[發明專利]一種基于紅色線激光的焊縫軌跡提取方法

有效

• 申請號: 202011256130.3
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112381783B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 孫煒;劉權利
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/136;G06T7/246;G06T7/62;G06T7/70;G06T7/90;G06T5/20;G06T5/00;G06N3/04;B23K37/02;B23K37/00;G06V10/82
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 常曉慧

1.一種基于紅色激光的焊縫軌跡提取方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(a)利用搭建線激光相機平臺進行拍照，移動相機平臺至工件拍攝區，此時相機成像區域應該包含完成的工件區域，然后開啟線激光，調整相機平臺，當線激光打到焊縫的起始點時固定位置，然后控制相機拍照，獲取工件焊縫起始點圖片；起始點拍攝完成之后，移動相機平臺至焊縫終點位置，然后控制相機拍照，獲取工件焊縫終點圖片；

(b)獲取到焊縫圖片之后，對RGB圖像進行通道分離，保留R通道，以便后續提取焊縫，對分離后的圖像進行高斯濾波和中值濾波以濾除圖像中的噪聲；

(c)得到濾波之后的圖像然后顯示其灰度直方圖獲取閾值化處理的合理閾值，根據得到的閾值進行歸一化閾值處理，即進行閾值處理之后的圖像中前景的值是1，背景的值是0，增強圖像前后景對比，突出激光線的特征；

(d)經過前面三步操作之后得到了只包含線激光軌跡的二值圖像，對二值圖像進行圖像細化操作，使用基于ZhangSuen的改進細化算法提取線激光軌跡的中心線，接著獲取含有單像素中心線軌跡的兩個端點進行直線擬合；

(e)根據得到的直線再對圖像中所有像素值為1的點進行點到直線距離計算，取距離最大的點，作為折點，然后對折點一定范圍內的前景像素點的坐標進行加權平均獲取焊接點的位置坐標，將焊接點的坐標進行保存；

(f)按照上述方法對起始圖像和終點圖像進行焊接點提取，根據起始點和終點的坐標構建直線，即焊縫軌跡線，在起始圖像中或者終點圖像中畫出焊縫軌跡線；

步驟(d)中，ZhangSuen的改進細化算法提取線激光軌跡的中心線的步驟如下：

第一步：遍歷前景像素點，滿足以下4個條件的點標記為刪除點并且刪除；

2≤N(P1)≤6

S(P1)＝1或B(P1)∈{386，416，296，266，432，360，300，425，433，364}

Value_P2*Value_P4*Value_P6＝0

Value_P4*Value_P6*Value_P8＝0

式中，N(P1)表示和P1相鄰的8個元素中為前景像素點的個數，記P1正上方相鄰的點順時針旋轉的點依次為P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9，即相鄰的8個元素；S(P1)表示從P1正上方相鄰的點到P2到P9再到P2順時針旋轉過程中對應點的圖像灰度值從0到1出現的次數，其中，0表示圖像背景灰度值，1表示圖像前景灰度值；Value_P2表示在P2位置的圖像灰度值，Value_P4表示在P4位置的圖像灰度值，Value_P6表示在P6位置的圖像灰度值，Value_P8表示在P8位置的圖像灰度值；B(P1)是P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9的像素值組成的二進制序列轉換為十進制的值，即：

第二步：遍歷前景像素點，對滿足以下4個條件的點標記為刪除點并刪除；

2≤N(P1)≤6

S(P1)＝1或B(P1)∈{386，416，296，266，432，360，300，425，433，364}

Value_P2*Value_P4*Value_P8＝0

Value_P2*Value_P6*Value_P8＝0

通過以上兩步進行迭代循環，直至將所有滿足上述兩步條件的點刪除，此時細化圖像為單像素圖像，線激光軌跡為單像素軌跡。

2.根據權利要求1所述的一種基于紅色激光的焊縫軌跡提取方法，其特征在于，步驟(f)后還包括以下步驟：將起始和終點焊接點數據發送給機器人控制機器人移動進行焊接。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于紅色激光的焊縫軌跡提取方法，其特征在于，步驟(e)的具體方法如下：根據(d)中擬合的直線再對圖像中所有像素值為1的點進行點到直線距離計算，取距離最大的點，此點即為折點，并且以折點為圓心，半徑為R畫圓將圓內像素值為1的點坐標進行儲存，對圓內像素值為1的點的坐標進行求和后取平均值計算出最終焊接點的坐標。

4.根據權利要求1或2所述的一種基于紅色激光的焊縫軌跡提取方法，其特征在于，將起始和終點焊接點數據發送給機器人控制機器人移動進行焊接，包括從像素坐標系轉換到機器人坐標系操作，具體如下：

第一步：像素坐標系轉換到世界坐標系，轉換公式如下：

式中，為世界坐標系下的坐標點，R為相機坐標系相對于世界坐標系的旋轉矩陣，M為相機的內參矩陣，s為世界坐標點在相機坐標系Z方向的值，為像素坐標系下的坐標點，T為相機坐標系相對于世界坐標系的平移矩陣；

第二步：世界坐標系轉換到機器人坐標系，轉換公式如下：

式中，P_robot表示為機器人坐標系下的坐標點，表示為機器人末端執行器坐標系到機器人基座標系的變換矩陣，表示為相機坐標系到機器人末端執行器坐標系的變換矩陣，該變換矩陣是通過機器人的手眼標定得到的，表示為世界坐標系到相機坐標系的變換矩陣，P_world表示為世界坐標系下的坐標點。