焊接坡口边缘位置视觉传感检测方法技术

本发明专利技术公开了一种焊接坡口边缘位置视觉传感检测方法，其利用视觉传感器采集焊接区域整体图像，根据图像中电弧位置截取坡口边缘ROI窗口图像，经组合式滤波、自适应阈值及边缘提取后，在得到的坡口边缘图像上建立移动式局部模式识别小窗口，并实时检测局部模式识别小窗口内坡口边缘的直线度，最后以最直段坡口边缘的位置检测值作为焊接坡口边缘位置的检测值，实现对焊接坡口边缘位置的视觉传感检测。本发明专利技术系统构成简单，坡口形式及接头形式适用范围宽、坡口边缘位置检测精度高、环境适应性好、抗干扰能力强，可用于熔化极(或非熔化极)摇动(旋转、摆动或非摆动)电弧焊接场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接
，具体涉及一种针对焊接坡口边缘位置的视觉传感检测方法。
技术介绍
在实际焊接过程中，焊接坡口通常因加工误差、装配误差及热变形等因素而发生变化。此时，在全自动化焊接时，为确保焊接质量往往需要焊接装备具有自主焊缝跟踪功能。这些自动化焊接装备常把焊接坡口边缘、电弧或焊丝中心等信息作为焊缝传感特征，通过特殊传感器检测焊接坡口与电弧(或焊丝)的相对位置来检测焊缝偏差，最终将检测结果送入纠偏系统进行焊缝偏差纠正。要实现上述焊缝跟踪，关键在于传感方法，其按工作原理通常可分为直接电弧式、接触式和非接触式三大类。其中，直接电弧式传感方法的跟踪效果有限且算法实现难度较大；接触式传感方法对焊接坡口的加工要求较高，其传感检测探针易产生磨损变形，从而影响跟踪精度；在非接触式传感方法中，视觉传感器具有信息量大、灵敏度高、坡口适应性好、抗电磁干扰能力强等优点，近年来特别受重视。利用视觉传感器检测焊缝偏差时，以焊接坡口边缘位置信息为传感特征的检测最为常见。中国专利号为ZL201410833371.8、名称为“窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置”的专利技术专利公开了一种窄间隙焊缝偏差的红外视觉传感检测方法及装置。该专利技术采用红外摄像机以外触发方式同步采集脉冲电弧摇动(或旋转)到焊接坡口左侧壁或右侧壁的最近处、且电弧处于电流脉冲基值期的焊接区域红外图像，经过计算机图像处理后，实时提取焊丝位置和焊接坡口边缘信息，并根据焊丝与焊接坡口左右侧壁的相对位置变化，求取焊缝偏差。在提取焊接坡口左右侧壁位置时，以焊接坡口图像截取窗口内、焊接坡口边缘上k(k≥1)个不同位置检测值的中值或平均值作为坡口边缘位置的最终检测值。中国专利号为ZL201310345369.6、名称为“基于视觉传感的旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝偏差识别装置和方法”的专利技术专利，公开了一种采用CCD摄像机通过触发采样方式准确获取每个电弧旋转周期内电弧旋转到坡口左、右位置的焊接图像，并快速检测两幅图的电弧、左右坡口位置来获取焊缝偏差。该专利技术专利在焊接图像上设置了i条水平线，通过检测水平线与焊接坡口边缘的交点位置得到焊接坡口左右边缘位置信息，最终以其中值作为焊接坡口边缘位置检测值。在上述专利中，焊接坡口边缘位置的检测方法虽然可在一定条件下获得较为准确的检测值，然而当焊接坡口边缘检测点处黏附有焊接飞溅时，焊接坡口位置检测将会受到严重干扰。此外，对于窄间隙焊接场合，焊接过程中通常需要采用摆动(或摇动)电弧或旋转电弧，当电弧运动到焊接坡口一侧边缘时，该侧边缘图像受电弧弧光影响而变形，后续通过计算机处理得到的焊接坡口边缘为一不规则曲线，此时上述焊接坡口边缘位置检测方法将难以适用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在坡口边缘位置检测精度低、适用范围窄、环境适应性不强等缺点，提出一种检测精度高、抗干扰能力强的焊接坡口边缘位置视觉传感检测方法。为了达到上述目的，本专利技术提出的焊接坡口边缘位置视觉传感检测方法所采用的技术方案是：一种焊接坡口边缘位置视觉传感检测方法，基于的检测系统包括：视觉传感器、光学滤波系统、图像传输数据线及计算机图像处理系统，其中所述光学滤波系统同轴安装在视觉传感器的镜头上；所述图像传输数据线一端与视觉传感器相连，另一端与计算机图像处理系统相接；采用视觉传感器获取焊接区域整体图像，并根据该图像中电弧位置适应性地截取焊接坡口任一边缘ROI(Region of interest)窗口的图像，再在所述ROI窗口中设置移动式局部模式识别(Local pattern recognition，LPR)小窗口，并利用LPR小窗口搜寻焊接坡口任一边缘的最直段，最后将该最直段的位置信息作为对应焊接坡口边缘位置的检测值，从而实现对焊接坡口任一边缘位置的高精度视觉传感检测。具体又包括如下步骤：①利用视觉传感器采集焊接区域整体图像，计算机图像处理系统根据采集的焊接区域整体图像中电弧的位置信息，截取高度为h的ROI窗口图像，并针对该ROI窗口图像进行滤波、阈值化及边缘提取处理，获得高度为h的焊接坡口边缘窗口图像；②在焊接坡口边缘窗口图像中建立高度为h1的LPR小窗口，并沿焊接坡口边缘窗口图像的高度h方向以步长h2移动LPR小窗口，LPR小窗口每移动一个步长h2后，求取焊接坡口任一边缘上被LPR小窗口所包围部分边缘段的直线度；③当LPR小窗口在高度h方向上搜索完焊接坡口边缘窗口图像后，寻找焊接坡口任一边缘上最直段所对应的LPR小窗口位置，并计算该LPR小窗口内焊接坡口任一边缘上m(m≥1)个像素点横坐标值的中值或平均值，作为焊接坡口任一边缘在焊接坡口边缘窗口图像中的位置检测值，再经空间坐标变换后，得到焊接坡口任一边缘位置的最终检测值。进一步，上述步骤①中，所述视觉传感器为主动视觉传感器或被动视觉传感器，在提取电弧位置信息时，选用电弧轮廓的最高点位置或几何中心位置或重心位置，作为截取ROI窗口图像时的定位点，其中优选以电弧轮廓的最高点作为定位点；所述截取的ROI窗口图像的高度h≥10像素点，且优选窗口高度h＝100像素点；在对ROI窗口图像进行滤波处理时，优选采用图像锐化与高斯滤波器相结合的组合滤波方式进行滤波，且先进行图像锐化操作，后进行高斯滤波；在对ROI窗口图像进行阈值化及边缘提取时，优选大津法进行自适应阈值，优选Canny算子进行焊接坡口任一边缘提取。进一步，上述步骤②中，所述LPR小窗口的高度h1≥10像素点、移动步长h2≥1像素点，且优选高度h1＝30像素点、移动步长h2＝5像素点；所述LPR小窗口可沿焊接坡口边缘窗口图像的高度h方向从上向下或从下向上竖直移动；所述在求取焊接坡口任一边缘上被LPR小窗口所包围边缘段的直线度时，通过计算被该LPR小窗口包围边缘段上像素点横坐标变化来检测其直线度，或通过计算被该LPR小窗口包围边缘段的斜率来检测其直线度；在选用像素点横坐标的变化来求取被LPR小窗口所包围边缘段的直线度时，优选通过计算LPR小窗口内坡口边缘段上像素点横坐标值的均方差来检测其直线度。进一步，上述步骤③中，在寻找焊接坡口任一边缘上最直段所对应的LPR小窗口的位置时，则通过搜索该LPR小窗口内所包围坡口边缘段上像素点横坐标值的最小均方差来确定，或通过搜索该LPR小窗口内所包围边缘段斜率绝对值的最大值来确定。与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果是：1)利用局部模式识别方法搜寻坡口边缘的最直段，并将此最直段的位置作为坡口边缘位置检测值，其检测精度高，抗焊接飞溅、弧光辐射和焊接烟尘等干扰能力强。2)选用像素点的坐标变化来检测坡口边缘的直线度，检测方法实现容易，并具有很好的环境适应性。3)在焊接区域整体图像上根据电弧位置截取有效的坡口边缘窗口图像，能有效避免电弧弧光的干扰，提高了坡口边缘位置检测方法的工作可靠性，同时也提高了坡口边缘位置的检测效率。附图说明图1为焊接坡口边缘位置视觉传感检测系统原理图(以I型坡口为例)；图2为利用图1所示的检测系统采集的焊接区域整体图像示意图(以I型坡口为例)；图3为焊接图像预处理流程；图4为焊接坡口边缘位置检测方法原理图；图5为相对于图4的坡口边缘LPR检测方法流程图；图6为焊接图像预处理实例；图7为焊接坡口边缘位置检测实例；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接坡口边缘位置视觉传感检测方法，基于的检测系统包括：视觉传感器(8)、光学滤波系统(7)、图像传输数据线(9)及计算机图像处理系统(10)，其中所述光学滤波系统(7)同轴安装在视觉传感器(8)的镜头上；所述图像传输数据线(9)一端与视觉传感器(8)相连，另一端与计算机图像处理系统(10)相接；其特征是：所述检测方法是，利用所述视觉传感器(8)采集焊接区域整体图像(12)，并从中截取包含焊接坡口(6)任一边缘(4或5)的ROI窗口(11)的图像，再在所述ROI窗口(11)内设置移动式局部模式识别LPR小窗口(14)，最后利用LPR小窗口(14)搜寻焊接坡口(6)任一边缘(4或5)的最直段，并将该最直段的位置检测值作为焊接坡口(6)任一边缘(4或5)位置的检测值，实现对焊接坡口(6)任一边缘(4或5)位置的视觉传感检测。

【技术特征摘要】
1.一种焊接坡口边缘位置视觉传感检测方法，基于的检测系统包括：视觉传感器(8)、光学滤波系统(7)、图像传输数据线(9)及计算机图像处理系统(10)，其中所述光学滤波系统(7)同轴安装在视觉传感器(8)的镜头上；所述图像传输数据线(9)一端与视觉传感器(8)相连，另一端与计算机图像处理系统(10)相接；其特征是：所述检测方法是，利用所述视觉传感器(8)采集焊接区域整体图像(12)，并从中截取包含焊接坡口(6)任一边缘(4或5)的ROI窗口(11)的图像，再在所述ROI窗口(11)内设置移动式局部模式识别LPR小窗口(14)，最后利用LPR小窗口(14)搜寻焊接坡口(6)任一边缘(4或5)的最直段，并将该最直段的位置检测值作为焊接坡口(6)任一边缘(4或5)位置的检测值，实现对焊接坡口(6)任一边缘(4或5)位置的视觉传感检测。2.根据权利要求1所述的焊接坡口边缘位置视觉传感检测方法，其特征是具体包括以下步骤：①利用视觉传感器(8)采集焊接区域整体图像(12)，计算机图像处理系统(10)根据采集的焊接区域整体图像(12)中电弧(2)的位置信息，截取高度为h的ROI窗口(11)图像，并针对该ROI窗口(11)图像进行滤波、阈值化及边缘提取处理，获得高度为h的焊接坡口边缘窗口图像(13)；②在焊接坡口边缘窗口图像(13)中建立高度为h1的LPR小窗口(14)，并沿焊接坡口边缘窗口图像(13)的高度h方向以步长h2移动LPR小窗口(14)，LPR小窗口(14)每移动一个步长h2后，求取焊接坡口(6)任一边缘(4或5)上被LPR小窗口(14)所包围部分边缘段的直线度；③当LPR小窗口(14)在高度h方向上搜索完焊接坡口边缘窗口图像(13)后，寻找焊接坡口(6)任一边缘(4或5)上最直段所对应的LPR小窗口(14)位置，并计算该LPR小窗口(14)内焊接坡口(6)任一边缘(4或5)上m(m≥1)个像素点横坐标值的中值或平均值，作为焊接坡口(6)任一边缘(4或5)在焊接坡口边缘窗口图像(13)中的位置检测值，再经空间坐标变换后，得到焊接坡口(6)任一边缘(4或5)位置的最终检测值。3.根据权利要求2所述的焊接坡口边缘位置视觉传感检测方法，其特征是在步骤①中：所述视觉传感器(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱杰，王加友，范永强，苏娜，陈雨葭，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32