[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

本發明公開了一種基于紅色線激光的焊縫軌跡提取方法，包含以下步驟：S1.根據搭建好的線激光相機平臺，移動相機平臺至工件拍攝區，開啟線激光，拍攝圖片；S2.讀取拍攝圖片，進行通道分離獲取R通道圖像，接著進行中值濾波和高斯濾波獲取灰度直方圖，根據灰度直方圖獲取閾值，然后進行歸一化閾值處理找到圖像中線激光軌跡；S3.對圖像進行細化操作，擬合過線激光軌跡兩個端點的直線，再根據點到直線公式獲取線激光軌跡的折點，對折點一定范圍內前景像素點進行加權平均求出焊接點；S4.在起始圖像或者輸入圖像中根據焊接點畫出直線軌跡；S5.利用手眼標定得到的變換矩陣對焊接點進行變換，將圖像中的焊接點變換到機器人坐標系下，機器人完成焊接。

技術領域

本發明屬于焊接的工業應用領域，尤其涉及一種基于紅色線激光的焊縫軌跡提取方法。

背景技術

近年來，隨著我國的工業化進程不斷加快，市場競爭日益激烈，對產品的制造技升級已成為各企業提升產品競爭力的重要手段。焊接作為一種成熟的材料成型工藝，在航空航天、軌道車輛、船舶制造以及機電設備等各制造行業內的應用非常廣泛，每年采用焊接作為材料連接手段而生產的工業產品數量巨大。隨著需求量的增加，焊接任務量越來越多，現在的工廠車間的生產流水線上采用了很多的焊接機器人代替人工焊接，本文提出了一種基于紅色線激光的焊縫軌跡提取方法，通過相機和線激光結合，再通過圖像處理算法獲取焊接點坐標，經過處理轉換為機器人坐標系下的坐標，然后控制機器人完成焊接任務。

發明內容

發明目的：為解決現在焊接過程存在的技術問題，本發明提出了一種基于紅色線激光的焊縫軌跡提取方法，本發明可以焊縫識別速度和精度，在精準識別焊縫的時候提高了運算速度，提高了車間中焊接機器人的焊接速度和精度，降低了產品的不合格率，減少了資源浪費，本發明適用于對接焊縫和角焊縫，對直線焊縫的提取效果更加明顯。

技術方案：為了實現上述的目的，本發明提出了一種基于紅色激光的焊縫軌跡提取方法，包括以下步驟：

(a)利用搭建線激光相機平臺進行拍照；線激光和相機之間以30度夾角固定，然后兩者一起固定到機器人末端執行器上，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整的工件區域，然后開啟線激光，微調相機平臺；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，對焊縫圖片進行通道分離，保留分離后的R通道圖像。由于我們的線激光是紅色的，所以保留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。中值濾波窗口選的過大則會丟失圖像細節信息，這個對于我們焊縫提取是很致命的，但是窗口過小，濾波效果不好，達不到滿意的效果。所以在進行中值濾波之前，加上高斯濾波，濾除圖像中的高斯噪聲之后再加入中值濾波，可以很好的濾除圖像中的噪聲。高斯濾波我們需要確定我們的高斯卷積核、一維水平方向高斯卷積核的標準差、一維垂直方向高斯卷積核的標準差這三個參數，高斯卷積核的公式如下：

式中，G(x,y)函數的σ為水平方向和垂直方向的標準差，這里使水平方向與垂直方向標準差相等，所以式中為σ²，通過實驗發現高斯濾波器模板選擇3*3濾波效果好。

(c)得到濾波之后的圖像然后顯示其灰度直方圖，觀察灰度直方圖然后找出激光軌跡的閾值，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灰度值是1，背景灰度值是0，增強圖像前后景對比，突出激光軌跡的特征。

(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的改進細化算法進一步提取線激光軌跡，利用點間距離公式對線激光軌跡上的點進行遍歷，因為線激光打到工件上的折角較大，實際工作中可以設置折角的閾值，折角大于閾值時，則可以依照兩端點距離最大特性求出線激光軌跡的兩個端點，然后進行直線擬合。