锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法技术

本发明专利技术涉及一种锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法，使用线形激光发射器发射线形激光照射在工件表面并与工件焊缝相交，并使用相机获取线形激光与工件焊缝相交位置的图像，接着通过焊缝和激光线的关系推测得到最终的焊点位置，从而避免焊接环境给单纯的图像识别焊点位置带来的不利影响，同时还减少了焊渣本身对焊缝遮挡带来的识别误差，进而随着工件的移动计算得到完整平顺的曲线焊缝，有效提升焊接精度。有效提升焊接精度。有效提升焊接精度。

【技术实现步骤摘要】
锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，特别是一种锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法。

技术介绍

[0002]在现有技术中，机器视觉识别焊缝位置是直接识别激光线与焊缝的交点，这种方法在平面焊缝上相对有效，这是因为平面上的焊缝相对较为笔直，容易预判，同时平面的反光性较好，环境较为纯净。而锅炉膜式壁是一种常见的锅炉壁结构，它是由一系列平行排列的垂直金属管组成的壁面结构，这些金属管形成了一个膜式墙面。锅炉内燃烧过程中的高温烟气通过这些管道，传递热量给其中的水或蒸汽。
[0003]因此，在机器视觉识别如锅炉膜式壁等具有曲面焊缝的工件，由于锅炉膜式壁本身结构问题，以及加工精度要求，锅炉膜式壁的扁钢和金属管之间的焊缝变化较大。另一方面，曲面的环境也会对视觉的识别造成影响。因此很难实现仅通过二维图片识别，获取正确的焊缝位置。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种通过激光焊缝相交图像就能计算得到正确焊点位置，并有效应对锅炉膜式壁等具有曲面焊缝的工件的锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术设计的锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法，使用线形激光发射器发射线形激光照射在工件表面并与工件焊缝相交，并使用相机获取线形激光与工件焊缝相交位置的图像，并按以下步骤进行焊点识别：
[0006]S1：使用相机获取激光焊缝相交的A图；
[0007]S2：对A图进行高斯滤波，并进行二值化得到B图；
[0008]S3：基于hessian矩阵的中心线提取方法对B图进行细化得到C图；
[0009]S4：保留C图中像素为255的点，得到S1S2A1A3轨迹，并将其上像素为255的点记为{P
n
}；
[0010]S5：利用霍夫检测计算出C图中长直的直线A1A3，得到D图，并沿直线方向往下寻找最下方的点得到直线段下端点A1；
[0011]S6：对C图中S1S2A1A3轨迹上各个{P
n
}点的切线斜率分析，剔除斜率突变的{P
n
}点后的线段S2A1，删选出椭圆段S1S2；
[0012]S7：利用最小二乘法构造椭圆拟合方程，并使用拉格朗日乘子进行求解符合筛选要求的特征向量得到D图；
[0013]S8：联立直线A1A3和步骤S7中椭圆拟合方程求得交点B1和交点P，得到E图，判断交点B1和交点P的距离，并取交点B1和交点P的连线的中点为最终焊点。
[0014]进一步的方案是，步骤S5中，只取C图中上半部分的{P
n
}点，再利用霍夫检测计算出直线A1A3。
[0015]进一步的方案是，步骤S6中，只取C图中直线A1A3下方的{P
n
}点进行切线斜率分析。
[0016]进一步的方案是，步骤S6中，按以下步骤对C图中S1S2A1A3轨迹上各个{P
n
}点的切线斜率分析：
[0017]a.设C图上某{P
n
}点的斜率计为K
x
，斜率突变的{P
n
}点横坐标为x
s
；
[0018]b.剔除S1S2A1A3轨迹中的弧线段，筛选出其中K
x1
>K
x2
的弧线段并记为椭圆段S1S2，其中x1>x2。
[0019]进一步的方案是，步骤S7中，按照以下方法进行椭圆拟合：
[0020]建立椭圆方程：Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0；
[0021]优化目标：令W＝[A,B,C,D,E,F]T
，X＝[x2,xy,y2,x,y,1]T
；
[0022]则优化目标为：
[0023]min||W
T
X||2＝W
T
XXW
[0024]s.t.W
T
W＝1；
[0025]构造拉格朗日函数：L(W)＝W
T
XXW
‑
α(W
T
W
‑
1)；
[0026]对其求导得零：
[0027][0028]即，XX
T
W
‑
αW＝0；
[0029]令，S＝XX
T
；
[0030]则，SW＝αW；
[0031]对S求解，筛选符合要求的特征向量得到D图。
[0032]本专利技术所设计的锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法，通过激光焊缝相交图像就能计算得到正确焊点位置，并有效应对锅炉膜式壁等具有曲面焊缝的工件。
附图说明
[0033]图1是已知工件参数建立的数学模型；
[0034]图2是实施例1中A图；
[0035]图3是实施例1中B图；
[0036]图4是实施例1中C图；
[0037]图5是实施例1中D图；
[0038]图6是实施例1中E图；
[0039]图7是实施例1中C图的数学模型图；
[0040]图8是实施例1中E图拟合效果图。
具体实施方式
[0041]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0042]实施例1。
[0043]如图1所示，本实施例描述的锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法，使用线形激光发射器发射线形激光照射在工件表面并与工件焊缝相交，并使用相机获取线形激光与工件焊缝
相交位置的图像，并按以下步骤进行焊点识别：
[0044]S1：使用相机获取激光焊缝相交的A图；由于线形激光发射器发射的激光平面与锅炉膜式壁管道相切得到的截面是个椭圆，所以锅炉膜式壁的左焊道部分俯视图为图A；
[0045]S2：对A图进行高斯滤波，并进行二值化得到B图；
[0046]S3：基于hessian矩阵的中心线提取方法对B图进行细化得到C图；
[0047]S4：保留C图中像素为255的点，得到S1S2A1A3轨迹，并将其上像素为255的点记为{P
n
}；
[0048]S5：利用霍夫检测计算出C图中长直的直线A1A3，得到D图，并沿直线方向往下寻找最下方的点得到直线段下端点A1；C图的模型图如图5所示，结合图1得知，直线A1A3为锅炉膜式壁扁钢的上平面，端点A1为扁钢相对金属管的边缘，即焊缝的其中一边；
[0049]S6：对C图中S1S2A1A3轨迹上各个{P
n
}点的切线斜率分析，剔除斜率突变的{P
n
}点后的线段S2A1，删选出椭圆段S1S2；这样，通过切线斜率分析剔除焊缝轨迹S2A1，从而提取出正确的椭圆段S1S2；
[0050]S7：利用最小二乘法构造椭圆拟合方程，并使用拉格朗日乘子进行求解符合筛选要求的特征向量得到D图；
[005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法，其特征是，使用线形激光发射器发射线形激光照射在工件表面并与工件焊缝相交，并使用相机获取线形激光与工件焊缝相交位置的图像，并按以下步骤进行焊点识别：S1：使用相机获取激光焊缝相交的A图；S2：对A图进行高斯滤波，并进行二值化得到B图；S3：基于hessian矩阵的中心线提取方法对B图进行细化得到C图；S4：保留C图中像素为255的点，得到S1S2A1A3轨迹，并将其上像素为255的点记为{P
n
}；S5：利用霍夫检测计算出C图中长直的直线A1A3，得到D图，并沿直线方向往下寻找最下方的点得到直线段下端点A1；S6：对C图中S1S2A1A3轨迹上各个{P
n
}点的切线斜率分析，剔除斜率突变的{P
n
}点后的线段S2A1，删选出椭圆段S1S2；S7：利用最小二乘法构造椭圆拟合方程，并使用拉格朗日乘子进行求解符合筛选要求的特征向量得到D图；S8：联立直线A1A3和步骤S7中椭圆拟合方程求得交点B1和交点P，得到E图，判断交点B1和交点P的距离，并取交点B1和交点P的连线的中点为最终焊点。2.根据权利要求1所述的锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法，其特征是，步骤S5中，只取C图中上半部分的{P
n
}点，再利用霍夫检测计算出直线A1A3。3.根据权利要求1所述的锅炉膜式壁的焊缝视觉识别方法，其特征是，步骤S6中，只取C图中直线A1A3下方的{P
n
}点进行切线斜率分析。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一刚，金军挺，程荣源，王美元，
申请(专利权)人：浙大宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：