[发明专利]一种激光焊接焊缝跟踪实现装置及其控制方法

权利要求书

1.一种激光焊接焊缝跟踪实现装置，其特征在于包括：

图像采集及处理单元，采集激光焊接焊缝特征的图像数据，对该图像数据进行处理并输出焊缝位置信息；

运动控制单元，接收上述焊缝位置信息进行分析处理，向运动轴执行机构发送运动控制指令；

上层参数设置和控制单元，设置图像采集和处理参数、运动控制参数，分别与图像采集及处理单元、运动控制单元进行通讯连接。

2.按权利要求1所述的激光焊接焊缝跟踪实现装置，其特征在于：所述图像采集及处理单元包括激光光源、光学组件及智能相机，其中激光光源产生的一字线性激光通过焊接工件反射，经光学组件由智能相机进行采集。

3.按权利要求2所述的激光焊接焊缝跟踪实现装置，其特征在于：所述激光光源波长为660nm，功率为50mw～100mw可调。

4.按权利要求2所述的激光焊接焊缝跟踪实现装置，其特征在于：所述光学组件中的滤光片能透过波长660nm的光波。

5.按权利要求1所述的激光焊接焊缝跟踪实现装置，其特征在于：所述运动控制单元包括运动控制器、运动轴驱动器及运动轴执行机构，其中：

运动控制器以DSP为控制核心，与图像采集及处理单元的智能相机通过CAN总线相连，对其输入的位置信息进行分析、计算，得到运动轴执行机构的控制位置信息；

运动轴驱动器，接收运动控制器的控制位置信息，输出至运动轴执行机构，最终实现的焊枪对焊缝位置的跟踪矫正补偿运动。

6.一种激光焊接焊缝跟踪实现装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

开始，通过上层参数设置和控制单元设置参数；

由图像采集和处理单元实时采集焊缝图像，并进行图像算法处理得到焊缝图像数据；

将焊缝图像数据缓存，并进行标定处理，确定当前采集图像对应的焊枪偏移量；

运动控制单元中的运动控制器根据上述焊枪偏移量进行跟踪轨迹的滤波、拟合以及轨迹规划；

上述计算结果送给运动轴驱动器对运动轴执行机构实施控制。

7.按权利要求6所述的激光焊接焊缝跟踪实现装置的控制方法，其特征在于：

所述参数包括激光器光强调节参数、工件参数、图像处理算法参数以及跟踪轨迹计算过程的滤波、拟合控制算法参数。

8.按权利要求6所述的激光焊接焊缝跟踪实现装置的控制方法，其特征在于：所述图像算法处理通过FPGA硬件编程和DSP软件编程相结合来实现，其中通过FPGA硬件编程实现图像预处理过程，包括以下步骤：

对采集焊缝图像开窗，得到感兴趣区域；

对感兴趣区域图像进行中值滤波得到滤波后图像；

对滤波后图像进行二值化图像增强处理；

对二值化后的图像实施膨胀和腐蚀的数学形态学处理；

对膨胀和腐蚀后的图像进行边缘提取；

对边缘提取后的图像进行中心线提取；

通过DSP软件编程实现特征点提取过程，包括以下步骤：

对由FPGA处理得到的中心线采用最小二乘法进行直线拟合；

通过找到最大拐点位置找到特征点，实现特征点提取。

9.按权利要求6所述的激光焊接焊缝跟踪实现装置的控制方法，其特征在于：所述确定当前采集图像对应的焊枪偏移量包括以下步骤：

将光平面按密度等间隔划分为矩形网格，各个网格顶点即为事先标定的特征点；

在像平面中有与光平面相应的网格，通过位置控制进行网格各点的实际测量，获取像平面中不规则网格顶点的图像坐标(u，v)所对应的光平面物理坐标(x_w，y_w，z_w)，得到对应的关系数据表；

对于上述图像处理得到的焊缝特征点信息，即为像平面中的任意待标定点P(u，v)，通过上述已建立的关系表格中包围该待标定点的小四边形网格插值计算出其物理坐标，得到实际焊缝点的三维坐标P(x_w，y_w，z_w)。

通过三维坐标(x，y，z)及相机与焊枪物理位置关系确定固定于运动轴执行机构上的焊枪对焊缝的跟踪位移量。