[发明专利]一种用于焊缝跟踪的激光视觉传感系统及方法

说明书

本发明提供了一种用于焊缝跟踪的激光视觉传感系统及方法，所述系统包括工件、复合滤光片、CCD摄像机、侧边激光标线器以及后方激光标线器，所述侧边激光标线器和后方激光标线器放置于CCD摄像机的两边倾斜照射，所述侧边激光标线器和后方激光标线器发射的激光条纹投影在工件上，通过复合滤光片采集到CCD摄像机上，经过图像处理后获得焊缝信息和偏移量，并判断出焊缝的空间位置。本发明的用于焊缝跟踪的激光视觉传感系统及方法用于自动焊接时焊缝空间位置识别和焊缝跟踪，可提升焊接质量。

技术领域

本发明涉及焊缝跟踪技术领域，具体地，涉及一种用于焊缝跟踪的激光视觉传感系统及方法。

背景技术

目前国内的人防工程对接焊缝焊接多数还是采用手工焊接方法，存在工人工作条件恶劣，工作强度大的问题，同时焊缝成型、焊接效率以及焊接质量等都有待提高。焊接自动化技术以其优良的工作效率被广泛地应用到工业生产中，是焊接技术发展的必然趋势，是实现更安全、高效、智能生产的重要手段。

目前在自动焊接上采用的传感器主要是电弧传感器、机械传感器及视觉传感器等。电弧传感器是从焊接电弧自身直接提取焊缝位置偏差信号，不需要在焊枪上附加任何装置，因此其实时性好，可达性及焊枪运动的灵活性都非常好，尤其符合焊接过程低成本自动化的要求。它是利用电弧自身电参数的动静态变化作为特征信号，通过一定的控制策略实现高低及水平两个方向的跟踪控制。然而，电弧传感器只适用于V型、单V型、U型和角焊缝，能够获得的信息量较少，具有局限性，不适用于薄板对接焊接。

典型的机械接触式传感器是依导轮或者导杆在焊炬前方检测焊缝位置，通过焊缝形状对导杆或者导轮的强制力来导向，将焊缝偏差信息反映到检测器内，从而实现焊缝跟踪。机械接触式传感器结构简单，操作方便，价格便宜且不受电弧烟及飞溅等干扰。但是，由于机械式传感器信息量少，在自动焊接中，主要是与其它传感器配合来完成焊缝跟踪任务，一般不独立使用。

基于激光视觉的焊缝跟踪技术在焊接制造业中拥有很好的发展前景。激光视觉传感器采用非接触的传感方式，可以获取高质量的焊缝图像，有效提高焊缝跟踪的灵敏度和检测精度。激光光源具有亮度高、单色性好的优点，可以有效地削弱弧光对图像质量的影响，很好地保护焊缝特征信息，降低后续图像处理的难度。然而，单激光标线器照射工件，只能判别焊缝的中心特征点，得到的焊缝信息有限，且在遇到人防工程中的十字对接焊缝时，投影的激光条纹折线没有规律，无法提取焊缝中心点，失去焊缝跟踪功能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种可提升焊接质量的用于自动焊接时焊缝空间位置识别和焊缝跟踪的激光视觉传感系统及方法。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种用于焊缝跟踪的激光视觉传感系统，所述系统包括工件、复合滤光片、CCD摄像机、侧边激光标线器以及后方激光标线器，所述侧边激光标线器和后方激光标线器放置于CCD摄像机的两边倾斜照射，所述侧边激光标线器和后方激光标线器发射的激光条纹投影在工件上，通过复合滤光片采集到CCD摄像机上，经过图像处理后获得焊缝信息和偏移量，并判断出焊缝的空间位置。

可选地，以焊接方向为参考，所述侧边激光标线器和后方激光标线器皆与竖直方向的夹角为20°，所述侧边激光标线器和后方激光标线器产生两道激光条纹，其中一道激光条纹用于判别焊缝信息和焊缝中心点，另外一道激光条纹用于判别焊缝的空间位置。

进一步地，本发明还提供一种用于焊缝跟踪的激光视觉传感方法，所述方法包括以下步骤：

对摄像机采集到的投影在工件上的初始图像采用ROI，提取目标区域图像；

对目标区域图像进行中值滤波，改善尖峰性干扰效果，保持边缘的陡峭，去除干扰；

对中值滤波后的图像进行灰度化处理和二值化处理，提高图像处理效率；

采用开操作处理所述二值化后的焊缝图像；以及