[发明专利]用于管板自动焊接的图像找中定位方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种适用于管与板自动焊接的图像找中定位方法。

背景技术

在化工、电站、锅炉等行业的换热器制造中，存在大量的管与板之间的焊接任务。这种焊接难度大，质量要求高，工作量大。长期以来，这类焊接技术的发展一直是本领域技术人员关注的问题。

上世纪80年代，自动管板焊机从国外进入中国市场，逐渐在化工、锅炉、电站等行业推广应用。这种焊接方式大大降低了手工施焊的劳动强度，提高了焊接质量的稳定性，引发了管板焊接技术的一次变革。

实施自动管板焊接都需要依赖中心定位来实现，即将焊头的回转中心定位到与被焊管板中心重合的位置，然后通过焊头绕管口旋转来完成焊接任务。目前在自动管板焊接中典型的中心定位方式是胀芯机械式定位，即采用中心杆外套胀芯后插入管内，利用胀芯的胀力将焊头定位。焊接时，焊头上的焊炬围绕中心杆旋转进行焊接。

上述胀芯机械式定位存在着许多不足，使其在应用上产生了很大的局限性。第一，胀芯的扩张范围极为有限，不同管径需选用适合的胀芯，因此通用性差；第二，中心杆与胀芯在制作时为了保持自身的机械强度，不能做得太细和太薄，故而不能对小管径的管板进行焊接，一般内径在14mm达到极限，对于更小内径的管板无法施焊；第三，由于管板中心部位的物理空间被中心杆和胀芯占据，焊炬不能调节到负角度的范围，故而不能焊接缩进形式的管板，只能焊接伸出和平齐形式的管板。

基于以上不足，国内有些厂家正在进行改进性尝试，但绝大多数都未脱离机械式定位的框架，因此不能彻底解决以上问题。也有厂家尝试开发数控定位方式，但由于管板在焊接过程中会发热变形，容易造成多孔管板的后续焊接定位不准确。

中国专利CN101362266A公开了一件由本申请人提出的，名称为《配有光学定位设备的管板焊机及其定位方法》的发明专利申请。该专利申请说明书仅公开了“通过摄像头采集被焊管口信息，计算出摄像头光学中心线跟被焊管中心线的距离”，以及“以摄像头摄取被焊管的图像数据，进而求取被焊管中心线的实际位置”等通过摄像头采集信息后直接确定中心线相对位置的任务和设想，并没有给出具体实现的技术手段。

发明内容

本发明提供一种用于管板自动焊接的图像找中定位方法，其目的是要摒弃传统机械式定位的束缚，利用图像处理识别技术，开创性的设计一种无接触式的图像找中定位方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于管板自动焊接的图像找中定位方法，其创新在于：

（1）环境和条件

事先设置一个能够执行管板自动焊接任务的旋转焊枪，该旋转焊枪由焊枪与旋转机构连接构成，焊枪在旋转机构带动下能够绕一旋转中轴线旋转；

事先设置一个用于拍摄被焊管口图像的摄像头或照相机，摄像头或照相机设在被焊管板的前方，摄像头或照相机的镜头中具有一成像中轴线，该成像中轴线与被焊管口的管轴线平行；

事先设置一个用于调整定位的平面移动装置，该平面移动装置由移动座、X轴移动机构和Y轴移动机构叠加连接构成，其中，X轴和Y轴构成一个机械坐标系，该机械坐标系所在平面与被焊管板上的板平行，所述旋转焊枪和摄像头或照相机相对移动座安装连接，其中，所述成像中轴线与所述旋转中轴线平行或同轴设置，并且在所述机械坐标系中，旋转中轴线相对成像中轴线的位置已知；

事先设置一个用于处理和识别图像以及控制调整定位的计算机系统，该计算机系统包括中央处理单元、输入输出界面、图像处理识别软件以及调整定位控制软件，所述摄像头或照相机的输出信号与计算机系统的输入端连接，计算机系统的输出端分别与所述X轴移动机构和Y轴移动机构中的驱动马达控制端连接；

（2）执行步骤和方法

第一步，拍摄被焊管口图像

通过X轴移动机构和Y轴移动机构将摄像头或照相机移动到被焊管口的正前方，然后拍摄该被焊管口图像，并将该图像转换成数字图像后输入计算机系统；

第二步，对数字图像进行处理

①对数字图像进行锐化处理

在计算机系统中，利用微分算法对数字图像进行锐化处理，获得突出被焊管口圆环轮廓的锐化图像；

②对锐化图像进行二值化处理

在计算机系统中，利用设定的灰度阈值对锐化图像上的各像素点的灰度值进行二值化处理，获得具有明显黑白效果的二值化图像；

第三步，对二值化图像进行识别

在计算机系统中，利用下列方法之一对二值化图像进行识别，寻找出二值化图像中被焊管口圆心相对图像坐标系的像素坐标：

方法一：