一种基于图像相减的平面焊缝轨迹纠偏的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像相减的平面焊缝轨迹纠偏的方法，采用视觉技术获取焊缝初始信息；采用视觉技术实时获取焊接过程中的焊缝图像与焊缝偏移量；采用图像相减的方法获取焊枪实时偏移量；计算PLC脉冲参数；焊枪通过驱动装置的引导到达正确焊缝位置。本发明专利技术采用视觉技术工业相机来获取焊缝信息，通过图像相减方法来获取焊接过程中焊缝的实时偏移量，将焊缝信息精确到了像素级，在实现焊缝实时纠偏的前提下，进一步提高了焊接质量，最终通过十字滑台引领焊枪到正确位置，大大降低了焊接成本；通过开发的焊接交互界面，操作人员可以实时预览到焊缝偏移状况，通过输入参数直接控制焊枪纠偏的速度，改善了操作人员的工作环境，提高了工作效率。了工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像相减的平面焊缝轨迹纠偏的方法


[0001]本专利技术属于焊接
，具体地说，涉及一种基于图像相减的平面焊缝轨迹纠偏的控制方法和系统。

技术介绍

[0002]随着焊接技术的快速发展，很多平面焊接场合可以实现自动化焊接，但在某些场景中仍然需要人工焊接，难点主要有焊缝的形状较为复杂、非标准几何形状等，并且人工焊接时焊接质量得不到保证；而且在实际焊接中，工件装夹误差、焊接热变形误差等问题还会导致实际焊缝位置偏离理论焊缝位置，大大降低了焊接质量。
[0003]目前，针对人工焊接复杂的焊缝轨迹、焊缝实际位置偏移等问题，解决办法主要是焊接机器人结合焊缝跟踪器，常见的焊缝跟踪器受限制于焊接方式，并且机器人和焊缝跟踪器价格都比较昂贵、对操作人员的技术要求也较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决平面焊接复杂焊缝形状、焊接过程中实际焊缝位置偏离理论焊缝位置的问题，提出了一种基于图像相减的平面焊缝轨迹纠偏的方法，旨在采用视觉技术采集初始焊缝信息作为模板，并在实际焊接过程中实时采集焊缝图像与模板进行图像相减获取焊缝偏移量，将偏移量转换成PLC脉冲信号，通过十字滑台来引导焊枪到达焊缝正确位置。采用本专利技术，达到了焊缝轨迹的实时纠偏，降低焊接成本，提高焊接质量的目的。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于图像相减的平面焊缝轨迹纠偏的方法，该方法包括以下步骤：S1、采用视觉技术获取焊缝初始信息；S1
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1、采用工业相机获取原始焊缝图像；S1
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2、为了去除焊接现场灰尘等噪声，并使图像锐度尽可能不变，便于焊缝轮廓提取，采用高斯滤波对原始焊缝图像进行去噪处理；二维高斯函数，即高斯低通滤波器的传递函数如下：其中为原始焊缝图像各像素点坐标；其中为高斯分布的标准差，取值越大，图像越模糊，取值越小，图像越尖锐；S1
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3、为了将焊缝作为目标凸显，对图像进行二值化处理，采用Otsu自适应阈值对去噪后的图像进行二值化；其中为去噪后焊缝图像各点的灰度值；
其中为二值化之后焊缝图像各点的灰度值；其中为Otsu自适应阈值法计算出的图像最佳阈值；S1
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4、为了提取焊缝轮廓信息，并保留焊缝边缘锐度，保证焊接质量，采用Canny算子提取焊缝轮廓；得到各像素点的梯度大小和方向后，遍历各像素，判断该像素梯度大小在该梯度方向上是否是其领域中的局部最大值：其中G为像素点梯度大小；其中为设置的两个梯度阈值，大于最大阈值的为确定的焊缝边缘，小于最小的为非边缘，如果介于最大最小之间，但与确定边缘部分相连，则视为焊缝边缘的一部分，反之则视为非边缘；S1
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5、获得焊缝位置信息；提取焊缝像素点坐标，将获得的焊缝像素坐标点数据进行NURBS曲线拟合，得到平滑的焊缝曲线作为焊缝模板，提高焊接质量。NURBS曲线方程为：其中为焊缝曲线控制顶点；其中为权因子；其中为K次B样条基函数，由节点矢量按Cox
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de Boor递推公式定义：S2、采用视觉技术实时获取焊接过程中的焊缝图像与焊缝偏移量；S2
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1、根据步骤S1中图像处理实时获取焊接过程中焊缝轮廓，并将其用NURBS曲线拟合为;S2
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2、根据步骤S1中获得的焊缝模板曲线，选取某端点作为焊接起点（原点），并建立坐标系与焊枪坐标系统一，将焊接实时获得的焊缝轮廓曲线中选取两点标定在焊缝模板所在坐标系中，其中一点为焊接起点，另一点为最靠近起点的点；S3、采用图像相减的方法获取焊枪实时偏移量；
S3
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1、在步骤S2焊枪坐标系中，将、焊缝轮廓进行图像相减得到焊缝的偏移图像；S3
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2、计算焊缝实时的偏移量；2、计算焊缝实时的偏移量；其中为焊缝在x方向上的偏移量；其中为焊缝在y方向上的偏移量；其中为物理距离（mm）与像素距离之间的比值；S4、计算PLC脉冲参数；根据步骤S3中获取的焊缝偏移量，得到焊枪偏移距离与脉冲数之间的关系、焊枪移动速度与脉冲频率之间的关系：移动速度与脉冲频率之间的关系：其中n（mm）为丝杠导程；其中为电机的步距角；其中为x、y方向上的脉冲数；其中为脉冲发送频率；其中为滑台带动焊枪的移动速度；S5、焊枪通过驱动装置的引导到达正确焊缝位置；驱动装置由PLC、电机驱动器通过发送脉冲数目、频率、方向信号控制其运动距离、速度、方向，所述驱动装置包括十字滑台（丝杠结构）、步进电机；根据步骤S4中得到的脉冲数、脉冲频率，通过PLC发送，步进电机带动十字滑台工作，将焊枪引领到正确焊缝位置。
[0006]为了实现复杂焊缝形状的焊接、焊缝轨迹的实时纠偏，降低焊接成本，本专利技术采用视觉技术工业相机预先获取焊缝位置信息作为模板，并采用图像相减获取焊缝偏移量，通过十字滑台引领焊枪到正确位置，并基于上述开发了一个焊接交互界面系统。采用该界面系统，在实际焊接过程中可以实时观察到焊缝偏移情况，并通过输入参数可以直接控制焊枪纠偏的移动速度等。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：
视觉显示模块，用于操作人员在焊接过程中预览焊缝模板与焊缝的实时变化情况；参数显示模块，用于操作人员在焊接过程中实时关注焊料使用程度，更进一步地，所述参数显示模块包括：已用焊料量（%）；焊料剩余量（%）；参数输入模块，用于操作人员根据实际焊接需要输入移动速度，更进一步地，所述参数输入模块包括：滑台速度（m/s）；焊接速度（m/s）；按钮控制模块，用于操作人员在实际焊接过程中控制各装置的启停，更进一步地，所述按钮控制模块包括：启动相机、焊枪复位、送料、抽料、清零、紧急停止；报警功能，用于防止操作人员误操作、出现故障等提示，更进一步地，所述报警功能包括：相机未检测到焊缝；参数输入超出上下限；焊丝长度为0；十字滑台超出限位范围；本专利技术的有益之处在于：该专利技术采用视觉技术工业相机来获取焊缝信息，通过图像相减方法来获取焊接过程中焊缝的实时偏移量，将焊缝信息精确到了像素级，在实现焊缝实时纠偏的前提下，进一步提高了焊接质量，最终通过十字滑台引领焊枪到正确位置，大大降低了焊接成本；通过开发的焊接交互界面，操作人员可以实时预览到焊缝偏移状况，通过输入参数直接控制焊枪纠偏的速度，改善了操作人员的工作环境，提高了工作效率。
附图说明
[0008]图1为焊接示意图；图2焊缝纠偏流程图；图3开发界面示意图；图4开发界面使用示意图。
具体实施方式
[0009]为了使本专利技术的目的、技术方案更加清楚明白，以下将结合附图详细说明本专利技术的优选实施方式。
[0010]实施例（一）：一种基于图像相减的平面焊缝轨迹纠偏的方法如图1所示，焊缝为复杂曲线，工业相机通过预先拍摄获得原始图像，经过图像处理（去噪、二值化、提取边缘）之后获得焊缝模板，提取焊缝点信息拟合NURBS曲线，选取焊缝端点作为焊接起点，即原点，并建立坐标系，将焊接过程中实时获得的焊缝曲线放到上述坐
标系中，两幅焊缝图像进行图像相减获得焊缝的偏移量，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像相减的平面焊缝轨迹纠偏的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1、采用视觉技术获取焊缝初始信息；S2、采用视觉技术实时获取焊接过程中的焊缝图像与焊缝偏移量；S3、采用图像相减的方法获取焊枪实时偏移量；S4、计算PLC脉冲参数；S5、焊枪通过驱动装置的引导到达正确焊缝位置。2.根据权利要求1所述一种基于图像相减的平面焊缝轨迹纠偏的方法，其特征在于：所述步骤S1中的采用视觉技术获取焊缝初始信息的具体步骤：S1
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1、采用图像采集装置获取原始焊缝图像；S1
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2、为了去除焊接现场灰尘等噪声，并使图像锐度尽可能不变，便于焊缝轮廓提取，采用高斯滤波对原始焊缝图像进行去噪处理；二维高斯函数，即高斯低通滤波器的传递函数如下：，其中为原始焊缝图像各像素点坐标；其中为高斯分布的标准差，取值越大，图像越模糊，取值越小，图像越尖锐；S1
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3、为了将焊缝作为目标凸显，对图像进行二值化处理，采用Otsu自适应阈值对去噪后的图像进行二值化；，其中为去噪后焊缝图像各点的灰度值；其中为二值化之后焊缝图像各点的灰度值；其中为Otsu自适应阈值法计算出的图像最佳阈值；S1
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4、为了提取焊缝轮廓信息，并保留焊缝边缘锐度，保证焊接质量，采用Canny算子提取焊缝轮廓；得到各像素点的梯度大小和方向后，遍历各像素，判断该像素梯度大小在该梯度方向上是否是其领域中的局部最大值：，其中G为像素点梯度大小；，其中为设置的两个梯度阈值，大于最大阈值的为确定的焊缝边缘，小于最小的为非边缘，如果介于最大最小之间，但与确定边缘部分相连，则视为焊缝边缘的一部分，反之则视为非边缘；
S1
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5、获得焊缝位置信息；提取焊缝像素点坐标，将获得的焊缝像素坐标点数据进行NURBS曲线拟合，得到平滑的焊缝曲线作为焊缝模板，提高焊接质量，NURBS曲线方程为：，其中为焊缝曲线控制顶点，其中为权因子，其中为K次B样条基函数，由节点矢量按Cox
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de Boor递推公式定义：。3.根据权利要求1所述一种基于图像相减的平面焊缝轨迹纠偏的方法，其特征在于：所述步骤S2中采用视觉技术实时获取焊接过程中的焊缝图像与焊缝偏移量步骤如下：S2
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1、根据步骤S1中图像处理实时获取焊接过程中焊缝轮廓，并将其用NURBS曲线拟合为；S2
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2、根据步骤S1中获得的焊缝模板曲线，选取某端点作为焊接起点或原点，并建立坐标系与焊枪坐标系统一，将焊接实时获得的焊缝轮廓...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昕，孙南山，方成刚，
申请(专利权)人：江苏天健智能装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：