[發明專利]基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統及方法

在審

• 申請號: 201811490656.0
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109604777A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 李明金;吳晶華;黃銀花;劉業亮
• 申請（專利權）人: 淮安信息職業技術學院
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127
• 代理公司: 北京智沃律師事務所 11620
• 代理人: 杜欣

1.一種基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統，其特征在于：包括視覺跟蹤模塊、機器人模塊、焊槍模塊、通訊模塊；視覺跟蹤模塊包括CCD相機、結構光激光器、圖像采集卡和處理激光焊縫圖像的控制器，結構光激光器發射的激光照射到被測物體，并由CCD相機用于采集被測物體的圖像，所述圖像通過圖像采集卡傳送到控制器，控制器控制焊槍模塊的焊接動作；視覺跟蹤模塊中的CCD相機和結構光激光器通過三維運動測量系統安裝在機器人模塊上，控制器通過通訊模塊向機器人模塊、焊槍模塊進行數據傳輸。

2.根據權利要求1所述的基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統，其特征在于：所述結構光激光器采用一字線激光器，位于焊槍模塊前方，向焊槍模塊下方的被測物體傾斜發射激光，傾斜角度為30度，CCD相機位于被測物體正上方采集圖像，正對結構光激光器照射的部位。

3.根據權利要求1所述的基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統，其特征在于：三維運動測量系統包括支架和設置其上面的X軸運動器、Y軸運動器，Y軸運動器帶動CCD相機和結構光激光器前后移動，X軸運動器根據圖像的實時偏差值左右調節焊縫的跟蹤位置，X軸運動器的兩端位于Y軸運動器上，X軸運動器上設置有焊縫跟蹤器封裝盒，用于放置CCD相機和結構光激光器；支架固定在機器人模塊上。

4.根據權利要求3所述的基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統，其特征在于：焊縫跟蹤器封裝盒設置有防護裝置，防護裝置包括濾光片、擋光板、冷卻裝置。

5.根據權利要求1所述的基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統的焊縫視覺跟蹤方法，包括下列步驟：

(1)在焊槍未焊接的情況下，控制器對CCD相機拍攝的激光焊縫圖像進行預先處理，包括焊縫位置提取處理、焊縫圖像平滑處理，并定好坐標點；

(2)進行焊縫圖像增強處理，包括對采集的彩色焊縫圖像進行灰度直方圖處理，再進行直方圖均衡化處理，用于修正圖像，通過拉伸像素強度分布范圍增強圖像的對比度；

(3)對焊縫圖像分割處理，采用基于灰度閾值的分割處理方法；

(4)焊縫圖像后處理，包括利用開運算進行圖像的處理，把圖像中不平滑的部分消除掉，讓圖像中離的較近的像素連接起來，形成較為平滑的圖像；以及圖像的骨架提取，將圖像中有用的信息提取出來；

(5)再對圖像進行直線擬合與特征點坐標的提取，找到拍攝的激光圖像的焊縫中心坐標，然后將該坐標與之前步驟(1)示教好的坐標點進行比較，算出偏差信息，實現機器人模塊對焊槍的糾偏。

6.根據權利要求5所述的基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統，其特征在于：步驟(1)中，焊縫位置提取處理是在原始圖像中提取200×150像素的圖像進行處理。

7.根據權利要求5所述的基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統的焊縫視覺跟蹤方法，其特征在于：步驟(5)中，特征點坐標提取時，是建立激光坐標系與機器人模塊本體坐標系中的相對位置計算矩陣，實現焊縫定位模型。

8.根據權利要求5所述的基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統的焊縫視覺跟蹤方法，其特征在于：步驟(1)中，所述CCD相機和結構光激光器通過基于線結構光三角測量原理及基于“距離－深度關系”3D原理實現焊縫的計算，通過對角接焊縫、斜坡焊縫、搭接焊縫的特征聚類建模，獲得曲面、曲線的拓撲構造特征值，繼而識別、重構正確的焊縫3D模型，并采用小波去噪聲的處理，利用小波變換對正常信號中反常信息的靈敏捕捉能力，將視頻圖像中的信息不利因素去除。

9.根據權利要求5所述的基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統的焊縫視覺跟蹤方法，其特征在于：在焊接過程中，所述系統能夠設定懸停控制，對系統設定固定焊接距離或者焊接時間，在焊接時中止焊接工作，然后調整視覺跟蹤模塊和焊槍模塊，并重新開始焊接。

10.根據權利要求5所述的基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統的焊縫視覺跟蹤方法，其特征在于：在焊接前，所述系統能夠設定預測控制，對系統設定固定焊接距離或者焊接時間，模擬焊接工作，然后回到初始位置，調整視覺跟蹤模塊和焊槍模塊，開始焊接，并在焊接過程中與模擬焊接的數值進行比對，進行微調。