求解其交点即为焊缝中心轨迹坐标， 其目的是取代人工示教， 自动完成焊缝焊接和焊 后检测， 大幅度提高焊 接效率和质量稳定性。 权利要求书3页 说明书12页 附图7页 CN 115464263 A 2022.12.13 CN 115464263 A 1.一种激光焊接焊缝自动寻迹方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 在激光焊枪末端安装焦点工具， 确定所述焦点工具的参考点， 在工作台上固定 刀尖工具， 确定所述刀尖工具的固定点， 采用四点法， 使所述参考点与所述固定点刚好接 触， 通过四个位置点的数据， 建立激光焊枪焦点 坐标系； 步骤2： 以线激光传感器安装在机器人的安装基座为基准， 建立机器人基坐标系， 根据 所述机器人基坐标系的位姿矩阵， 确定所述机器人基坐标系与所述激光焊枪焦点坐标系之 间的坐标关系； 步骤3： 由机器人带动所述线激光传感器沿着待焊试件的待焊位置移动， 扫描筋板边 缘， 得到待焊试件表面轮廓图像， 步骤4： 从得到的所述待焊试件表面轮廓图像中， 提取激光带两侧边缘的焊缝特征点， 对两侧边缘的所述焊缝特征点分别作线段一和线段二， 以所作的线段一和线段二为焊缝特 征； 步骤5： 对所述焊缝特征的线段一和线段二进行拟合， 求解其交点即为焊缝中心轨迹坐 标。 2.如权利要求1所述的一种激光焊接焊缝自动寻迹方法， 其特征在于， 步骤1中， 所述建 立激光焊枪焦点 坐标系的标定过程 为： 工具中心点位置标定： 手动操作机器人使激光焊枪从四个不同方向移动到固定点处， 记录四个点P1、 P2、 P3、 P4， 机器人末端法兰位姿数据(X,Y,Z, θ1、 θ2、 θ3)， 四次工具中心点在世 界坐标系中坐标相等， 在操作示教器上完成计算， 得到 工具坐标系TCP(X， Y， Z)； 工具坐标系姿态标定： 将工具坐标系TCP移动到任意一个固定点进行测量， 将Y轴负方 向的一点移动到固定点进行测量， 然后XY平面内X为负值的任意一点移动到固定点进行测 量， 记录数据， 在操作示教器上完成计算标定 。 3.如权利要求1所述的一种激光焊接焊缝自动寻迹方法， 其特征在于， 步骤2中， 确定所 述机器人基坐标系与所述激光焊枪焦点 坐标系之间的坐标关系的步骤 包括： 机器人处于某一位姿时， 焊缝测焊末端执行器相对于所述机器人基坐标的位姿矩阵为 T1， 线传感器坐标系到末端法兰位姿矩阵为X1， 世界坐标系在机器人基坐标系下的位姿为P1 ＝T1X1M1， 机器人运动到另一个位姿时， 上述参数变为T2、 X2、 P2， 由于线传感器固定在末端 上， 所以X1＝X2， 又由于世界坐标系和末端坐标系是静止的， 所以P1＝P2， 令 则有AX＝XB， 设A是m×n的矩阵， B是n ×n的矩阵， X 是m×n的矩阵， 由矩阵直积定义可知: 当A或B是 单位矩阵时， 有 设a和b为常数， 则有， vec(aA+bB)＝a ×vec(A)+b ×vec(B) 假设权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115464263 A 2则AX＝XB可以表示 为: 要确定上式的唯一 解， 需要两组旋转轴不平行的运动， 这两组运动得到的联立方程 为: 用最小二乘法求 解出最小奇异值对应的特 征向量v＝[v1 v2  …  v13]， 则关系矩阵为: 4.如权利要求1所述的一种激光焊接焊缝自动寻迹方法， 其特征在于， 所述步骤3的步 骤包括， 使 激光焊枪YZ平面与筋板立面成约45度夹角， 在待焊试件上 设置若干点S0、 S1……、 Sn、 Sn+1， 使机器人带动线 激光传感器沿着S0、 S1……、 Sn、 Sn+1的顺序进行扫描， 在 S0点处由PLC 给线激光传感器发出脉动 指令， 触发数据采集， 三维线 结构激光视觉系统发出线 结构激光， 扫描筋板边 缘， 得到待焊试件表面轮廓图像。 5.如权利要求1所述的一种激光焊接焊缝自动寻迹方法， 其特征在于， 步骤4中， 在对两 侧边缘的所述焊缝特征点分别作线段一和线段二之前， 还包括对所述焊缝特征点作滤波处 理。 6.如权利要求1所述的一种激光焊接焊缝自动寻迹方法， 其特征在于， 在步骤5 中， 对所 述焊缝特征的线段一和线段二进行拟合， 求 解其交点即为焊缝中心轨 迹坐标的步骤 包括： 根据已知的所述焊缝特征点拟合函数， 使所有焊缝特征点到直线的距离的平方最小， 求焊缝特征点到直线的误差平方和， 即： 式中， k、 b为方程系数， 待求 解， zi、 xi为采集到的坐标 数据， 分别对k、 b求 导， 可得：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115464263 A 3