[发明专利]基于图像处理的不锈钢薄板角焊焊接方法

权利要求书

1.一种基于图像处理的不锈钢薄板角焊焊接方法，其特征在于，包 括以下步骤：

第一步、采用钨极氩弧焊对不锈钢薄板进行角焊焊接，在钨极氩弧焊 的上方安装CCD传感器进行焊接连动图像采集；

所述的焊接连动图像采集是指：当CCD传感器检测到钨极氩弧焊的 脉冲下降沿时触发，并在触发延迟后进行图像拍摄；

第二步、通过CCD传感器进行单位标定圆图像采集获得两张标定图 像，然后通过对标定图像进行标定处理，获得标定图像中每个像素分 别在焊缝平面和钨极平面内二维方向上所代表的实际距离及焊缝、钨 极和送丝位置的计算范围；

所述的单位标定圆是指直径为1cm并包含两条相互垂直的标定直径 线的圆；

所述的图像采集是指：在不起弧不加滤光系统的条件下由CCD传感 器进行两次拍摄，第一次拍摄获得的单位标定圆处于焊缝平面内，其 一条标定直径线与焊缝重合，其圆心与钨极投影点重合的标定圆图 像；第二次拍摄时获得的单位标定圆处于钨极平面内，其一条标定直 径线与焊缝平行，其圆心与钨极重合的标定圆图像；

所述的标定处理，具体步骤是指：

①在标定图像的单位标定圆的两个标定直径线的方向上，分别用单位 标定圆的标定直径除以每个标定直径线所通过的像素的个数，获得每 个像素二维方向上所代表的实际距离；

②分别确定角焊焊接的起始焊缝位置ab、钨极相对于喷嘴的起始位 置cd和送丝尖端相对于送丝喷嘴的起始位置ef；

③分别以ab、cd和ef设定计算焊缝、钨极和送丝位置的计算范围；

第三步、针对两张标定图像，根据第二步得到的焊缝、钨极和送丝位 置的计算范围进行图像复原及中值滤波，获得初始图像；

第四步、根据初始图像，采用Sobel边缘检测钨极喷嘴边缘，将得到 的点的坐标，通过斜率插值求和法和基于灰度值积分的二分法计算， 获得钨极的位置；

所述的钨极的位置具体通过以下步骤获得：

a)采用经典轮廓检测算法中的Sobel边缘检测算子提取钨极喷嘴边 缘，从右下角到左上角检索提取到的边缘，每行只保留一个检索点， 其坐标为(x_i，y_i)，得到原始焊枪喷嘴轮廓点；

b)将步骤a)所得到的原始焊枪喷嘴轮廓点每点(x_i，y_i)，带入斜率插值 求和法，判断是否为伪边缘点，去除伪边缘点，得到焊枪喷嘴轮廓点；

所述斜率插值求和法是指：

该方法能够判断是否 是钨极轮廓的伪边缘点；η的值会影响判断精度；

c)将步骤b)得到焊枪喷嘴轮廓点，进行线性拟合，得到焊枪喷嘴轮廓 线；

d)将原始图像坐标系xoy转换为x’o’y’坐标系，即以步骤c)得到 焊枪喷嘴轮廓线为x’轴，以与x’轴垂直方向为y’轴的坐标系；

e)在步骤d)所得到的x’o’y’坐标系下，对初始图像灰度值，进行 基于灰度值积分的二分法，获得在焊枪喷嘴轮廓线附近最大灰度积分 上升沿和最大灰度积分下降沿；

所述基于灰度值积分的二分法是指：

L为计算长度；p为计算精度，第一次计算p为钨极的宽度的像素数；

当p满足精度要求时，结束计算；

f)根据步骤e)得到的最大灰度积分上升沿和最大灰度积分下降沿，求 其中心点，并按照第二步中标定cd长度和方向延长中心点位置，获 得钨极的位置；

第五步、针对初始图像，根据第二步中确定的焊缝、钨极和送丝位置 的计算范围，采用经典轮廓检测算法中的Sobel边缘检测算子检测焊 缝轮廓点，并对所得到的轮廓点进行线性拟合，获得焊缝的位置；

第六步、针对初始图像，确定送丝位置，具体包括以下步骤：

6.1)送丝喷嘴轮廓提取；使用Sobel边缘检测算子检索右上方部分， 只保留每行检索到的第一个轮廓点；

6.2)对步骤6.1)得到轮廓点进行坐标系转换，对检索到的轮廓点坐标 进行二次曲线拟合；

坐标系转换是指：由图像xoy坐标系，转换成以送丝方向为纵坐标的， 新的x”o”y”坐标系；

6.3)确定二次曲线的极值点；

6.4)将极值点坐标由x”o”y”坐标下转换为xoy坐标；

6.5)根据步骤6.4)得到的xoy坐标，按送丝喷嘴的起始位置ef的方向 和大小进行延长，得到送丝位置；

第七步、根据第二步得到的标定信息，将第四步得到的钨极位置，第 五步得到的焊缝位置，第六步得到的送丝位置分别与原始位置进行比 对并获得钨极、焊缝和送丝的偏移量；

第八步、根据钨极、焊缝和送丝的偏移量，判断钨极及送丝位置是否 处于合理范围并相应控制步进电机，移动焊枪和送丝机构进行纠正。