基于同步采图的焊接偏差测定方法、装置和自动焊接系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于同步采图的焊接偏差测定方法、装置以及自动焊接系统，所述方法包括如下步骤：获取焊接区域内同一拍摄时间点的熔滴图像和焊缝图像；融合所述熔滴图像和焊缝图像，获得对应拍摄时间点的熔池图像；获得对应不同拍摄时间点的多帧所述熔池图像；根据多帧所述熔池图像，确定基准熔池图像和待测熔池图像；分别提取所述基准熔池图像和所述待测熔池图像中的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息；根据所述基准熔池图像和所述待测熔池图像的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息，计算获得焊接偏差值。所述装置和自动焊接系统均应用到本发明专利技术的方法。本发明专利技术实现可在线监测熔滴和焊缝的位置，降低自动焊接设备的成本，同时提高焊缝跟踪的精度。

【技术实现步骤摘要】
基于同步采图的焊接偏差测定方法、装置和自动焊接系统
本专利技术涉及自动焊接
，特别涉及一种基于同步采图的焊接偏差测定方法、装置和自动焊接系统。
技术介绍
近年来，随着科学技术的进步，自动焊接得到了快速的发展。自动焊接的核心问题在于如何实现焊缝的精准跟踪引导，进而实时控制焊枪的运动轨迹，以满足焊接质量的要求，目前机器视觉方法已有较多的应用，主要包括激光前置引导和熔池实时监控两种方式，均可进行焊缝的精准跟踪引导。对于石油化工施工现场的管道和压力容器而言，采用无轨全位置爬行式焊接机器人，可以摆脱轨道的束缚，能够进行全位置焊接，更加适用于复杂环境下的施工现场。然而在焊接过程中，无轨全位置爬行式焊接机器在重力和缆线的牵引下会产生偏移，且偏移量和偏移角度无法确定。因此采用激光前置引导的主动视觉传感和控制技术，引入的超前监测误差无法通过滞后控制的方式消除，导致跟踪精度较低。而被动视觉传感采用直接观测熔池图像的方法，不存在超前监测误差，可以提高跟踪的精度，但势必会受到弧光的干扰，导致熔池图像画面不清晰，解决弧光的干扰是其面临的首要问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种基于同步采图的焊接偏差测定方法、装置和自动焊接系统，旨在解决现有的无轨全位置爬行式焊接机器人采用主动视觉传感方法时跟踪精度较低、采用被动视觉传感时受到弧光的干扰而导致熔池图像画面不清晰的问题。为实现上述目的，本专利技术提出一种基于同步采图的焊接偏差测定方法，包括如下步骤：获取焊接区域内同一拍摄时间点的熔滴图像和焊缝图像；融合所述熔滴图像和焊缝图像，获得对应拍摄时间点的熔池图像；获得对应不同拍摄时间点的多帧所述熔池图像；根据多帧所述熔池图像，确定基准熔池图像和待测熔池图像；分别提取所述基准熔池图像和所述待测熔池图像中的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息；根据所述基准熔池图像和所述待测熔池图像的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息，计算获得焊接偏差值。可选地，所述根据多帧所述熔池图像，确定基准熔池图像和待测熔池图像的步骤包括：建立多帧所述熔池图像对应的时间轴；根据所述时间轴，确定预设拍摄时间点；判断所述熔池图像对应的时间点是否超过所述预设拍摄时间点；在判定所述熔池图像对应的拍摄时间点超过预设拍摄时间点时，确定所述熔池图像为待测熔池图像；在判定所述熔池图像对应的拍摄时间点不超过预设拍摄时间点时，确定所述熔池图像为基准熔池图像。可选地，所述预设时间点为所述时间轴上对应焊枪在所述焊接区域内起弧后的第二个拍摄时间点；所述基准熔池图像包括分别与所述焊接区域内起弧后的第一个拍摄时间点和第二个拍摄时间点对应的第一基准图像和第二基准图像。可选地，所述焊缝位置包括内侧上边缘位置、内侧下边缘位置、外侧上边缘位置和外侧下边缘位置，其中，所述内侧下边缘位置和所述外侧下边缘位置分别为焊枪在一个摆动周期内的两个极限位置；所述焊丝尖端位置包括第一尖端位置和第二尖端位置，所述第一尖端位置和所述第二尖端位置分别与所述内侧下边缘位置和所述外侧下边缘位置相对应。可选地，所述根据所述基准熔池图像和所述待测熔池图像的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息，计算获得焊接偏差值的步骤，包括：计算获得所述第一基准图像中所述第一尖端位置与所述内侧上边缘位置的距离Db1、与所述外侧上边缘位置的距离Wb1；计算获得所述第二基准图像中所述第二尖端位置与所述内侧上边缘位置的距离Wb2，与所述外侧上边缘位置的距离Db2；计算获得所述待测熔池图像中所述第一尖端位置或所述第二尖端位置与所述内侧焊缝上边缘位置的距离Di，与所述外侧上边缘位置的距离Wi；根据预设的第一关系式，计算获得焊枪位置偏差值Dpi；所述第一关系式为Dpi＝Di-Dbi，其中，i＝1,2。可选地，所述焊接偏差值还包括焊枪摆幅偏差值；所述根据所述基准熔池图像和所述待测熔池图像的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息，计算获得焊接偏差值的步骤，还包括：根据所述第一基准图像和所述第二基准图像，计算获得焊枪摆幅基准值Wb＝(Db1+Wb1+Wb2+Db2)/2；根据所述待测熔池图像和预设的第二关系式，计算获得焊枪摆幅偏差值Wi；所述第二关系式为Wi＝Di+Wi-Wb，其中，i＝1,2。可选地，所述焊丝尖端位置信息包括尖端位置坐标；分别提取所述基准熔池图像和所述待测熔池图像中的焊丝尖端位置信息的步骤，包括：分别提取所述基准熔池图像和所述待测熔池图像中熔滴区域的亚像素边缘轮廓；根据所述亚像素边缘轮廓，获取所述熔滴区域的替换多边形，其中，所述替换多边形呈包围对应的所述亚像素边缘轮廓设置；获取沿所述替换多边形的各条边采集的若干个采集点，并根据所述替换多边形的凹凸性，划分出所述若干个采集点中的多个凹点，获取所述多个凹点的位置信息；根据多个所述凹点的位置信息，获取第二个所述替换多边形；对第二个所述替换多边形进行多次迭代，得到第三个所述替换多边形；获取第三个所述替换多边形的多个凹点，根据第三个所述替换多边形的多个凹点，获取目标区域；根据所述尖端位置坐标的所处范围，获得尖端凹点区域，在所述目标区域中划分出包括所述尖端位置坐标的尖端凹点区域；获取所述尖端凹点区域中的多个凹点的坐标值，通过加权平均算法计算得到所述尖端位置坐标。可选地，获取沿所述替换多边形的各条边采集的若干个采集点，并根据所述替换多边形的凹凸性，划分出所述若干个采集点中的多个凹点，获取所述多个凹点的位置信息的步骤，包括：获取沿所述替换多边形的各条边采集的若干个采集点，获取所述若干个采集点的坐标值并组成坐标点集Bk{B1,…Bi,…BN}，其中，i为所述替换多边形上像素点的颜色索引值；按照预设计算式计算点Bi分别与点Bi-1和点Bi-2构成的方向向量vi-1和vi+1，所述预设计算式为：vi-1＝Bi-1-Bi＝(xi-1-xiyi-1-yi)，vi+1＝Bi+1-Bi＝(xi+1-xi，yi+1-yi)；根据符号函数计算式sign(Vi)的值判定点Bi的凹凸性，当sign(Vi)的值为1时，点Bi为凹点，当sign(Vi)的值为0时，点Bi为凸点，其中，所述符号函数计算式为：此外，本专利技术还提出一种基于同步采图的焊接偏差测定装置，包括：视觉采集装置，所述视觉采集装置包括用于朝向熔池的第一摄像机和第二摄像机，以分别拍摄得到多个熔滴图像和多个焊缝图像；以及，控制器，所述控制器与所述视觉采集装置电性连接，所述控制器包括存储介质，所述存储介质存储有焊接偏差测定程序，所述焊接偏差测定程序执行如本专利技术所述的基于同步采图的焊接偏差测定方法的步骤。此外，本专利技术还提出一种自动焊接系统，应用于焊接车，包括：焊枪，用于可摆动地安装至所述焊接车；驱动装置，用于安装至所述焊接车，以驱动所述焊枪摆动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同步采图的焊接偏差测定方法，其特征在于，包括如下步骤：/n获取焊接区域内同一拍摄时间点的熔滴图像和焊缝图像；/n融合所述熔滴图像和焊缝图像，获得对应拍摄时间点的熔池图像；/n获得对应不同拍摄时间点的多帧所述熔池图像；/n根据多帧所述熔池图像，确定基准熔池图像和待测熔池图像；/n分别提取所述基准熔池图像和所述待测熔池图像中的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息；/n根据所述基准熔池图像和所述待测熔池图像的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息，计算获得焊接偏差值。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于同步采图的焊接偏差测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取焊接区域内同一拍摄时间点的熔滴图像和焊缝图像；
融合所述熔滴图像和焊缝图像，获得对应拍摄时间点的熔池图像；
获得对应不同拍摄时间点的多帧所述熔池图像；
根据多帧所述熔池图像，确定基准熔池图像和待测熔池图像；
分别提取所述基准熔池图像和所述待测熔池图像中的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息；
根据所述基准熔池图像和所述待测熔池图像的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息，计算获得焊接偏差值。


2.如权利要求1所述的基于同步采图的焊接偏差测定方法，其特征在于，所述根据多帧所述熔池图像，确定基准熔池图像和待测熔池图像的步骤包括：
建立多帧所述熔池图像对应的时间轴；
根据所述时间轴，确定预设拍摄时间点；
判断所述熔池图像对应的时间点是否超过所述预设拍摄时间点；
在判定所述熔池图像对应的拍摄时间点超过预设拍摄时间点时，确定所述熔池图像为待测熔池图像；
在判定所述熔池图像对应的拍摄时间点不超过预设拍摄时间点时，确定所述熔池图像为基准熔池图像。


3.如权利要求2所述的基于同步采图的焊接偏差测定方法，其特征在于，所述预设时间点为所述时间轴上对应焊枪在所述焊接区域内起弧后的第二个拍摄时间点；
所述基准熔池图像包括分别与所述焊接区域内起弧后的第一个拍摄时间点和第二个拍摄时间点对应的第一基准图像和第二基准图像。


4.如权利要求3所述的基于同步采图的焊接偏差测定方法，其特征在于，所述焊缝位置包括内侧上边缘位置、内侧下边缘位置、外侧上边缘位置和外侧下边缘位置，其中，所述内侧下边缘位置和所述外侧下边缘位置分别为焊枪在一个摆动周期内的两个极限位置；
所述焊丝尖端位置包括第一尖端位置和第二尖端位置，所述第一尖端位置和所述第二尖端位置分别与所述内侧下边缘位置和所述外侧下边缘位置相对应。


5.如权利要求4所述的基于同步采图的焊接偏差测定方法，其特征在于，所述根据所述基准熔池图像和所述待测熔池图像的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息，计算获得焊接偏差值的步骤，包括：
计算获得所述第一基准图像中所述第一尖端位置与所述内侧上边缘位置的距离Db1、与所述外侧上边缘位置的距离Wb1；
计算获得所述第二基准图像中所述第二尖端位置与所述内侧上边缘位置的距离Wb2，与所述外侧上边缘位置的距离Db2；
计算获得所述待测熔池图像中所述第一尖端位置或所述第二尖端位置与所述内侧焊缝上边缘位置的距离Di，与所述外侧上边缘位置的距离Wi；
根据预设的第一关系式，计算获得焊枪位置偏差值Dpi；
所述第一关系式为Dpi＝Di-Dbi，其中，i＝1,2。


6.如权利要求5所述的基于同步采图的焊接偏差测定方法，其特征在于，所述焊接偏差值还包括焊枪摆幅偏差值；
所述根据所述基准熔池图像和所述待测熔池图像的焊丝尖端位置信息和焊缝位置信息，计算获得焊接偏差值的步骤，还包括：
根据所述第一基准图像和所述第二基准图像，计算获得焊枪摆幅基准值Wb＝(Db1+Wb1+Wb2+Db2)/2；
根据所述待测熔池图像和预设的第二关系式，计算获得焊枪摆幅偏差值Wi；
所述第二关系式为Wi＝Di+Wi-Wb，其中，i...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中任，王小刚，刘海生，柯希林，汤宇，赵荣丽，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42