[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

本發明提供一種基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統，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，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；所述機器人模塊內設置有坐標標識裝置，用于確定作為參考的標識點。系統所用方法通過一系列圖像處理控制焊槍的使用。本發明能夠實現焊接機器人在焊接過程中實時自動糾偏，提高焊縫質量，擴大焊接機器人的應用范圍，焊縫視覺傳感跟蹤技術的應用能夠提高焊接件的質量和精度，縮短產品生產周期，提高產品的生產效率。

技術領域

本發明涉及一種視覺傳感裝置，尤其是涉及一種基于激光結構光的焊縫視覺跟蹤系統及方法。

背景技術

目前國內外本項目領域科技創新發展概況和最新發展趨勢：

經過許多研究學者的不斷研究和實踐，視覺傳感技術得到了快速的發展。激光視覺焊縫跟蹤系統的搭建包括視覺焊縫跟蹤傳感器的設計、采集的焊縫圖像的處理、計算機和機器人之間的通訊和控制系統的設計。關于這幾個方面的研究，國內外許多研究機構和學者做出了大量的工作。

(1)國內研究狀況

2005年，中國科學院李原等學者經過多年的研究，設計了一種基于激光結構光的視覺傳感器。并開發出了激光焊縫圖像處理模塊庫，這種圖像處理庫可以對不同類型的焊縫的圖像(如U形、V形、對接、搭接焊縫等)進行處理，因此，這種傳感器在焊縫跟蹤中有著一定的普遍適用性。該視覺跟蹤系統在圖像處理過程中的循環周期為125ms，圖像處理效率有待提高。

2007年，東南大學金振揚等人設計了一套基于結構光的焊縫跟蹤系統。重點是將系統進行了標定，取得了較高的跟蹤精度。同時，采用焊縫特征類型庫提高了圖像處理的速度，并引入可變窗口提高了焊縫圖像處理的穩定性，解決了焊接時各種雜光、煙塵等對圖像特征提取的干擾。

2008年，中國科學院自動化研究所的鄒媛媛等學者對激光焊縫跟蹤中的結構光視覺傳感器(包括傳感器的硬件、鏡頭等)進行了一系列的誤差分析。然后，對不同結構的視覺傳感器建立了不一樣的數學模型，詳細分析各參數對傳感器的影響，并提出了對視覺傳感器的優化，且提供了優化的參數。最后，通過實驗驗證了優化方法的可行性。

2011年，湘潭大學劉習文等學者根據激光在坡口圖像中的特點，首先對激光焊縫圖像進行了Radon變換，計算出激光條紋所在的位置。然后再對變換后的激光焊縫圖像進行了去噪處理，將激光光束中有用的信息保留了下來。最后，再利用Radon逆變換復原圖像，達到很好的去噪效果。接下來，對激光圖像進行了分割處理，找出了焊縫的中心點。最后，進行了實驗。這種方法具有較強的抗干擾性，處理周期短，實驗效果較好。

2013年，廣西自動焊接技術中心李寧等學者設計了一套激光視覺傳感焊縫跟蹤系統，描述了焊縫圖像處理方法。對不同的焊縫形狀，采取了不同的特征提取方法。并利用模糊控制方法來控制和調整焊槍。最后，對系統進行了實驗，焊接精度和運行穩定性能夠滿足要求,有著較高的使用價值。

(2)國外研究現狀

國外的焊縫跟蹤系統的研究起步較早，尤其是自動化程度很高的加拿大、英國、美國和日本，對激光結構光焊縫跟蹤系統的工業用品已經商業化，廣泛應用于全球范圍內。

加拿大Servo-Robot公司是世界公認的在焊接自動化智能傳感及控制領域的領先者，在該領域的研究已經長達30年。該公司主要開發及生產3D激光傳感系統和智能控制模塊，尤其是賽融公司的Power-Trac(智能焊縫實時跟蹤系列)和Robot-Find(離線尋位系列)兩種智能焊縫跟蹤器。可以實現對焊縫的自動識別，并對焊槍的運動軌跡實時控制，結構緊湊，高集成、非常緊湊的控制單元，廣泛應用于航空航天，火車制造，船舶制造等。