[发明专利]用于管板自动焊接的图像找中定位方法

摘要

一种用于管板自动焊接的图像找中定位方法，其特征在于：利用摄像头或照相机拍摄被焊管口图像，然后利用计算机系统对图像进行处理和识别，自动寻找出被焊管口圆心的位置，最后利用X轴移动机构和Y轴移动机构将焊枪的旋转中轴线平移到被焊管口的圆心位置进行定位。本发明采用图像找中定位方式来实现管板焊接的定位，完全放弃了芯杆和胀芯，是一种无接触式的精确定位方式，该方式打破了长期以来一直困扰人们的定位难题，其特点是：1．纠正了因机加工及焊接热影响带来的管口位置误差，定位精度高；2．可实现管缩进形式的管板焊接；3．可实现小到φ3mm管径的管板焊接，大大拓展了管板焊接的使用范围。

主权项

一种用于管板自动焊接的图像找中定位方法，其特征在于：（1）环境和条件事先设置一个能够执行管板自动焊接任务的旋转焊枪（8），该旋转焊枪（8）由焊枪与旋转机构连接构成，焊枪在旋转机构带动下能够绕一旋转中轴线（7）旋转；事先设置一个用于拍摄被焊管口图像（13）的摄像头或照相机（5），摄像头或照相机（5）设在被焊管板的前方，摄像头或照相机（5）的镜头中具有一成像中轴线（6），该成像中轴线（6）与被焊管口（1）的管轴线（4）平行；事先设置一个用于调整定位的平面移动装置，该平面移动装置由移动座（9）、X轴移动机构（10）和Y轴移动机构（11）叠加连接构成，其中，X轴（Xm）和Y轴（Ym）构成一个机械坐标系（M），该机械坐标系（M）所在平面与被焊管板上的板（3）平行，所述旋转焊枪（8）和摄像头或照相机（5）相对移动座（9）安装连接，其中，所述成像中轴线（6）与所述旋转中轴线（7）平行或同轴设置，并且在所述机械坐标系（M）中，旋转中轴线（7）相对成像中轴线（6）的位置已知；事先设置一个用于处理和识别图像以及控制调整定位的计算机系统，该计算机系统包括中央处理单元、输入输出界面、图像处理识别软件以及调整定位控制软件，所述摄像头或照相机（5）的输出信号与计算机系统的输入端连接，计算机系统的输出端分别与所述X轴移动机构（10）和Y轴移动机构（11）中的驱动马达控制端连接；（2）执行步骤和方法第一步，拍摄被焊管口图像通过X轴移动机构（10）和Y轴移动机构（11）将摄像头或照相机（5）移动到被焊管口（1）的正前方，然后拍摄该被焊管口图像（13），并将该图像转换成数字图像后输入计算机系统；第二步，对数字图像进行处理①对数字图像进行锐化处理在计算机系统中，利用微分算法对数字图像进行锐化处理，获得突出被焊管口圆环（14）轮廓的锐化图像；②对锐化图像进行二值化处理在计算机系统中，利用设定的灰度阈值对锐化图像上的各像素点的灰度值进行二值化处理，获得具有明显黑白效果的二值化图像；第三步，对二值化图像进行识别在计算机系统中，利用下列方法之一对二值化图像进行识别，寻找出二值化图像中被焊管口圆心（15）相对图像坐标系（V）的像素坐标：方法一：直接利用Hough变换方法找出二值化图像中被焊管口圆心（15）相对图像坐标系（V）的像素坐标；方法二：以被焊管口（1）的圆环（14）为原形，事先建立一个大小相匹配的圆环图像数据模板，然后利用模板匹配方法找出二值化图像中被焊管口圆心（15）相对图像坐标系（V）的像素坐标；方法三：利用二值化图像中被焊管口呈圆环（14）的几何特征，以圆环（14）区域内的任意一个像素点为基点，沿水平方向向左和向右以及沿垂直方向向上和向下分别搜索圆环（14）对应边缘的像素点坐标，然后将水平方向的两个像素点坐标相加后除以二即为二值化图像中被焊管口圆心（15）相对图像坐标系（V）水平方向的像素坐标，同理将垂直方向的两个像素点坐标相加后除以二即为二值化图像中被焊管口圆心（15）相对图像坐标系（V）垂直方向的像素坐标；第四步，调整定位调整定位采用下列方法之一：方法一：首先根据图像坐标系（V）与机械坐标系（M）的位置关系以及像素间距与机械坐标距离的长度关系，计算出二值化图像中成像中轴线（6）对应的图像中心至被焊管口圆心（15）在机械坐标系（M）中对应X轴（Xm ）和Y轴（Ym）的投影距离和方向，然后采用逼近的方法，利用X轴移动机构（10）和Y轴移动机构（11），按小于投影距离的值将图像中心向被焊管口圆心（15）移动，移完后按所述第一步要求再拍摄第二幅被焊管口图像（13），并按所述第二步和第三步要求对图像进行处理和识别，重复以上拍摄、处理、识别和移动过程直至图像中心与被焊管口圆心（15）的偏差小于允许的误差，便认为成像中轴线（6）与被焊管口的管轴线（4）同轴；最后根据旋转中轴线（7）相对成像中轴线（6）的位置已知这一条件，利用X轴移动机构（10）和Y轴移动机构（11）再将旋转中轴线（7）平移到与被焊管口（1）的管轴线（4）同轴位置进行定位；方法二：首先根据图像坐标系（V）与机械坐标系（M）的位置关系以及像素间距与机械坐标距离的长度关系，将二值化图像中被焊管口圆心（15）相对图像坐标系（V）的像素坐标转换成被焊管口圆心（15）相对机械坐标系（M）的机械坐标；然后利用X轴移动机构（10）和Y轴移动机构（11）直接将焊枪的旋转中轴线（7）平移到机械坐标系（M）中被焊管口的圆心（15）位置进行定位。