[發(fā)明專利]一種基于模板匹配的焊縫跟蹤方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210515353.6
• 申請(qǐng)日: 2012-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN103008881A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 連軍莉;付純鶴;周慶亞;孟憲俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所
• 主分類號(hào): B23K26/08
• 分類號(hào): B23K26/08;B23K26/03;B23K26/42
• 代理公司: 北京中建聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11004
• 代理人: 朱麗巖;劉湘舟

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，是一種自動(dòng)焊接技術(shù)，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(shù)

焊縫的焊接過程是一個(gè)復(fù)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(cuò)邊，以及焊縫間隙的變化等不可預(yù)知的因素，這些因素都會(huì)直接影響到焊接質(zhì)量。焊接過程中，焊槍與焊縫中心都會(huì)存在一定誤差，如果在“示教再現(xiàn)”或軌跡規(guī)劃應(yīng)用的基礎(chǔ)上，能進(jìn)行實(shí)時(shí)焊縫糾偏，就可以進(jìn)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(fù)雜等自動(dòng)焊難以控制的工件生產(chǎn)。

焊縫跟蹤就是尋縫對(duì)中，保持焊槍尖端始終在焊縫上。而保證焊接過程中對(duì)焊縫位置的精確定位，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接的前提和必要條件。

目前，在現(xiàn)有的激光焊縫跟蹤實(shí)現(xiàn)方案中，一般采用機(jī)械、電磁、視覺等傳感器提供焊縫信息，由系統(tǒng)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)焊槍位置控制。但是這樣的焊縫跟蹤系統(tǒng)一般是封閉的，是針對(duì)特定系統(tǒng)開發(fā)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(shù)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(duì)不同的焊縫，需使用不同的算法，算法的適應(yīng)性不強(qiáng)，缺少通用、靈活和獨(dú)立的實(shí)時(shí)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(duì)激光焊接設(shè)備及圖像處理算法及速度都提出了較高的要求。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索分析，發(fā)現(xiàn)譚民等人在專利“一種基于激光結(jié)構(gòu)光的焊縫跟蹤視覺傳感器”（專利號(hào)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(diǎn)的方法找到焊縫坐標(biāo)。在實(shí)際的計(jì)算中，選擇焊縫類型和工藝，或設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，然后調(diào)用相應(yīng)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(shí)現(xiàn)裝置及其控制方法”?（專利號(hào)CN200910012657.9）中，針對(duì)V形接口/搭接和等厚板、不等厚板對(duì)接等多種焊縫類型的不同情況設(shè)計(jì)了不同的參數(shù)，進(jìn)行圖像處理算法參數(shù)設(shè)置，特征點(diǎn)提取。

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

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)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(yīng)性不強(qiáng)的技術(shù)問題；并解決自動(dòng)應(yīng)對(duì)焊縫形狀漸變、突變的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)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(shè)備校準(zhǔn)，調(diào)整線性激光源發(fā)生器，將線性激光源發(fā)生器以一定的角度固定；調(diào)整焊槍的位置，將焊槍軸心和待焊接工件的焊縫中心調(diào)整到一個(gè)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(jì)算機(jī)中；?

步驟二：在正式焊接工作開始前設(shè)定模板，將CCD攝像頭運(yùn)動(dòng)到形狀完整、規(guī)則的焊縫處，采集一幅圖像設(shè)定為模板，并記錄模板的位置；

步驟三：正式焊接開始后設(shè)置感興趣區(qū)域：CCD攝像頭勻速運(yùn)動(dòng)，CCD攝像頭實(shí)時(shí)采集圖像，并將采集的圖像傳到計(jì)算機(jī)中，通過圖像處理中的預(yù)處理設(shè)置感興趣區(qū)域；?

步驟四：，在上述區(qū)域內(nèi)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(jìn)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(jù)步驟四所述的位置偏差來對(duì)焊槍位置進(jìn)行偏差補(bǔ)償，通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)將位置偏差傳給運(yùn)動(dòng)控制卡控制電機(jī)，經(jīng)電機(jī)控制焊槍移動(dòng)，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(shù)大于設(shè)定的閾值，此次焊接結(jié)束，電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。

上述步驟一中線性激光源發(fā)生器以一定角度固定，所述一定角度是線性激光源發(fā)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(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明設(shè)計(jì)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(yīng)性強(qiáng)，對(duì)采集到的圖像進(jìn)行圖像預(yù)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(jù)該位置偏差來對(duì)焊槍位置進(jìn)行偏差補(bǔ)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(yùn)輸管道的質(zhì)量。將線性激光源發(fā)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(duì)稱、均勻、清晰、不變形。