[发明专利]基于结构光的柱面纵向焊缝特征区域提取、焊缝跟踪方法及系统

权利要求书

1.一种基于结构光的柱面纵向焊缝特征区域提取的焊缝跟踪方法，其特征在于：

步骤1调整高度及角度

根据工业相机的焦距、一字线激光发生器的线宽和柱面纵向焊缝的焊件的直径，来调整焊缝视觉跟踪系统的高度和双激光发生器的角度；

步骤2提取焊缝图像特征

通过采集到的带激光条纹曲线的焊缝图像，提取图像的特征区域，计算特征区域中焊缝的特征点；

所述的步骤2提取焊缝特征点的特征区域方法步骤如下：

步骤2.1对焊缝图像进行预处理

步骤2.1.1特征区域的提取

两个激光器产生两侧激光条纹，对焊缝图像的像素采取行投影操作，找到像素点最小的行min_row，对于左侧的激光条纹，以像素最小行min_row为中心，向上、向下选取固定高度h的行，根据所选取的行与曲线条纹的交点，找到上交点所在的列u_col、下交点所在的列d_col，列u_col和列d_col之间宽度即为特征区域的宽度W，特征区域的高度H为2h，通过曲线确定的列u_col、列d_col和高度H共同确定了特征区域的大小；

对于特征区域的高度H的确定，通过H＝f(t,Δ)关系曲线确定焊管特征区域高度H，其中t为系统跟踪时间、Δ为系统跟踪误差；所述的通过H＝f(t,Δ)关系曲线确定焊管H具体为：高度H与跟踪时间t对应的映射关系为：H＝f₁(t)或者t＝f₁^-1(H)；高度H与跟踪误差Δ的关系为，H＝f₂(Δ)或者两条曲线的交点H值即为理想情况下此焊管的特征区域的高度；

步骤2.1.2对特征区域图像进行滤波处理；

步骤2.2进行阈值分割，从特征区域焊缝图像中把激光条纹区域从背景区域中分离出来；

步骤2.3进行焊缝的中心线提取，采用中轴变换算法对焊缝图像作细化处理，得到由单像素组成的中心线；

步骤2.4焊缝特征点提取，通过最小二乘法进行曲线拟合，应用导数极值法提取焊缝特征点；

步骤3使用张正友标定法对工业相机进行标定，将图像中的坐标系与两个线激光平面所在的坐标系统一起来；

步骤4根据柱面纵向焊缝特征点的位置和两个线激光平面方程，得出焊缝的两个特征点的空间坐标，进而通过两点确定直线的原理获得直线延长线外固定距离的焊接位置，将此位置的三维坐标输入至行走机构。

2.根据权利要求1所述的基于结构光的柱面纵向焊缝特征区域提取的焊缝跟踪方法，其特征在于，所述的步骤2.1.2对特征区域图像进行滤波处理采用空间域滤波和形态学操作。

3.根据权利要求1所述的基于结构光的柱面纵向焊缝特征区域提取的焊缝跟踪方法，其特征在于，步骤2.2中对焊缝图像进行阈值分割，采用大津法对特征区域进行图像分割，将灰度值接近和位置靠近的像素划成一个区域，经过阈值分割，激光条纹的点变为白色。

4.根据权利要求1-3任一所述的焊缝跟踪方法的焊缝跟踪系统，其特征在于：包括激光发生部分、视觉传感部分和行走机构部分；

激光发生部分，包括两个一字线激光发生器和圆柱透镜，其发出的光经过圆柱透镜形成两个激光平面，倾斜投射在工件表面产生两条曲线激光条纹；

视觉传感部分，由图像采集装置和计算机组成，图像采集装置包括工业相机及滤光片，用于采集焊缝激光图像；

行走机构部分，包括计算机、运动控制器、伺服驱动器、伺服电机和龙门式三轴滑台，计算机输入的控制信号经过运动控制器传输到伺服驱动器，伺服驱动器放大信号后，驱动伺服电机工作，带动龙门架三轴移动；

跟踪过程中，通过激光发生部分向待焊工件表面投射线激光平面，视觉传感部分获取激光焊缝图像，根据焊管管径大小，动态提取焊缝图像的特征区域，获得特征区域中焊缝特征信息；将焊缝的特征信息作为行走机构部分的输入条件，经过行走机构部分的处理，控制焊枪在对应位置进行焊接，由此实现焊缝的实时跟踪。

5.根据权利要求4所述的基于结构光的柱面纵向焊缝特征区域提取的焊缝跟踪系统，其特征在于：所述的行走机构部分的运动控制器为运动控制卡。