[发明专利]基于统计学的焊缝起始点自动寻位方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接自动化技术领域，涉及一种利用视觉检测装置进行焊缝起始位置自动寻位的方法。

背景技术

自动焊接是一种高效、高精度的技术，其出现提高了焊接的质量，也降低了人工参与对焊接质量的影响。在自动焊接领域，焊接前都需要把焊枪精确定位到焊缝起始点，为后续焊接做好准备。由于工装夹具的精度限制以及焊件本身尺寸和形状的不一致性，焊缝起始点很难保证在事先设定的同一位置，从而导致很难设计自动对准的方法实现焊枪精确对准焊缝起始点。目前，焊缝起始点寻位还是以手工操作为主。

申请号为201410204332.1的专利公开了一种自动化焊接的焊缝识别方法，其中包括焊缝起点的自动识别步骤。该方法通过激光测距仪测量及坐标变换的方法确定焊接起点。工作前，需要对激光测距仪进行调平校正，并通过机器人标志点对激光测距仪进行相对位置及相对姿态的标定，再通过激光测距仪对焊接机器人进行校准，这种方法在测量前需要对硬件结构进行调整，工序繁琐，对工装硬件精度要求高。

发明内容

本发明的目的在于针对焊接领域焊缝起始点自动寻位困难的技术问题，提供一种操作简单、结构简单、对焊接硬件精度要求不高的，基于视觉和统计学分析的焊缝起始点自动寻位方法。

本发明的技术方案为：基于统计学的焊缝起始点自动寻位方法，焊枪及视觉传感器安装在执行机构上，寻位过程中通过执行机构带动焊枪及视觉传感器水平运动或垂直运动，通过视觉传感器包括摄像机，用于采集焊缝图像，视觉传感器安装在焊枪的前方，较焊枪更靠近焊缝的位置；

将视觉传感器定位在焊缝起始端线的外侧，焊缝延伸的方向与焊枪水平运动的方向相同，启动执行机构及视觉传感器，焊枪向靠近焊件的方向运动；

视觉传感器连续采集焊件图像，对图像进行二值化处理，提取出焊件图像上焊缝的特征点，将其存入数据队列；

对焊缝特征点进行统计分析：统计某时段内，提取特征点失败的图像数量占全部图像数量的百分比：其中，n_t为该时段内采取焊件图像的总数，n_u为提取焊缝特征点失败的图像数量；

将焊缝视为一系列连续特征点，以摄像机坐标系为标准，计算所有焊缝特征点在摄像机坐标系下坐标的平均值

其中，p_i为第i个特征点对应在摄像机坐标系下的三维坐标，p_i＝[x_i,y_i,z_i],，n_v为提取出焊缝特征点的图像数量；

计算数据队列中焊缝特征点的标准差：

其中，n_v为提取出焊缝特征点的图像数量，σ为焊缝特征点的标准差；

判断当前视觉传感器所在区域是否为焊缝有效区域：标定λ的阈值记为λ_t；σ的阈值，记为σ_t；若λ＞λ_t或σ＞σ_t，判断视觉传感器所在区域为无效区域；若λ＜λ_t且σ＜σ_t，判断视觉传感器所在区域为有效区域；

若为无效区域，则表示视觉传感器还处于焊缝起始端线外侧，执行机构控制视觉传感器继续向靠近焊件的方向行走，并重复计算λ和σ；若为有效区域，则表示视觉传感器已处于焊缝起始端线内侧，此时，从数据队列中查找，找出数据队列记录的最后一个焊缝特征点，记为焊缝的起始点。

优选的是：

采用手眼标定算法，将焊缝起始点的特征坐标转换到世界坐标系下；

执行机构控制焊枪向焊缝方向行走，焊枪行走过程中，通过闭环控制算法对焊枪的水平位置和竖直位置进行自动调整；将焊枪枪尖坐标转换到世界坐标系下，在世界坐标系下，执行以下控制算法：