[发明专利]一种变间隙梯形焊缝多参数同步视觉检测跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及确定焊缝位置及焊缝间隙值的检测跟踪方法，具体是一种变间隙梯形焊缝多参数同步视觉检测跟踪方法。

背景技术

焊接作为金属制造行业重要的加工手段，因其可靠、低成本连接材料的方法而广泛地应用于金属连接领域。随着焊接技术和工业机器人技术的不断发展，机器人焊接将逐步取代手工焊接，广泛应用在汽车、船舶、工程机械等行业中。采用焊接机器人可以获得比手工焊接更快的焊接速度，更高的焊接质量，具有高可靠性、精确性，可以有效减缓焊接过程产生的热辐射、弧光、烟尘以及弧光等对工人健康带来的危害，改善劳动环境，提高生产效率。因此，推进焊接自动化、机械化、智能化，减轻焊工劳动强度和改善工作条件的机器人焊接方法成为研究焦点。而梯形焊件广泛应用于集装箱、工业厂房、展厅屋顶等，梯形焊件焊缝的跟踪问题是制约梯形焊件焊接发展的重要难题之一。在强干扰恶劣的情况下，视觉信息的获取和图像处理问题研究成为制约当前焊接机器人视觉检测应用、实现焊缝跟踪控制的一个技术瓶颈。

中国专利CN104107973A公开了一种集装箱波纹板焊缝的识别方法、识别装置及焊接控制系统，该方法通过两个激光器发出两束面激光，由图像传感器采集照射在焊缝的激光图像，并对此图像进行处理，比较采集的两个激光器特征点坐标，获得焊缝X方向、Y方向的位置坐标，其不足之处在于：由于梯形焊件焊缝并不是十分平整，在焊缝的高度方向Z方向也会有偏差，并且不能够得出焊缝间隙的大小。对于冲压不规则的梯形焊件，这些焊件的拐点处会有一定的弧度，需要对采集的离散点做连续化处理，若只是利用离散点跟踪焊缝，在梯形焊缝拐点处精度有可能会达不到焊接要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种变间隙梯形焊缝多参数同步视觉检测跟踪方法。该方法针对梯形焊件焊缝设计，根据智能相机传感器采集的单帧图像，提取出图像特征点，由特征点计算出焊枪在三维空间的位置坐标和焊缝间隙，在跟踪过程中，视觉系统将计算得到的三维坐标信息和焊缝间隙通过通信线传输给控制系统，控制系统寻找焊缝初始点，之后实时跟踪焊缝，视觉系统识别焊缝终止点后，将焊缝终止点传给控制系统后，焊接结束。此方法可实现焊枪在三维空间焊点的准确定位，并且在实时焊接过程中对较大的焊缝间隙进行摆动焊接，摆动频率由焊缝间隙大小决定。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是，设计一种变间隙梯形焊缝多参数同步视觉检测跟踪方法，该方法利用二维焊缝图像得到焊缝三维的位置信息以及焊缝间隙，使得图像特征的变化和焊枪运动之间存在线性关系，该方法的具体步骤是：

第一步，图像处理和特征提取

1-1图像获取：通过智能相机传感器获取包含激光条纹的焊缝区域图像；

1-2图像阈值自适应分割：在步骤1-1的基础上，以每五列为单位，选取像素值相同个数最多的像素值为阈值，每五列中，以像素值大于所述阈值的，确定为激光条纹的有效点，从图像中分割出有效点；

1-3激光条纹中心线提取：将步骤1-2中确定的激光条纹的有效点采用逐列提取的方式，把每列激光条纹有效点提取中间点，把中间点存到数组中，这个数组为激光条纹中心线数组；

1-4Hough直线变换：在步骤1-3的基础上对提取的激光条纹中心线求取hough直线，得到两条直线，分别对应为梯形焊件上的直线和焊件底板上的直线；

1-5两个特征点提取：在步骤1-4的基础上求取两条直线的交点，并且提取交点的纵坐标值和横坐标值，此交点为第一特征点，坐标为智能相机传感器采集图像的梯形焊件上的激光条纹，该激光条纹的末端点为梯形焊件需要焊接的焊点，此点为第二特征点坐标为

1-6求取间隙值：第一特征点与第二特征点的欧式几何距离为焊缝间隙的像素值大小；

第二步，图像信息分析

2-1水平X方向位置计算：焊枪水平X方向的坐标X_n为在X方向上焊枪到梯形焊件前表面的初始测量距离DE与梯形焊件上激光条纹的位置在X方向上到梯形焊件前表面的距离BC的和，即

X_n＝DE+BC(5)；

2-2水平Y方向位置计算：控制系统通过通信线向视觉系统实时传输焊枪在测试平台Y方向导轨上的距离mc_cur，由焊枪在测试平台Y方向导轨上的距离mc_cur以及AB和焊枪与智能相机传感器在X方向上的距离EF,得到焊枪水平Y方向的坐标Y_n，即

Y_n＝mc_cur-AB-EF(6)；