一种稳定的精密视觉焊缝跟踪方法技术

本发明专利技术提供一种稳定的精密视觉焊缝跟踪方法，包括以下步骤：(1)确定双靶面成像参数；(2)激光器发射结构光投射在待焊装配缝周围；(3)待待焊装配缝处反射的光在两个相机中成像，同一时刻获得两幅图像，处理器对被待焊装配缝调制后的结构光图像处理，并通过控制器，控制移动平台粗调；(4)处理器依据图像融合获得的成像特征参数，依据激光器、双靶面成像装置、待焊装配缝之间的相对位姿参数，实时获得焊枪的空间位姿偏离参数，并通过控制器精调焊枪的相对空间位姿。本发明专利技术的有益效果在于，采用对移动平台粗调与对焊枪精调的同时，引入激光器发射结构光于待焊装配缝处，抵抗了弧光闪烁的影响，使跟踪方法更加稳定和精密。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接领域，尤其涉及一种稳定的精密视觉焊缝跟踪方法。
技术介绍
高速MAG焊在船舶、轨道交通、海工装备、核电等大型装备制造中有着广泛的应用，高速MAG焊精密焊缝跟踪是实现该类大型装备实现智能焊接的一项关键技术。视觉焊缝跟技术具有获取信息全面、无接触、进度高、相应快等等优点，在激光焊、TIG焊、MAG焊的焊缝跟踪中有一定的工业应用。为减少焊接过程中弧光对成像的干扰，目前主要采用基于结构光辅助式模式：在熔池前区一定距离的待焊焊缝上投射线结构光，相机获取被待焊焊缝坡口调制后的结构光图像，经过图像处理获取感兴趣特征参数，结合相机成像参数得到焊缝轨迹。然而，焊接过程中存在热变形、磁力偏吹、焊丝弯曲等因素，这种超前焊缝跟踪方式使得焊接过程中发生焊偏。为消除这些因素带来的超前误差，部分研究工作者采用优化成像的方式减少结构光与熔池之间的距离，但弧光干扰严重，后期图像处理复杂，稳定性差；另一部分研究者采用高动态相机直接对熔池及其前区焊缝成像，但在高速MAG焊中能获取的焊缝较短，难以及时计算出偏离量引导焊枪运动。因此，结合高速MAG研究出一套精密的复合式视觉焊缝跟踪方法具有重要的应用价值。鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案在于，提供一种稳定的精密视觉焊缝跟踪方法，包括以下步骤：(1)确定双靶面成像参数：建立激光器、弧光和自然光在复合光照条件下的复合光照模型并采用试验测试修正，结合成像过程中两个相机的响应函数，采用数值模拟的方式，结合获得熔池及其前区待焊装配缝在弧光亮、暗时沿着待焊装配缝方向的光强动态比分布，并结合相机自身的光强动态比参数和感兴趣参数确定双靶面成像装置中两个相机视场中心的相对距离和视场的大小参数；(2)所述激光器发射结构光投射在熔池前区相连的待焊装配缝周围；(3)待焊装配缝处反射的光在两个成像参数不同的相机中成像，同一时刻获得两幅图像，处理器对采集到的被待焊装配缝调制后的结构光图像进行处理，并将处理信息传输给控制器，在线粗略的规划移动平台的运动轨迹；(4)所述处理器对所述双靶面成像装置采集到的熔池图像、被待焊装配缝调制后的结构光图像进行融合，并获得成像特征参数，同时所述处理器依据所述激光器、双靶面成像装置、待焊装配缝之间的相对位姿，换算出熔池的中心相对所述待焊装配缝的偏离量，实时获得焊枪的空间位姿偏离参数，传输给所述控制器，精细调整所述焊枪的相对空间位姿，保证所述焊枪以适当的姿态沿着待焊装配缝施焊。进一步，所述步骤(1)中，两个所述相机成90°设置且半反光透镜设置于两个所述相机的角平分线上。进一步，所述步骤(1)中，在两个所述相机的透光方向上分别设置参数不同的滤光结构，用于滤去部分波段的弧光干扰。进一步，所述步骤(1)中，在两个所述相机的透光方向上还分别设置参数不同的减光结构，用于减少光亮的进入。进一步，所述步骤(2)中，激光器采用四条线结构光投射在熔池前区相连的待焊装配缝周围，且相邻线结构光两两垂直，形成矩形。进一步，在所述步骤(1)中，根据不同的焊接工艺，调整所述相机在安装底板上滑槽或滑道内的任意一位置。与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术的视觉焊缝跟踪方法，采用对所述移动平台粗调整与对所述焊枪精细调整的同时，结合在精密调整焊枪的过程中，引入所述激光器发射结构光于熔池前区相连的待焊装配缝处，使得采集图像在弧光影响下图像中的感兴趣特征较为稳定，在一定程度上抵抗了弧光闪烁对成像质量的影响，使焊缝跟踪方法在焊接过程中更加稳定、更加精密；2、在两个所述相机的透光方向上设有滤光结构，用于滤去部分波段的弧光干扰，使成像效果更好；3、在所述安装底板上设有滑槽或滑道，双靶面成像装置中的相机安装盒能够在所述滑槽或滑道的任意一位置移动，在实际应用中，根据不同的焊接工艺来调整两个所述相机的位置，获得合理的成像区域。附图说明图1为本专利技术一种稳定的精密视觉焊缝跟踪系统的结构示意图；图2为本专利技术双靶面成像装置的结构示意图；图3为本专利技术双靶面成像装置采集的成像结果；图4为本专利技术图像融合的工作原理图；图5为本专利技术固定双靶面成像装置的安装底板的结构示意图；图6为本专利技术实施例六中双靶面成像参数的确定原理图。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。实施例一请参阅图1，其为本专利技术一种稳定的精密视觉焊缝跟踪系统的结构示意图。如图1，一种稳定的精密视觉焊缝跟踪系统，包括焊枪1、控制器2、激光器3、双靶面成像装置4和处理器5，所述焊枪1、控制器2、激光器3、双靶面成像装置4和处理器5安装于移动平台6上，其中，所述控制器2和处理器5不限于安装在移动平台6上，只需保证控制器2和处理器5与其它各部件之间连接即可。所述激光器3，用于采用结构光31投射在熔池7前区相连的待焊装配缝8的周围；所述双靶面成像装置4，包括第一相机41和第二相机42,所述双靶面成像装置4用于在同一时刻，利用其内的两个相机在不同成像参数下采集焊区高动态范围的图像信号；所述处理器5，分别与所述控制器2和双靶面成像装置4相连，一方面，所述处理器5对所述双靶面成像装置4采集到的被待焊装配缝调制后的结构光图像进行处理，并将处理信息传输给所述控制器2，在线粗略的规划移动平台的运动轨迹，另一方面，所述处理器5对所述双靶面成像装置4采集到熔池图像、被待焊装配缝调制后的结构光图像进行融合，同时所述处理器5依据所述激光器3、双靶面成像装置4、待焊装配缝8之间的相对位姿参数，换算出熔池7的中心相对所述待焊装配缝8的偏离量，实时获得所述焊枪1的空间位姿偏离参数，传输给所述控制器2，精细调整所述焊枪1的相对空间位姿。上述所述激光器3可以采用多条线结构光31投射在熔池7前区相连的待焊装配缝8的周围，形成四边形、五边形以及其他的多边形，如图1所示，本实施例中，优选所述激光器3采用四条线结构光31投射在熔池前区相连的待焊装配缝8的周围，且相邻线结构光31两两垂直，形成矩形，这样设置，有利于加快所述处理器5对所述线结构光特征的提取速率。本专利技术的视觉焊缝跟踪系统，采用对所述移动平台6粗调整与对所述焊枪1精细调整的同时，结合在精密调整焊枪的过程中，引入所述激光器3发射结构光31于熔池前区相连的待焊装配缝8处，使得采集图像在弧光影响下图像中的感兴趣特征较为稳定，在一定程度上抵抗了弧光闪烁对成像质量的影响，使焊缝跟踪系统在焊接过程中更加稳定、更加精密。请参阅图2，其为本专利技术双靶面成像装置的结构示意图。如图2所示，一种双靶面成像装置4，包括第一相机41、第二相机42、半反光透镜43以及相机安装盒44，相机安装盒44固定于安装底板45上，所述第一相机41和所述第二相机42分别固定在各自对应的所述相机安装盒44内，所述第一相机41和第二相机42成90°设置且所述半反光透镜43设置于所述第一相机41和第二相机42的角平分线上。在所述第一相机41和所述第二相机42的成像参数确定后，在同一时刻，利用所述第一相机41和所述第二相机42对所述熔池7和熔池7前区相连的待焊装配缝8进行成像，如图2所示，待监测目标反射的光到达半反半透镜43，一部分光线411直接透过所述半反光透镜43，在所述第一相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定的精密视觉焊缝跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定双靶面成像参数：建立激光器、弧光和自然光在复合光照条件下的复合光照模型并采用试验测试修正，结合成像过程中两个相机的响应函数，采用数值模拟的方式，结合获得熔池及其前区待焊装配缝在弧光亮、暗时沿着待焊装配缝方向的光强动态比分布，并结合相机自身的光强动态比参数和感兴趣参数确定双靶面成像装置中两个相机视场中心的相对距离和视场的大小参数；(2)所述激光器发射结构光投射在熔池前区相连的待焊装配缝周围；(3)待焊装配缝处反射的光在两个成像参数不同的相机中成像，同一时刻获得两幅图像，处理器对采集到的被待焊装配缝调制后的结构光图像进行处理，并将处理信息传输给控制器，在线粗略的规划移动平台的运动轨迹；(4)所述处理器对所述双靶面成像装置采集到的熔池图像、被待焊装配缝调制后的结构光图像进行融合，并获得成像特征参数，同时所述处理器依据所述激光器、双靶面成像装置、待焊装配缝之间的相对位姿，换算出熔池的中心相对所述待焊装配缝的偏离量，实时获得焊枪的空间位姿偏离参数，传输给所述控制器，精细调整所述焊枪的相对空间位姿，保证所述焊枪以适当的姿态沿着待焊装配缝施焊。...

【技术特征摘要】
1.一种稳定的精密视觉焊缝跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定双靶面成像参数：建立激光器、弧光和自然光在复合光照条件下的复合光照模型并采用试验测试修正，结合成像过程中两个相机的响应函数，采用数值模拟的方式，结合获得熔池及其前区待焊装配缝在弧光亮、暗时沿着待焊装配缝方向的光强动态比分布，并结合相机自身的光强动态比参数和感兴趣参数确定双靶面成像装置中两个相机视场中心的相对距离和视场的大小参数；(2)所述激光器发射结构光投射在熔池前区相连的待焊装配缝周围；(3)待焊装配缝处反射的光在两个成像参数不同的相机中成像，同一时刻获得两幅图像，处理器对采集到的被待焊装配缝调制后的结构光图像进行处理，并将处理信息传输给控制器，在线粗略的规划移动平台的运动轨迹；(4)所述处理器对所述双靶面成像装置采集到的熔池图像、被待焊装配缝调制后的结构光图像进行融合，并获得成像特征参数，同时所述处理器依据所述激光器、双靶面成像装置、待焊装配缝之间的相对位姿，换算出熔池的中心相对所述待焊装配缝的偏离量，实时获得焊枪的空间位姿...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋晓明，毕齐林，刘晓光，赫亮，李亚男，朱玉龙，
申请(专利权)人：广东省智能制造研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44