[發(fā)明專利]基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410183889.1
• 申請(qǐng)日: 2014-05-04
• 公開（公告）號(hào): CN104002020B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李水明;邵長春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): B23K9/127
• 分類號(hào): B23K9/127
• 代理公司: 柳州市榮久專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)45113
• 代理人: 周小芹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法，特別是一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法。

背景技術(shù)

生產(chǎn)加工企業(yè)大量需要使用焊接技術(shù)。目前，許多焊接過程中由于工件本身構(gòu)造不同，使得焊接定位不精確影響焊接質(zhì)量。焊接跟蹤約束條件較大，自動(dòng)化跟蹤焊接相對(duì)水平不高。由于焊接過程中出現(xiàn)弧光輻射、高溫氣體、灰塵飛濺；表面結(jié)構(gòu)、工件熱變形等因素造成焊矩偏離焊縫。工作環(huán)境惡劣，要求弧焊機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)檢測焊縫的偏差，并調(diào)整焊接路線和焊接參數(shù)。

而目前市場上普遍的自動(dòng)焊接機(jī)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)一般采用雙向接觸式焊縫跟蹤傳感器技術(shù)、光電傳感器技術(shù)、非接觸式超聲跟蹤技術(shù)等，這幾種技術(shù)都存在相對(duì)的優(yōu)缺點(diǎn)，如雙向接觸式跟蹤技術(shù)能夠直接探測到焊縫的位置，方法簡單，但當(dāng)出頭運(yùn)行到焊點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生堵塞；光電傳感器技術(shù)在焊縫高低不平時(shí)，直接影響焊接質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法，使其能夠在焊接過程中能夠快速對(duì)焦，獲取清晰的焊接熔池圖像信息。

解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，包括濾光模塊、攝像頭、嵌入式處理器，所述的濾光模塊包括隔熱玻璃、濾光片，該隔熱玻璃、濾光片依次設(shè)置在焊接工件與攝像頭之間，攝像頭與嵌入式處理器連接，嵌入式處理器還與焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)連接。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述的隔熱玻璃設(shè)置在焊接工件與濾光片之間，用于隔離焊接熔池時(shí)產(chǎn)生的熱量；

所述的濾光片接收到焊接工件產(chǎn)生的弧光，濾除掉部分光線，只讓波長與該濾光片峰值波長相同的光線進(jìn)入攝像頭；

所述的攝像頭作為視覺感光傳感器，采集經(jīng)濾光片過濾后的光源數(shù)據(jù)信號(hào)，并將該光源數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為圖像視頻數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化后輸入至嵌入式處理器，同時(shí)還根據(jù)嵌入式處理器輸出的調(diào)整焦距信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦；

所述的嵌入式處理器接收攝像頭傳輸來的圖像視頻數(shù)據(jù)信號(hào)并將該信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果或輸出調(diào)整焦距信號(hào)至攝像頭，或輸出清晰焊接熔池圖像信號(hào)至焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)。

所述濾光片的峰值波長為6328?。

所述攝像頭的采集速度為50～70幀/秒。

本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是：一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的自動(dòng)聚焦方法，該方法是采用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)實(shí)時(shí)對(duì)相鄰的圖像幀進(jìn)行判斷，對(duì)圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)構(gòu)成的圖像清晰度曲線采用爬坡法，實(shí)時(shí)調(diào)整攝像頭鏡頭的焦距倍率，使圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線點(diǎn)處于曲線的峰值位置，達(dá)到圖像清晰效果；當(dāng)焊接熔池場景變化和圖像信息出現(xiàn)模糊使圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線點(diǎn)不處于曲線的峰值時(shí)，系統(tǒng)調(diào)整攝像頭鏡頭反向運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)搜索調(diào)整聚焦使圖像穩(wěn)定在最清晰處。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：該方法包括以下步驟：

A.圖像預(yù)處理:

嵌入式處理器接收到攝像頭傳輸來的圖像視頻數(shù)據(jù)信號(hào)后，采用中值濾波法把選擇小區(qū)域的像素點(diǎn)的灰度值從小到大排列去其中間的灰度作為噪聲點(diǎn)的灰度值；

B.對(duì)相鄰的兩個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷：

采用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)相鄰的兩個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷，得出相鄰兩個(gè)圖像幀的評(píng)價(jià)函數(shù)值；

C.?連續(xù)對(duì)多個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷：

采用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，連續(xù)對(duì)多個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷，得出多個(gè)圖像幀的評(píng)價(jià)函數(shù)值；

D.?判斷鏡頭運(yùn)動(dòng)方向：

根據(jù)評(píng)價(jià)函數(shù)值進(jìn)行分析，判斷攝像頭鏡頭的運(yùn)動(dòng)方向；

E.?鏡頭調(diào)焦：

驅(qū)動(dòng)攝像頭鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整焦距倍數(shù)；

F.?再次判斷聚焦峰值處：

再次使用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)判斷聚焦峰值處，調(diào)整攝像頭鏡頭的移動(dòng)步進(jìn)值；

G.判斷函數(shù)曲線點(diǎn)是否在函數(shù)曲線的峰值處：

對(duì)比圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線點(diǎn)是否在清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值處，若圖像不處于清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值，重復(fù)步驟B；若攝像頭鏡頭已經(jīng)超越走過清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值，則驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鏡頭反向運(yùn)動(dòng)，重復(fù)步驟C；若3次來回跨過該清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值，則獲取到清晰焊接熔池圖像，嵌入式處理器將該清晰焊接熔池圖像信號(hào)傳輸至焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)，調(diào)焦結(jié)束。

所述的圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)采用灰度差分梯度函數(shù)，該灰度差分梯度函數(shù)為：????????????????????????????????????????????????，