[發明專利]管道全位置焊縫的結構光三維測量模型和圖像處理方法

有效

• 申請號: 201811229000.3
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109272544B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 王中任;劉德政;肖光潤;晏濤;劉海生
• 申請（專利權）人: 湖北文理學院
• 主分類號: G06T7/521
• 分類號: G06T7/521;G06T7/73;G06T7/66;G06T5/00;G01B11/24
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 祝蓉蓉

本發明公開一種管道全位置焊縫的結構光三維測量模型和圖像處理方法，包括：S1、構建管道焊縫結構光三維測量的數學模型，將圖像坐標系中的坐標值轉換到相機坐標系下；S2、圖像預處理：實時采集焊縫圖像，并對采集的焊縫圖像進行預處理；S3、光條中心提?。豪酶倪M的高斯擬合法進行焊縫圖像的光條中心提??；S4、拐點定位：利用斜率分析法與“最近原則”結合的算法進行拐點定位，提取焊縫信息。本發明方法對于V形焊縫或者倒梯形焊縫，均可以在弧光、飛濺干擾下十分準確的提取出拐點附近的光條中心，然后由斜率分析法與“最近原則”得到焊縫邊緣拐點位置信息，從而實現在強干擾條件下快速、準確的獲取焊縫三維形貌，進而實現焊縫跟蹤。

技術領域

本發明涉及結構光三維測量領域，尤其涉及管道全位置自動焊的焊縫信息結構光三維 測量領域，具體為管道全位置焊縫的結構光三維測量模型和圖像處理方法。

背景技術

焊接機器人發展迅猛，幾乎和典型關節機器人發展同步。但是在各種大型管道鋪設、 大型球罐焊接等地方，關節機器人卻有很大的空間局限性，無法一次性進行整圈環焊，且 難以進行野外施工和水下作業，而管道機器人以其靈活性而得以在這些場合獲得廣泛的應 用。

實現快速、有效的焊縫跟蹤是提高管道機器人焊接質量的關鍵，常見的焊縫跟蹤方法 有多種，如機械式、電磁式、電弧傳感式、視覺傳感式等。其中，基于結構光法的視覺傳感式由于其速度快、精度高、獲取的信息豐富而備受青睞。由于焊接機器人在管道上的行走過程中，其上安裝的視覺傳感器相對焊縫的位姿也不可避免的會發生變化，因此，要進行準確的焊縫跟蹤，需要通過視覺傳感器實現對焊縫形貌的三維測量。

采用視覺傳感器進行焊縫跟蹤易受到焊接時弧光、飛濺、煙塵以及工件上鐵銹、劃痕、 標記和氧化皮等因素的影響，尤其V形或者倒梯形焊縫對結構光還具有多次反射的干擾作 用，而且焊接時還同時需要控制焊機的焊接參數并同步送絲、送氣等，因此，如何實現在 強干擾條件下快速、準確的獲取焊縫三維形貌是實現實時焊縫跟蹤的關鍵所在。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種管道全位置焊縫的結構光三維測 量模型和圖像處理方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

管道全位置焊縫的結構光三維測量模型和圖像處理方法，包括以下步驟：

S1、構建管道焊縫結構光三維測量的數學模型，將圖像坐標系中的坐標值轉換到相機 坐標系下；

S2、圖像預處理：焊接過程中實時采集焊縫圖像，并對采集的焊縫圖像進行預處理；

S3、光條中心提?。豪酶倪M的高斯擬合法進行焊縫圖像的光條中心提取；

S4、拐點定位：利用斜率分析法與“最近原則”結合的算法進行拐點定位，提取焊縫信息。

優選地，S1進一步包括：構建管道焊縫結構光三維測量的數學模型，將相機坐標系O_CX_CY_CZ_C作為測量坐標系，O_CX_C軸垂直于機器人行走方向，O_CY_C軸平行于機器人行走 方向，O_CZ_C為相機鏡頭光軸，通過空間上一點在相機坐標系下的坐標和這一點的理想計 算機圖像坐標之間的關系、這一點的理想計算機圖像坐標和這一點的實際圖像坐標之間的 關系，以及光平面在相機坐標系下的方程，得到圖像上任意一點坐標在相機坐標系下的坐 標。

優選地，采集焊縫圖像的步驟進一步包括：利用焊接機器人采集焊縫圖像，所述焊接 機器人設置有激光器、工業相機、焊槍，所述焊槍對準焊縫，所述激光器發射激光照射到焊縫上，所述工業相機采集照射點的焊縫圖像。