[发明专利]线激光视觉跟踪平面对接焊缝方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种线激光视觉跟踪平面对接焊缝方法，用于自动跟踪平面对接焊缝。

背景技术

焊接作为材料加工的一种重要手段在工业生产中得到广泛应用。由于诸多因素的推动，如焊接质量的稳定性、应用的灵活性、操作的安全性及经济性等，焊接过程自动化、机器人化已成为趋势。调查表明焊接机器人在制造业技术改造、提高焊接质量、减少工人劳动强度、改善焊接劳动条件等方面显示了比较高的优越性。随着机械、电力与材料等行业的发展，焊接技术已经成为一种非常重要的金属热加工技术。现代化生产对焊接技术提出了进一步的要求，提高效率、优化质量、改善劳动条件等成为必然，焊接自动化就是这种要求的具体体现。工业发达国家如美国、日本、德国的焊接自动化、机械化程度达60％～70％，而我国仅仅为20％～30％。因此，发展和应用新型焊接自动化技术对我国国民经济起到巨大的作用，而焊缝自动跟踪系统正是焊接自动化研究的一个重要方面。

目前，焊缝自动跟踪常用的方法是：给定轨迹的目标控制方式或监视焊接点的图像处理方法，前者费时费力，降低生产效率；后者增大了图像处理的难度，影响跟踪精度。主动视觉法是一种利用辅助光源，并基于三角测量原理的测量方法。其光路系统主要由CCD、带通滤光片、激光源和圆柱透镜组成，CCD和光源成已知角度刚性安装在机架上。在进行焊缝跟踪时，激光光源发出的光经过圆柱透镜形成一个平面光照射在工件表面上，这时在焊缝上形成一条宽度很窄的光带。光带经过反射或漫反射，通过带通滤光片，把不需要的波长光过滤掉，最后进入CCD摄像机成像。由于辅助光源是可控的，所获取的图像受环境的干扰可去掉，真实性好，不仅能检测出焊缝的中心位置，并且适合于不同的焊缝和各种焊接方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种线激光视觉跟踪平面对接焊缝方法，实现在实际焊接现场利用激光扫描平面对接焊缝，视觉采集扫描图像，利用标定完成的坐标系转换关系，完成对平面对接焊缝的跟踪，实现焊接自动化。

按照本发明提供的技术方案，所述线激光视觉跟踪平面对接焊缝方法如下：

第一步，提取棋盘靶标角点，匹配角点及其世界坐标，标定焊接平面和图像平面的投影矩阵H1；

第二步，控制机器臂利用图像采集设备获取4个以上点激光器的像点，得到像点的图像坐标并记录相应位置的机器臂坐标，进一步得到机器臂坐标系到焊接平面的投影矩阵H2；

第三步，设定延时跟踪的延时时间T_s，平动平台的移动速度v，采集线激光光条进行细化处理，对细化后的光条投影，得到焊缝中心，利用矩阵H1，H2转换焊缝中心为机器臂坐标系，利用T_s*v对坐标值进行修正，将该坐标值放入轨迹缓存区；达到设定延时时间后，从轨迹缓存区取坐标送入机器臂焊枪控制器，控制焊枪跟踪焊缝，并实时刷新轨迹缓存区。

所述第一步的具体方法为：

2.1、利用改进的Harris算法提取棋盘靶标角点得到所有角点坐标m，对角点做霍夫变换，得到霍夫变换矩阵ρ(i，θ)；

2.2、任意θ方向：

ρ_max(θ)＝max(ρ(i，θ))，i∈[1，N＝R×C]，ρ_min(θ)＝min(ρ(i，θ))，i∈[1，N＝R×C]；

2.3、任意θ方向，区间划分有两种方式：

①分ρ(θ)为C个区间，各个区间为：