一种焊接起弧前自动对缝系统技术方案

一种焊接起弧前自动对缝系统，包括待焊工件和由电机驱动器控制的直线电动滑台，直线电动滑台上安装有焊枪，焊枪垂直于待焊工件的焊缝，焊枪的前方设置有相机，相机的前端设置有镜头，相机连接有图像处理器，通过调整相机的角度和位置，使相机采集到包含有焊枪和待焊工件的焊缝的图像，电机驱动器按照对缝策略控制直线电动滑台带动焊枪在待焊工件上移动并寻找焊缝位置。本发明专利技术的对缝方法利用图像处理技术自动检测焊枪和焊缝偏差，实现自动对缝功能，减少现场寻找焊缝的时间，为焊接件的自动焊接生产提供了有力支持，从而更好地保证了焊接件的产品质量，提高了焊接的稳定性和准确性，减少了工人的工作强度和人工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种焊接起弧前自动对缝系统
本专利技术涉及焊接
，尤其是一种焊接起弧前自动对缝系统。
技术介绍
随着我国工业现代化步伐的加快，焊接技术与焊接水平得到了高速发展和迅猛提高，焊接技术已深入到工业生产的各行各业和各个环节，在电力能源等机械设计制造部门，焊接有着重要的地位，应用广泛。但现有的焊接工装固定工件后，工装误差和工件尺寸误差会导致焊缝位置的不固定，因此在焊接前需要工人根据焊缝位置来调整焊枪位置，极大地增加了工人的劳动强度，降低了工件的焊接效率和焊接质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用图像处理技术来自动检测焊枪和焊缝位置的焊接自动对缝系统以及自动对缝方法。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种焊接起弧前自动对缝系统，包括待焊工件和由电机驱动器控制的直线电动滑台，所述直线电动滑台上安装有焊枪，所述焊枪垂直于待焊工件的焊缝，所述焊枪的前方设置有相机，所述相机的前端设置有镜头，所述镜头一侧设有减光片，所述相机连接有图像处理器，所述图像处理器连接所述电机驱动器，通过调整所述相机的角度和位置，使所述相机采集到包含有所述焊枪和待焊工件的焊缝的图像，所述电机驱动器按照对缝策略控制直线电动滑台带动焊枪在待焊工件上移动并寻找焊缝位置，进行起弧焊接，所述对缝策略包括下列步骤：S1、图像采集，所述电机驱动器控制直线电动滑台带动焊枪移动至待焊工件的焊缝附近，使所述相机能采集到包含焊枪和焊缝的灰度图像I1，再次控制直线电动滑台带动焊枪向右移动，采集灰度图像I2，得到的灰度图像I1和I2由焊缝、钨针和背景构成，并在得到的灰度图像上定义直角坐标系，以灰度图像的左下点为直角坐标系的原点，坐标代表该像素在灰度图像中的行数和列数，假设灰度图像的总行数为H，总列数为W；S2、二值化和取反，对灰度图像I1和I2进行二值化，二值化阈值采用最大类间方差法获得，得到二值化图像，二值化图像经过取反得到二值图像BW1和BW2；S3、找钨针，在二值图像BW1中找出最大连通区域，先框出二值图像BW1中的所有连通区域，其中上部的矩形则为所需要找的最大连通区域，并求出最大连通区域的水平外接矩形F1，在二值图像BW2中同样求出最大连通区域及其水平外接矩形F2，再求出两个水平外接矩形F1和F2的相交矩形F12，相交矩形F12通过裁剪策略得到新的矩形区域F22，并通过差值算法得出二值图像BW1和BW2的差值图ΔBW，差值图ΔBW在矩形区域F22内的最大连通区域即为钨针区域，钨针区域的最低点的纵坐标为Rminy,最高点的纵坐标为Rmaxy,取ym为Rminy和Rmaxy之间的整数，在钨针区域内取纵坐标小于等于ym的点，形成点集A，并判断点集A的左右对称性，若点集A左右对称，则记录ym至集合B，遍历所有ym的取值，经判断为左右对称的ym记录至集合B中，得到集合B，并取集合B中最大值ymax及其对应的几何中心(xc,yc)，钨针位置xT＝xc；S4、找焊缝，在二值图像BW1中找次大连通区域R2，以二值图像BW1的左下角点为旋转中心，将二值图像BW1旋转θk,得到二值图像BWk，其中θk＝k·Δθ，kmin≤k≤kmax，k、kmin和kmax为整数，Δθ为实数，Δθ、kmin和kmax为人工设定的常数，θk>0表示顺时针旋转，θk<0表示逆时针旋转，对二值图像BWk进行缩小，得到二值图像BWk,l，缩小倍率为1/l，其中l为整数，1≤l≤100，统计二值图像BWk,l每一列中属于次大连通区域Rk的像素点的数量，记为fk,l(i)，其中i为非负整数，1≤i<W，求出fk,l(i)的二阶导数的最大值及达到最大值时的ik,l,max，记录p(k,l)＝l·ik,l,max，遍历所有取值范围内的k和l，得到所有的d(k,l)及其对应的p(k,l)，组成集合D，取集合D中的最大的dmax(k,l)及其对应的pmax(k,l)，xW＝pmax(k,l)即为焊缝的位置；S5、计算焊缝偏差Δx，Δx＝xT-xW，若Δx<-TH,则控制直线电动滑台带动焊枪向右移动进行焊接，若Δx>TH，则控制直线电动滑台带动焊枪向左移动进行焊接，其中，TH为阈值，为人工设定的常数；S6、重复步骤S1-S5，直至焊缝偏差Δx的绝对值小于TH。优选的，所述对缝策略的步骤S3中最大连通区域的水平外接矩形F1的左上角坐标点LU和右下角坐标点RD的坐标形成规则如下：记最大连通区域的最左侧点L的坐标为(xL,yL)，最右侧点R的坐标为(xR,yR)，最高点U的坐标为(xU,yU)，最低点D的坐标为(xD,yD)，左上角坐标点LU的坐标为(xL,yU)，右下角坐标点RD的坐标为(xR,yD)。优选的，所述对缝策略的步骤S3中由相交矩形F12得到矩形区域F22所用的裁剪策略为：舍弃相交矩形F12中左右的20％部分区域，保留中间的60％部分区域。优选的，所述对缝策略的步骤S3中得出差值图ΔBW所用的差值算法为：其中，i和j为非负整数，1≤i<W，1≤j<H。优选的，所述对缝策略的步骤S3中点集A的左右对称性的判断方法为：计算点集A的几何中心(xc,yc)，将点集A分成子集AL和AR，对于点集A中的每一点，若其横坐标小于xc，则归入子集AL，若其横坐标大于xc，则归入子集AR，以x＝xc为对称轴，对子集AL中点进行水平镜像，得到子集A′R，统计子集AR和子集A′R中坐标相同的点数和子集AR的总点数，并计算前者和后者的比值，记为p，若p大于0.9，则点集A对称，否则为非对称。优选的，所述对缝策略的步骤S4中Δθ取0.1°。本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术的对缝方法利用图像处理技术自动检测焊枪和焊缝的位置，以便后续主动调节钨针位置，实现自动对缝功能，较简便可靠，能够减少现场寻找焊缝的时间，实用性较强，准确性较高，为焊接件的自动焊接生产提供了有力支持，从而更好地保证了焊接件的产品质量，无需人工介入，进一步提高了工人焊接的稳定性和准确性，减少了工人的工作强度和人工成本，大大提高了工件焊接的质量和效率。附图说明图1是本专利技术的灰度图像I1的焊缝灰度化效果示意图；图2是本专利技术的灰度图像I2的焊缝灰度化效果示意图；图3是本专利技术的二值图像BW1的焊缝二值化效果示意图；图4是本专利技术的二值图像BW2的焊缝二值化效果示意图；图5是本专利技术的最大连通区域的水平外接矩形F1的效果示意图；图6是本专利技术的最大连通区域的水平外接矩形F2的效果示意图；图7是本专利技术的矩形区域F22的效果示意图；图8是本专利技术的钨针区域的示意图；图9是本专利技术的钨针对称区域的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接起弧前自动对缝系统，其特征在于：包括待焊工件和由电机驱动器控制的直线电动滑台，所述直线电动滑台上安装有焊枪，所述焊枪垂直于待焊工件的焊缝，所述焊枪的前方设置有相机，所述相机的前端设置有镜头，所述镜头一侧设有减光片，所述相机连接有图像处理器，所述图像处理器连接所述电机驱动器，通过调整所述相机的角度和位置，使所述相机采集到包含有所述焊枪和待焊工件的焊缝的图像，所述电机驱动器按照对缝策略控制直线电动滑台带动焊枪在待焊工件上移动并对准焊缝位置，进行起弧焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种焊接起弧前自动对缝系统，其特征在于：包括待焊工件和由电机驱动器控制的直线电动滑台，所述直线电动滑台上安装有焊枪，所述焊枪垂直于待焊工件的焊缝，所述焊枪的前方设置有相机，所述相机的前端设置有镜头，所述镜头一侧设有减光片，所述相机连接有图像处理器，所述图像处理器连接所述电机驱动器，通过调整所述相机的角度和位置，使所述相机采集到包含有所述焊枪和待焊工件的焊缝的图像，所述电机驱动器按照对缝策略控制直线电动滑台带动焊枪在待焊工件上移动并对准焊缝位置，进行起弧焊接。


2.根据权利要求1所述的一种焊接起弧前自动对缝系统，其特征在于：所述对缝策略包括下列步骤：
S1、图像采集，所述电机驱动器控制直线电动滑台带动焊枪移动至待焊工件的焊缝附近，使所述相机能采集到包含焊枪和焊缝的灰度图像I1，再次控制直线电动滑台带动焊枪向右移动，采集灰度图像I2，得到的灰度图像I1和I2由焊缝、钨针和背景构成，并在得到的灰度图像上定义直角坐标系，以灰度图像的左下点为直角坐标系的原点，坐标代表该像素在灰度图像中的行数和列数，假设灰度图像的总行数为H，总列数为W；
S2、二值化和取反，对灰度图像I1和I2进行二值化，二值化阈值采用最大类间方差法获得，得到二值化图像，二值化图像经过取反得到二值图像BW1和BW2；
S3、找钨针，在二值图像BW1中找出最大连通区域，先框出二值图像BW1中的所有连通区域，其中上部的矩形则为所需要找的最大连通区域，并求出最大连通区域的水平外接矩形F1，在二值图像BW2中同样求出最大连通区域及其水平外接矩形F2，再求出两个水平外接矩形F1和F2的相交矩形F12，相交矩形F12通过裁剪策略得到新的矩形区域F22，并通过差值算法得出二值图像BW1和BW2的差值图ΔBW，差值图ΔBW在矩形区域F22内的最大连通区域即为钨针区域，钨针区域的最低点的纵坐标为Rminy,最高点的纵坐标为Rmaxy,取ym为Rminy和Rmaxy之间的整数，在钨针区域内取纵坐标小于等于ym的点，形成点集A，并判断点集A的左右对称性，若点集A左右对称，则记录ym至集合B，遍历所有ym的取值，经判断为左右对称的ym记录至集合B中，得到集合B，并取集合B中最大值ymax及其对应的几何中心(xc,yc)，钨针位置xT＝xc；
S4、找焊缝，在二值图像BW1中找次大连通区域R2，以二值图像BW1的左下角点为旋转中心，将二值图像BW1旋转θk,得到二值图像BWk，其中θk＝k·Δθ，kmin≤k≤kmax，k、kmin和kmax为整数，Δθ为实数，Δθ、kmin和kmax为人工设定的常数，θk>0表示顺时针旋转，θk<0表示逆时针旋转，对二值图像BWk进行缩小，得到二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一刚，范胜利，瞿波，程荣源，吕隆斐，余舫，刘思彤，
申请(专利权)人：宁波博视达焊接机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33