一种基于平行结构光的焊缝线跟踪装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于平行结构光的焊缝线跟踪装置，包括拱门架、图像捕捉模块、平行结构光投射模块、超声波探头、以及用于连接拱门架与机器人的前叉臂。使用时，通过设计一个合理的平行结构光投射与图像采集平台，使得平行结构光能够同时投射在焊接件的母材区域和焊缝区域，由于结构光光路变化所反映的是物体的高度变化，因此结构光条纹特征与焊缝材质、表面纹理状态没有任何关系，通过摄像头捕获并分析出结构光光路变化所反映出来的焊缝表面几何结构变化，就可以分割出母材区域和焊缝区域，从而精确地确定焊缝线，给机器人跟踪焊缝提供稳定、可靠的的支持。

A seam line tracking device based on parallel structured light

【技术实现步骤摘要】
一种基于平行结构光的焊缝线跟踪装置
本技术涉及焊缝线视觉跟踪技装置与
，尤其涉及一种基于平行结构光的焊缝线跟踪装置。
技术介绍
焊后自动无损检测系统通常由移动机器人，机器视觉模块，超声探伤模块组成。无损探伤的工作环境一般在室外进行，因此移动机器人不能够预先路径规划，需要根据摄像头的实时路径检测与跟踪来控制机器人移动。而且室外环境下通常光照强度变化较大，导致了摄像头捕获的图像光照强度多变，这使得图像与处理工作比较困难，鲁棒性差，同时室外的管道焊缝、相贯线焊缝表面经常落满灰尘、油污、鸟粪等干扰，使得焊缝表面的颜色、纹理特征发生变异，这都是图像处理领域常用的识别特征，因此进一步加剧了图像处理识别难度。在本研究领域中，在先技术人员提出过基于人工轨道的识别方案“一种基于焊缝的自动寻迹方法和自动寻迹装置(CN105446360A)”，在这专利中，技术人利用预先铺设在焊缝边界上的人工磁性贴条，通过摄像头捕获这一人工贴条并进行分析处理，最终得到人工贴条的中心线，把识别并跟踪焊缝线的问题转化为识别和跟踪人工轨道的问题。而论文“用于相贯线焊缝检测机器人的图像处理算法”提出了一种类似的方案，是基于彩色人工轨道的识别与跟踪方法，达到无损检测机器人的自动导航。此外，也有直接利用焊缝表面纹理特征的识别方案，“一种基于焊缝的图像识别方法和图像识别系统(CN105427295A)”专利中，提出了利用摄像头直接捕获焊缝(包含母材区域)的照片，然后利用灰度统计法和灰度共生矩阵二次统计法分析图片中的包括均值、标准差、一致性、能量、第一熵、第二熵、对比度、相关性等纹理特征，利用这些统计特征，分析出母材区域与焊缝区域的特征差异，从而完成母材和焊缝区域分割，分割后的区域边界定义为焊缝线，从而实现对焊缝线的实时跟踪。以上方案优缺点分析，基于人工轨道的方案是简单易行的。因为人工轨道特征区分度明显，而且很稳定，因此图像处理算法很简单，跟踪起来很方便，但是缺点也很致命，大部分如工场大型管道、风力发电塔、桥梁等焊接件检测现场是极其恶劣的，布置人工轨道成本高，危险性极大。而基于焊缝表面纹理特征的图像处理方案有其一定的适应性，的确母材区域和焊缝区域的纹理特征有很大区别，但是这种区别也是非固定的，当遇到焊接件表面被灰尘干扰，或者涂抹油漆，该方案就无法实施。除此之外，现有技术还存在以下不足的地方：1、技术发展不足，现代的无损检测技术往往是依靠专业人员手动完成的，自动无损检测设备的应用非常少且智能化不足。由于作业环境的恶劣，工人施工安全很难保证，作业难度和强度很大，同时作业难度大和人工手动采集数据往往偏差大，稳定性差，而且无法实时记录和回溯，不利于缺陷定位，本技术所提出的是一种通用于自动无损检测机器人的焊缝实时定位和跟踪视觉导航算法，因此可以为自动无损检测提供极大的帮助；2、环境缺点1，自动无损检测是在室外进行，不可避免地光照变化不可预料的，因此使用了深度学习模型MobileNet-SSD对结构光焊缝图像进行预处理，直接检测出包含焊缝边界的ROI(regionsofinterest)。该ROI仅占整个图像面积的10％，因此不仅能够过滤噪点与光斑，还能够提高图像处理速度；3、环境缺点2，同样还是室外检测问题，大型焊接件表面经常会有灰尘、油污、鸟粪等干扰，甚至因为焊缝表面涂抹油漆，这将导致了传统的利用焊缝与母材区域颜色、纹理特征区分的图像处理算法失效，本技术将使用新型的平行结构光投射到焊缝与母材表面，通过采集结构光光路的变化图像，分析结构光光路改变的特征从而识别出焊缝表面的变化，可以免受上述干扰；4、焊缝边界特征的缺点，其他类似方案使用单根或两根结构光条纹的特征提取焊缝边界点一般是在焊接件自动焊接前或者焊接过程中做引导作用，焊接前的工件接头处特征比较明显，一般呈现三角形或T型，但是焊接后所形成的焊缝线则没有明显的几何特征，只能从较大范围全局的角度进行识别，才能准确找到焊缝边界线，因此本技术创造性地使用多段平行结构光发生器投射到焊缝包含母材区域，融合了多段结构光所提取出来的焊缝边界点和边界区域信息，构建出焊缝线优化模型，在候选焊缝边界中进行全局迭代，寻找到最佳焊缝线。该方案的特点是融合了多个焊缝边界信息，从焊缝边界整体角度出发寻优焊缝线，多信息的融合可以提高信息的信噪比，使得识别模型更具有鲁棒性。因此，现有技术需要进一步改进和完善。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、基于平行结构光的焊缝线跟踪装置。本技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于平行结构光的焊缝线跟踪装置，该焊缝线跟踪装置主要包括拱门架、图像捕捉模块、平行结构光投射模块、超声波探头、以及用于连接拱门架与机器人的前叉臂。所述前叉臂的一端与拱门架连接，另一端与机器人连接。所述图像捕捉模块设置在拱门架顶部，朝下捕捉焊缝图像。所述平行结构光投射模块设为两组，对称设置在拱门架的两侧。所述超声波探头设置在拱门架内，与拱门架两侧固定连接。具体的，所述平行结构光投射模块包括用于产生平行结构光的发生器、用于调节结构光焦距的调焦旋钮、用于固定发生器的支座、以及用于调节结构光投射角度的角度旋钮。所述支座采用环形结构设计，所述发生器安装在支座内。所述调焦旋钮设置在支座一侧，与发生器连接。所述支座设置在拱门架上，其另一侧通过角度旋钮与拱门架连接。具体的，所述图像捕捉模块包括摄像头、第一限位块、以及限位板。所述拱门架的顶部设有用于安装摄像头的限位槽。所述限位槽沿轴向设置。所述第一限位块的一端与摄像头固定连接，另一端嵌入限位槽内。所述限位板设为凸形，卡设在第一限位块上，其两端通过螺钉与拱门架连接，将第一限位块固定在限位槽内。具体的，所述跟踪装置还包括用于固定超声波探头的限位孔组、限位螺丝组、第一限位孔、以及第一限位螺丝。所述限位孔组设置在拱门架底部的两侧，所述限位螺丝组拧入限位孔组内，将超声波探头固定。所述第一限位孔设置在拱门架两侧，位于限位孔组上方，所述第一限位螺丝拧入第一限位孔内，将超声波探头进一步固定。作为本技术的优选方案，为了使跟踪装置与机器人连接效果更好，便于机器人操控跟踪装置，本技术所述前叉臂采用U型结构，其两端与拱门架连接，底部与机器人连接。进一步的，为了使机器人能够驱动前叉臂绕拱门架转动，增加探头对焊缝表面的耦合度，实现多角度多方位的探测，本技术所述跟踪装置还包括用于连接前叉臂的圆轴、以及限制前叉臂摆动范围的第二限位块。所述前叉臂的端部设有与圆轴连接的开槽。所述第二限位块设置在拱门架两侧，并与拱门架固定连接。所述圆轴位于第二限位块上方，并嵌入前叉臂的开槽内。所述前叉臂与拱门架之间通过转动轴(圆轴)连接，这样更方便超声波探头的俯仰角运动，更容易贴合焊缝表面。作为本技术的优选方案，为了使前叉臂顺畅地绕圆轴转动，本技术所述第二限位块的顶部采用弧形结构设计。作为本技术的优选方案，为了使超声波探头固定在拱门架的效果更好，本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于平行结构光的焊缝线跟踪装置，其特征在于，包括拱门架、图像捕捉模块、平行结构光投射模块、超声波探头、以及用于连接拱门架与机器人的前叉臂；所述前叉臂的一端与拱门架连接，另一端与机器人连接；所述图像捕捉模块设置在拱门架顶部，朝下捕捉焊缝图像；所述平行结构光投射模块设为两组，对称设置在拱门架的两侧；所述超声波探头设置在拱门架内，与拱门架两侧固定连接；/n所述平行结构光投射模块包括用于产生平行结构光的发生器、用于调节结构光焦距的调焦旋钮、用于固定发生器的支座、以及用于调节结构光投射角度的角度旋钮；所述支座采用环形结构设计，所述发生器安装在支座内；所述调焦旋钮设置在支座一侧，与发生器连接；所述支座设置在拱门架上，其另一侧通过角度旋钮与拱门架连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于平行结构光的焊缝线跟踪装置，其特征在于，包括拱门架、图像捕捉模块、平行结构光投射模块、超声波探头、以及用于连接拱门架与机器人的前叉臂；所述前叉臂的一端与拱门架连接，另一端与机器人连接；所述图像捕捉模块设置在拱门架顶部，朝下捕捉焊缝图像；所述平行结构光投射模块设为两组，对称设置在拱门架的两侧；所述超声波探头设置在拱门架内，与拱门架两侧固定连接；
所述平行结构光投射模块包括用于产生平行结构光的发生器、用于调节结构光焦距的调焦旋钮、用于固定发生器的支座、以及用于调节结构光投射角度的角度旋钮；所述支座采用环形结构设计，所述发生器安装在支座内；所述调焦旋钮设置在支座一侧，与发生器连接；所述支座设置在拱门架上，其另一侧通过角度旋钮与拱门架连接。


2.根据权利要求1所述的基于平行结构光的焊缝线跟踪装置，其特征在于，所述图像捕捉模块包括摄像头、第一限位块、以及限位板；所述拱门架的顶部设有用于安装摄像头的限位槽；所述限位槽沿轴向设置；所述第一限位块的一端与摄像头固定连接，另一端嵌入限位槽内；所述限位板设为凸形，卡设在第一限位块上，其两端通过螺钉与拱门架连接，将第一限位块固定在限位槽内。


3.根据权利要求1所述的基于平行结构光的焊缝线跟踪装置，其特征在于，所述跟踪装置还包括用于固定超声波探头的限位孔组、限位螺丝组、第一限位孔、以及第一限位螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦志恒，费跃农，董肇轩，王杰，苑杰，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：广东;44