[發明專利]一種用于焊縫跟蹤的激光視覺傳感系統及方法

有效

• 申請號: 202111571892.7
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114309889B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 錢炳鋒;高世杰
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

本發明提供了一種用于焊縫跟蹤的激光視覺傳感系統及方法，所述系統包括工件、復合濾光片、CCD攝像機、側邊激光標線器以及后方激光標線器，所述側邊激光標線器和后方激光標線器放置于CCD攝像機的兩邊傾斜照射，所述側邊激光標線器和后方激光標線器發射的激光條紋投影在工件上，通過復合濾光片采集到CCD攝像機上，經過圖像處理后獲得焊縫信息和偏移量，并判斷出焊縫的空間位置。本發明的用于焊縫跟蹤的激光視覺傳感系統及方法用于自動焊接時焊縫空間位置識別和焊縫跟蹤，可提升焊接質量。

技術領域

本發明涉及焊縫跟蹤技術領域，具體地，涉及一種用于焊縫跟蹤的激光視覺傳感系統及方法。

背景技術

目前國內的人防工程對接焊縫焊接多數還是采用手工焊接方法，存在工人工作條件惡劣，工作強度大的問題，同時焊縫成型、焊接效率以及焊接質量等都有待提高。焊接自動化技術以其優良的工作效率被廣泛地應用到工業生產中，是焊接技術發展的必然趨勢，是實現更安全、高效、智能生產的重要手段。

目前在自動焊接上采用的傳感器主要是電弧傳感器、機械傳感器及視覺傳感器等。電弧傳感器是從焊接電弧自身直接提取焊縫位置偏差信號，不需要在焊槍上附加任何裝置，因此其實時性好，可達性及焊槍運動的靈活性都非常好，尤其符合焊接過程低成本自動化的要求。它是利用電弧自身電參數的動靜態變化作為特征信號，通過一定的控制策略實現高低及水平兩個方向的跟蹤控制。然而，電弧傳感器只適用于V型、單V型、U型和角焊縫，能夠獲得的信息量較少，具有局限性，不適用于薄板對接焊接。

典型的機械接觸式傳感器是依導輪或者導桿在焊炬前方檢測焊縫位置，通過焊縫形狀對導桿或者導輪的強制力來導向，將焊縫偏差信息反映到檢測器內，從而實現焊縫跟蹤。機械接觸式傳感器結構簡單，操作方便，價格便宜且不受電弧煙及飛濺等干擾。但是，由于機械式傳感器信息量少，在自動焊接中，主要是與其它傳感器配合來完成焊縫跟蹤任務，一般不獨立使用。

基于激光視覺的焊縫跟蹤技術在焊接制造業中擁有很好的發展前景。激光視覺傳感器采用非接觸的傳感方式，可以獲取高質量的焊縫圖像，有效提高焊縫跟蹤的靈敏度和檢測精度。激光光源具有亮度高、單色性好的優點，可以有效地削弱弧光對圖像質量的影響，很好地保護焊縫特征信息，降低后續圖像處理的難度。然而，單激光標線器照射工件，只能判別焊縫的中心特征點，得到的焊縫信息有限，且在遇到人防工程中的十字對接焊縫時，投影的激光條紋折線沒有規律，無法提取焊縫中心點，失去焊縫跟蹤功能。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的在于提供一種可提升焊接質量的用于自動焊接時焊縫空間位置識別和焊縫跟蹤的激光視覺傳感系統及方法。

為解決上述問題，本發明的技術方案為：

一種用于焊縫跟蹤的激光視覺傳感系統，所述系統包括工件、復合濾光片、CCD攝像機、側邊激光標線器以及后方激光標線器，所述側邊激光標線器和后方激光標線器放置于CCD攝像機的兩邊傾斜照射，所述側邊激光標線器和后方激光標線器發射的激光條紋投影在工件上，通過復合濾光片采集到CCD攝像機上，經過圖像處理后獲得焊縫信息和偏移量，并判斷出焊縫的空間位置。

可選地，以焊接方向為參考，所述側邊激光標線器和后方激光標線器皆與豎直方向的夾角為20°，所述側邊激光標線器和后方激光標線器產生兩道激光條紋，其中一道激光條紋用于判別焊縫信息和焊縫中心點，另外一道激光條紋用于判別焊縫的空間位置。

進一步地，本發明還提供一種用于焊縫跟蹤的激光視覺傳感方法，所述方法包括以下步驟：

對攝像機采集到的投影在工件上的初始圖像采用ROI，提取目標區域圖像；

對目標區域圖像進行中值濾波，改善尖峰性干擾效果，保持邊緣的陡峭，去除干擾；

對中值濾波后的圖像進行灰度化處理和二值化處理，提高圖像處理效率；

采用開操作處理所述二值化后的焊縫圖像；以及