本發(fā)明屬于焊接自動化控制設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光式復(fù)雜軌跡焊縫的障礙物識別方法。

背景技術(shù)：
對于復(fù)雜軌跡工件的焊接生產(chǎn)線，我國還處在半自動焊階段。在實際焊接過程中，大部分由人目進(jìn)行障礙物的識別和手動控制避障動作，普遍存在焊接效率低或因人工誤差及手動控制而導(dǎo)致的障礙物識別效率低、識別精度不高的問題。隨著計算機視覺技術(shù)的發(fā)展，視覺傳感技術(shù)也應(yīng)用到了焊縫跟蹤及相關(guān)的輔助自動化如焊縫定位和障礙物識別過程中。目前現(xiàn)有的常規(guī)視覺傳感器模擬視覺功能來獲取焊縫及各類障礙物的特征信息，但該技術(shù)具有一定局限性，僅能檢測直線或簡單圓弧曲線焊縫軌跡上的簡易障礙物，一旦出現(xiàn)復(fù)雜空間曲線軌跡及障礙物，常規(guī)的視覺傳感判別很難實現(xiàn)實時性和高精度，從而無法滿足全自動化。再者，現(xiàn)今的激光視覺傳感器多應(yīng)用于平板對接焊縫跟蹤，對工件三維形貌測量系統(tǒng)不具備采集范圍調(diào)節(jié)自適應(yīng)性，對焊接任務(wù)的工裝夾具要求較高，通用柔性不高，適用的坡口范圍不廣。綜上而言，將視覺傳感器應(yīng)用于復(fù)雜軌跡焊接自動化生產(chǎn)線上的障礙物識別技術(shù)的研究工作尚未成熟，該發(fā)明旨在通過障礙物判別算法的優(yōu)選和外加自適應(yīng)變幅擺動器實現(xiàn)復(fù)雜軌跡焊縫障礙物識別的精準(zhǔn)和穩(wěn)定，為焊接生產(chǎn)線的障礙物識別、焊縫跟蹤等功能一體化及全自動化打下基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明旨在解決復(fù)雜軌跡工件焊接自動化過程中障礙物的識別問題。針對目前僅能檢測直線或簡單圓弧曲線焊縫軌跡上的簡易障礙物及其精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性不高的問題，在現(xiàn)有的視覺傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過障礙物判別算法的優(yōu)選和外加自適應(yīng)變幅擺動器的有機結(jié)合，提出了一種激光式復(fù)雜軌跡焊縫的障礙物識別方法。其技術(shù)方案是：利用激光式障礙物識別傳感器進(jìn)行位置采樣，該傳感器由激光視覺信號采集裝置、自適應(yīng)變幅擺動器、障礙物識別控制器組成，固聯(lián)于行走機構(gòu)并前置于焊炬；障礙物識別控制器對激光系統(tǒng)輸出信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣和信號處理，提取特征位置峰值，形成一定樣本容量的動態(tài)矩陣，采用多元統(tǒng)計判別算法分析各動態(tài)矩陣的障礙物屬性；同時，根據(jù)障礙物識別傳感器的輸出特性和判別算法分析出的多重反饋信號計算上下擺動幅度，智能調(diào)節(jié)擺動器的擺動幅度以保證激光在復(fù)雜軌跡工件上的自適應(yīng)性，實現(xiàn)障礙物的精準(zhǔn)識別。本發(fā)明所述激光式障礙物識別傳感器，其特征是：激光式障礙物識別傳感器由激光視覺信號采集裝置、自適應(yīng)變幅擺動器、障礙物識別控制器組成，固聯(lián)于行走機構(gòu)并前置于焊炬；本發(fā)明所述自適應(yīng)變幅擺動器，用于調(diào)節(jié)激光視覺信號采集裝置的信號采集范圍，以保證激光在復(fù)雜軌跡工件上的自適應(yīng)性。其特征是：該裝置由擺動執(zhí)行模塊和擺幅調(diào)節(jié)控制模塊組成，工件的焊縫軌跡變化時，根據(jù)障礙物識別傳感器的輸出特性和多元統(tǒng)計判別算法分析的多重反饋信號，擺幅調(diào)節(jié)控制模塊計算出上下擺幅調(diào)節(jié)量，并由擺動變幅驅(qū)動器模塊控制執(zhí)行機構(gòu)實時智能調(diào)整。本發(fā)明所述激光式復(fù)雜軌跡焊縫的障礙物識別的具體方法：激光視覺信號采集裝置從動于自適應(yīng)變幅擺動器，以一定頻率垂直于焊縫往復(fù)擺動，初始位于復(fù)雜軌跡工件起焊側(cè)，行走機構(gòu)和激光視覺系統(tǒng)同步開始工作，激光數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)從工件反射回來的特征值，提取其位置峰值，障礙物識別控制器將前p個峰值量依次按序組成一個p維特征值矩陣，之后每新增p/n個位置峰值量替代最前的等量個位置峰值，形成一個新的p維位置矩陣，以此類推，形成多元同維動態(tài)矩陣。采集兩組樣本矩陣，分別為有障礙物時的p維矩陣總體和無障礙物時的p維矩陣總體，利用多元統(tǒng)計判別算法計算每組矩陣總體的均值向量、協(xié)差陣、樣本矩陣總體的期望值、以及動態(tài)矩陣與有障礙物矩陣總體和無障礙物矩陣總體的馬氏距離及判別函數(shù)，由判別函數(shù)的正負(fù)性判斷出每組矩陣總體的障礙物屬性；采集處理多組均值向量和期望值，根據(jù)障礙物識別傳感器的輸出特性，得到經(jīng)驗樣本多重反饋信號與對應(yīng)的擺動器擺動幅值的對應(yīng)關(guān)系，擬合出對應(yīng)函數(shù)關(guān)系，當(dāng)激光與復(fù)雜軌跡焊縫的距離發(fā)生變化時，擺幅調(diào)節(jié)計算模塊得出擺幅調(diào)節(jié)量，并由擺動模塊實時智能調(diào)整，此時激光即能自適應(yīng)調(diào)整在復(fù)雜軌跡工件上的位置。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明旨在解決復(fù)雜軌跡工件焊接自動化過程中障礙物的識別問題，提出一種激光式復(fù)雜軌跡焊縫的障礙物識別方法。在現(xiàn)有的激光視覺傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)明的激光式障礙物識別傳感器選用多元統(tǒng)計判別算法，能對實時采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分類，精準(zhǔn)地區(qū)分障礙物屬性；發(fā)明的自適應(yīng)變幅擺動器克服了現(xiàn)有僅能識別單一直線或簡單圓弧曲線軌跡的技術(shù)局限，實現(xiàn)激光在復(fù)雜軌跡工件上的自適應(yīng)性，為復(fù)雜軌跡工件焊接生產(chǎn)線的障礙物識別、焊縫跟蹤等功能一體化及全自動化打下基礎(chǔ)。附圖說明圖1是激光式復(fù)雜軌跡焊縫的障礙物識別的原理結(jié)構(gòu)框圖。圖2是激光式復(fù)雜軌跡焊縫的障礙物識別的系統(tǒng)示意圖。圖中：1-...