[發明專利]一種焊接檢測中基于雙目線結構光的光條中心三維坐標獲取方法

有效

• 申請號: 201711327867.8
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108088390B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 鮑官軍;龐加慶;黃錦成;李玉;蔡世波;楊慶華;胥芳
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 33241 杭州斯可睿專利事務所有限公司
• 代理人: 王利強<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種焊接檢測中基于雙目線結構光的光條中心三維坐標獲取方法，包括如下步驟：1)搭建雙目線結構光視覺傳感系統；2)對雙目線結構光視覺傳感系統進行標定；3)使用標定后的雙目線結構光裝置在焊接中同時獲取帶結構光條紋的圖像；4)將兩幅圖像中灰度值不為零的像素點的像素坐標映射到三維空間中的一個平面上，選取光平面或者其中一個相機的成像平面；5)通過兩幅圖像中像素點在空間坐標系中同一個平面上的三維坐標點；判斷是為噪聲點還是光條上的點；6)通過手眼標定得到的相機與機器人末端的位姿關系，將光平面上的中心線坐標值映射到機器人坐標系下，即得到了機器人坐標下焊縫的表面形狀。本發明使得焊接視覺檢測更為精確。

技術領域

本發明涉及一種機器人自動化焊接實時檢測中基于雙目線結構光的光條中心三維坐標提取方法，尤其是針對焊接時弧光、飛濺、反光的干擾下的線結構光中心線三維坐標提取。

背景技術

焊接是當代制造領域中一種重要的材料成型與加工技術，在建筑工程、航天航空、機械制造、電子等工業制造領域有著越來越廣泛的應用。發展焊接及其相關的產業對我國從制造大國轉變為制造強國有著極其重要的意義。在焊接中，人工焊接的缺點主要表現在焊接工人的勞動強度大，同時焊接時的煙霧對工人的健康也有較大的影響，此外人工焊接效率上低，焊縫外觀差，焊縫的質量及其一致性不穩定而焊接結構件通常存在一些缺陷，而焊接的質量對產品可靠性有著重要的影響。因此機器人焊接是改善焊接工人勞動條件重要的研究熱點，而在機器人焊接中焊后焊縫的實時檢測對實現機器人自動化焊接也尤其重要。

結構光視覺檢測因具有非接觸、動態響應快、系統柔性好等優點，被廣泛應用于產品快速設計和加工質量控制、逆向工程以及自動控制等諸多領域。而在結構光視覺檢測中結構光條中心的提取影響檢測的精度和可靠性等。在結構光光條中心的提取中，常用灰度重心法、極值法、骨架細化法、hessian矩陣法、曲線擬合法、方向模板法等方法，對圖像中的中心線條紋進行處理，進而得到光條的中心線。

在單目線結構光視覺檢測中在獲取圖像中心線后，通過經標定的線結構光數學模型計算光條中心線的三維空間坐標值，即被檢測工件表面的三維坐標。而在雙目線結構光三維檢測中，通常通過對標定后的兩個相機圖像利用極線約束與結構光條紋約束進行匹配，從而計算出工件表面的三維坐標。

然而，在實際焊接中往往存在大量的弧光、飛濺干擾，以及鋼材等材料反光的干擾。這些干擾對圖像上中心線的提取和雙目視覺匹配都有著嚴重的影響，直接影響了焊縫表面三維尺寸的實時檢測。

因此，在機器人焊接焊縫實時視覺檢測的應用需求中，急需一種能在焊接干擾下有效獲取焊縫表面三維尺寸的方法。

發明內容

為了克服已有機器人焊接中焊接干擾對影響視覺檢測、不能精確有效的獲取到焊縫表面的三維尺寸信息的不足，本發明在對基于線結構光的視覺檢測做充分研究的基礎上，提出一種精確性較高的基于雙目線結構光的光條中心三維坐標提取方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種焊接檢測中基于雙目線結構光的光條中心三維坐標獲取方法，所述方法包括如下步驟：

1)搭建雙目線結構光視覺傳感系統，并安裝在機器人末端，并在相機上安裝與線結構光波長的范圍相同的窄帶濾光片，濾除結構光波長以外的光；

2)對雙目線結構光視覺傳感系統進行標定，包括兩個相機的標定，以及光平面標定，以及手眼標定；

3)使用標定后的雙目線結構光裝置在焊接中同時獲取帶結構光條紋的圖像，此時兩幅結構光條紋圖像為同一時刻不同位置下拍攝的圖像，設置閾值將兩相機的圖像做中值濾波和二值化處理；

4)將兩幅圖像中灰度值不為零的像素點的像素坐標映射到三維空間中的一個平面上，選取光平面或者其中一個相機的成像平面；