[发明专利]一种氩弧焊焊缝跟踪系统及方法

权利要求书

1.一种氩弧焊焊缝跟踪方法，用于一种氩弧焊焊缝跟踪系统，其特征在于，所述跟踪系统包括：控制系统以及与所述控制系统电连接的焊接机器人、视觉传感系统、焊接电源；

所述控制系统包括图像处理模块、焊枪路径设置模块、焊枪姿态调整模块和焊接专家模块；

所述焊枪路径设置模块用于根据输入的焊接条件设定焊枪路径，并通过所述焊接专家模块设置焊接参数；

所述视觉传感系统用于获取焊缝图像信息；

所述图像处理模块用于对所述焊缝图像信息进行图像处理，提取焊缝边界，并根据边界拟合函数计算熔池中心点和焊缝中心线的偏差值；

所述焊枪姿态调整模块根据所述偏差值调整焊枪姿态，使焊枪始终对准焊缝中心线；

所述焊接机器人包括机械臂和焊枪，所述焊枪安装在机械臂的夹持端，所述机械臂与控制系统电连接；

所述跟踪方法包括以下步骤：

系统初始化，通过焊接专家模块确定焊接参数；

根据输入的焊接条件，通过焊枪路径设置模块设定焊接路径；

开始焊接，同时通过视觉传感系统获取焊缝图像信息，并将获取的焊缝图像信息传输给图像处理模块；

所述视觉传感系统的采集帧率为50fps，所述焊枪姿态调整模块对焊枪的调整周期为0.1s，在所述焊枪姿态调整模块的每两次调整间隔时间内，所述视觉传感系统采集的图像为5张，通过如下公式从5张图像中选取成像最好的一张图片：

P_grey＝f(d),d∈d_ab (1)

G_average＝(|G₁|+|G₂|+|G₃|+|G₄|)/4 (2)

其中，P_grey是沿着ab线的像素灰度值，G₁、G₂、G₃和G₄是沿ab线方向上像素灰度值的峰值梯度；ab线在熔池最宽处截取；G_average为G₁、G₂、G₃和G₄的绝对值的平均值，G_average的值越大，表示图像成像质量越好；

通过图像处理模块从焊缝图像中选取成像最好的图片，并从成像最好的图片上提取图像边界线，并根据边界拟合函数计算熔池中心点和焊缝中心线的偏差值；

计算熔池中心点和焊缝中心线的偏差值的方法为：

根据图像处理模块提取的焊缝图像的边界线，分别拟合焊缝左右边界的函数f₁(x)和f₂(x)，公式如下：

f₁(x)＝k₁x+c₁ (3)

f₂(x)＝k₂x+c₂ （4）

根据左右边界的函数计算焊缝中心线的函数f(x)，公式如下：

计算熔池中心点距离焊缝中心线的偏差值E，公式如下：

其中，k₁、k₂分别为左右边界函数中的斜率；c₁、c₂为常数；P_x、P_y分别为熔池中心点在图像坐标系上的横坐标和纵坐标；图像坐标系的Y轴与焊缝中心线平行，X轴与Y轴垂直；

根据所述偏差值，通过焊枪姿态调整模块纠正焊枪位置；

根据所述偏差值纠正焊枪位置的方法为：

将熔池中心点的纵坐标P_y代入(5)式，求出对应的焊缝中心线上的横坐标P_x’，然后比较P_x’和P_x，若P_x’-P_x0，则焊枪向X轴正方向偏移距离E；若P_x’-P_x0，则焊枪向X轴负方向偏移距离E；

焊接结束，关闭系统。

2.根据权利要求1所述的一种氩弧焊焊缝跟踪方法，其特征在于，所述视觉传感系统包括CCD相机，所述CCD相机的物镜上依次设有减光片、滤光片和防溅透镜。