[發明專利]一種基于模板匹配的焊縫跟蹤方法

無效

• 申請號: 201210515353.6
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103008881A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 連軍莉;付純鶴;周慶亞;孟憲俊
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十五研究所
• 主分類號: B23K26/08
• 分類號: B23K26/08;B23K26/03;B23K26/42
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所 11004
• 代理人: 朱麗巖;劉湘舟

技術領域

?本發明屬于圖像處理領域，是一種自動焊接技術，特別是一種線性激光成像基于模板匹配的焊縫跟蹤方法。

背景技術

焊縫的焊接過程是一個復雜、非線性、干擾因素較多的過程，焊接工件存在熱變形、咬邊、錯邊，以及焊縫間隙的變化等不可預知的因素，這些因素都會直接影響到焊接質量。焊接過程中，焊槍與焊縫中心都會存在一定誤差，如果在“示教再現”或軌跡規劃應用的基礎上，能進行實時焊縫糾偏，就可以進一步提高焊接精度，尤其適用于輔助工程上焊接易變形、裝配復雜等自動焊難以控制的工件生產。

焊縫跟蹤就是尋縫對中，保持焊槍尖端始終在焊縫上。而保證焊接過程中對焊縫位置的精確定位，是實現自動化焊接的前提和必要條件。

目前，在現有的激光焊縫跟蹤實現方案中，一般采用機械、電磁、視覺等傳感器提供焊縫信息，由系統進行處理，實現焊槍位置控制。但是這樣的焊縫跟蹤系統一般是封閉的，是針對特定系統開發的傳感器及處理算法，如低層的接頭輪廓的提取和高層特征參數提取，包括V型接頭輪廓的分割方法、V型接頭特征判斷與提取、多線段近似的分裂算法等，針對不同的焊縫，需使用不同的算法，算法的適應性不強，缺少通用、靈活和獨立的實時焊縫跟蹤。隨著焊接工藝精度、速度的提高，以及焊縫的多樣化，對激光焊接設備及圖像處理算法及速度都提出了較高的要求。

經對現有技術文獻檢索分析，發現譚民等人在專利“一種基于激光結構光的焊縫跟蹤視覺傳感器”（專利號CN200410009931.4）中的焊縫圖像處理模塊中，提供多種焊縫類型的資料，使用提取特征點的方法找到焊縫坐標。在實際的計算中，選擇焊縫類型和工藝，或設置系統參數，然后調用相應的圖像處理程序。姜春英等人在專利“一種激光焊接焊縫跟蹤實現裝置及其控制方法”?（專利號CN200910012657.9）中，針對V形接口/搭接和等厚板、不等厚板對接等多種焊縫類型的不同情況設計了不同的參數，進行圖像處理算法參數設置，特征點提取。

在上述文獻中，在系統中首先要保存大量的焊縫類型的資料以及相應的圖像處理算法，針對不同的焊縫，設置不同的參數，使用不同的算法，在實際操作中缺乏通用性、靈活性，算法的適應性不強，給操作人員帶來較多的操作步驟以及其他的不便。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于模板匹配的焊縫跟蹤方法，要解決焊縫跟蹤的偏差大、算法適應性不強的技術問題；并解決自動應對焊縫形狀漸變、突變的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于模板匹配的焊縫跟蹤方法，步驟如下：?

步驟一：設備校準，調整線性激光源發生器，將線性激光源發生器以一定的角度固定；調整焊槍的位置，將焊槍軸心和待焊接工件的焊縫中心調整到一個垂直平面上；將CCD攝像頭固定在焊槍正前方，垂直采集投射到待焊接工件的焊縫坡口處的條形光帶的圖像，并將采集的圖像傳到計算機中；?

步驟二：在正式焊接工作開始前設定模板，將CCD攝像頭運動到形狀完整、規則的焊縫處，采集一幅圖像設定為模板，并記錄模板的位置；

步驟三：正式焊接開始后設置感興趣區域：CCD攝像頭勻速運動，CCD攝像頭實時采集圖像，并將采集的圖像傳到計算機中，通過圖像處理中的預處理設置感興趣區域；?

步驟四：，在上述區域內搜索模板圖像，通過模板匹配算法尋找與模板相匹配的圖像，進行模板匹配，獲取焊縫中心的位置偏差；

步驟五：若找到與模板匹配的圖像，根據步驟四所述的位置偏差來對焊槍位置進行偏差補償，通過工業控制計算機將位置偏差傳給運動控制卡控制電機，經電機控制焊槍移動，保證焊槍軸心始終在焊縫中心的正上方；

步驟六：若沒有找到與模板匹配的圖像，返回步驟三；

步驟七：若沒有找到與模板匹配的圖像的次數大于設定的閾值，此次焊接結束，電機停止運動。

上述步驟一中線性激光源發生器以一定角度固定，所述一定角度是線性激光源發生器投射到待焊接工件表面的激光條形線和焊縫坡口垂直。

與現有技術相比本發明具有以下特點和有益效果：

本發明設計一種基于線性激光成像的焊縫跟蹤方法。本方法操作簡潔、適應性強，對采集到的圖像進行圖像預處理、濾波等，通過模板匹配算法等多種處理，獲取焊縫中心的位置偏差，根據該位置偏差來對焊槍位置進行偏差補償，從而避免焊偏，保證焊槍軸心始終在焊縫中心的正上方，保證了運輸管道的質量。將線性激光源發生器投射到待焊接工件表面的激光條形線和焊縫坡口垂直，保證采集到的焊縫坡口圖像對稱、均勻、清晰、不變形。