[发明专利]一种流水孔焊缝自动识别跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接、图像处理、信号处理、自动控制等领域，具体涉及一种船舱直线流水孔焊缝自动识别跟踪方法。

背景技术

目前，我国的工业化水平越来越高，大型构件在现场的应用也越来越多。焊接是大型构件在现场的组装的重要手段，作为重工业的一项重要关键技术，焊接质量与效率影响着大型设备制造的质量、周期与成本。船舶制造中，为加强船体强度，船舱底部设置许多格子间，其工作环境狭小且存在不连续焊缝，影响焊接生产效率。现有焊接机器人无法识别流水孔特征点位置，也就无法自动完成带有流水孔角焊缝的自动识别跟踪，目前该类焊件焊接主要由人工完成。鉴于焊接过程中大量的烟雾、灰尘、弧光且焊接环境密闭温度较高，工人需穿着厚厚的防护服，带着面罩，因此工作环境相当的恶劣，给长期工作在焊接一线工人的身心都带来严重的伤害。因此，亟待研发一种船舱直线流水孔自动识别跟踪方法，让机器人完成流水孔焊缝的自动焊接，将工人从恶劣的工作环境中解放出来，同时提高生产效率和焊接质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流水孔焊缝自动识别跟踪方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种流水孔焊缝自动识别跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将旋转电弧传感器和激光视觉传感器按相对位置安装；

（2）采集电流信号和焊缝图像信息；

（3）电流信号通过系列算法后提取焊缝偏差；

（4）对采集到的图像进行处理，得出焊缝的特征信息；

（5）根据焊缝特征信息识别出特征点和焊缝类型；

（6）针对不同焊缝类型自动控制焊接起熄弧，采用不同跟踪方法进行焊缝跟踪。

作为本发明进一步的方案：所述步骤（1）具体包括以下步骤：旋转电弧既为传感器又为焊炬，将其安装在横向十字滑块上，角度可调，初始角度与水平方向成45度角。激光视觉传感器安装在机器人前进方向超前位置，用于检测流水孔信息以及完成不起弧状态下的自动跟踪。激光视觉传感器带有旋转关节，与水平方向的夹角可自由调节，只需保证采集到的图像中激光条纹覆盖整个流水孔且具有一个拐点即可。旋转电弧传感器和激光视觉传感器的相对位置不变，都随着横向十字滑块的伸缩而运动。

作为本发明再进一步的方案：步骤（2）中利用数据采集卡和图像采集卡完成电流数据和焊缝图像的采集。数据采集卡和图像采集卡的类型可自选。采用定时器方式，定时周期根据实际系统处理时间决定；利用线程方式进行电流信号采集和图像采集。主线程完成电流信号采集、信号处理、信号融合、控制等。子线程主要完成焊缝图像采集、处理、焊缝识别等。

作为本发明再进一步的方案：步骤（3）中，通过霍尔传感器采集到的电流信号包含大量噪声干扰，需经过滤波等系列算法后提取出不失真的包含原始信号的波形；采用有效的偏差提取方法提取焊缝偏差从而指导焊缝跟踪。

焊缝偏差e的提取方法主要有特征谐波法和区间积分法，系统采用特征谐波法，这是由于特征谐波法的偏差检测结果的标准差小于区间积分法，而二者的粗大误差率相差不大，检测结果比区间积分法要平滑，与实际情况更为接近。

作为本发明再进一步的方案：步骤（4）中采集到的焊缝图像信息中包含大量的烟雾、灰尘、弧光等干扰，采用去噪、激光条纹提取等系列算法后获得完全表征焊缝真实形状和特点的激光条纹。

作为本发明再进一步的方案：步骤（5）中的具体做法为：根据激光条纹打在焊缝上后，在图像中反映出来的变化情况进行分析，可找到识别焊缝中具有重要转折的特征点，根据特征点的变化可识别出流水孔类型。

作为本发明再进一步的方案：步骤（6）中的具体做法为：根据不同的流水孔类型，确定经过流水孔时跳过或直接焊接；在无流水孔或需直接焊接的流水孔段，采用旋转电弧传感器进行焊缝跟踪。在流水孔段，采用激光视传感器进行焊缝跟踪。

目前，船舱格子间流水孔焊接都采用人工焊接或靠模小车进行，有部分造船企业采用大型焊接机器人进行焊接，但该类机器人无法自主移动，采用的方式为示教方式，国内外尚无关于流水孔自动识别跟踪与焊接的报道，本发明能够自动完成流水孔焊缝的自动识别和跟踪，识别和跟踪精度为±1.0mm，具有很高的理论和实用价值。

附图说明

图1为本发明的其中一种典型的流水孔示意图。

图2为本发明的其中另一种典型的流水孔示意图。

图3 为本发明的设计一种旋转电弧传感器和激光视觉传感器相对位置安装图。