CN101081455A - 铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服系统及方法，属于玻璃纤维铂金拉丝漏板加工制作技术领域。显微视觉伺服系统由视觉照明光源，显微镜头、成像器件、视频采集模块与视频处理计算机组成。显微视觉伺服方法实现漏嘴中心的精确定位，使得机器人能自动适应漏板的焊接过程热变形，实现精确的焊缝跟踪，包括：漏嘴中心的显微视觉快速定位方法和视觉伺服方法。漏嘴中心快速定位方法实现漏嘴中心粗定位，容噪能力强，定位过程简单快速，不牵涉到复杂运算，为运动控制系统提供漏嘴中心位置的实时反馈信息，实现漏嘴中心的显微视觉伺服精定位。
Description
发明的名称
本发明涉及玻璃纤维铂金拉丝漏板加工制作技术领域，尤其涉及一种铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服系统及方法。
背景技术
铂金拉丝漏板是玻璃纤维池窑拉丝作业的核心部件，是确保池窑拉丝产品质量和产量的关键。非熔化极的、非填料的焊接方法(如钨极弧焊、激光焊、等离子焊)是当前拉丝漏板加工制作中实现板嘴连接的主要方式，其中又以直流正接的、非填料的钨极弧焊工艺最为常用。但由于池窑铂金拉丝漏板和漏嘴本身的结构特点和板嘴弧焊连接的工艺要求、以及焊接过程中的热变形因素，使得这些池窑铂金拉丝漏板板嘴弧焊连接工艺难以实现自动化生产，长期以来依赖手工操作。
池窑铂金拉丝漏板具有以下特点：尺寸小(长度≤450mm，宽度≤70mm)，厚度薄(≤1.8mm)；材质为铂铑合金，价格昂贵；漏嘴多(800～2400个以上)，分布密度高。
漏嘴尺寸小(外径φD：2.3～3.5mm、内径φd：1.6～2.0mm)，壁厚b较薄(b＝0.2～0.7mm)，长度L短(L＝5～6mm)。
漏嘴与漏板之间的连接强度和气密性是对池窑拉丝漏板加工制作中板嘴连接工艺的核心要求，是确保拉丝漏板使用寿命和拉丝产品质量的关键。尽管目前有两种池窑拉丝漏板板嘴连接工艺，即整体冲压工艺和焊接工艺，但当前在玻璃纤维池窑拉丝用铂金漏板制作中，实现板嘴连接的主流方式是焊接工艺。
所谓整体冲压工艺就是在铂金底板上，利用整体漏板模具直接冲压拉伸出漏嘴，实现板、嘴一体。其优点是便于实现漏板加工中板嘴连接的自动化生产，但存在以下显著缺点：1)直接冲压拉伸出的漏嘴材质疏松，机械强度低，使用寿命短；2)冲压拉伸过程中常常出现个别漏嘴拉断、开裂现象，直接造成整体底板报废，浪费严重；3)漏嘴在漏板上排列非常紧密，单个漏嘴冲压模具空间非常狭窄，对模具结构设计、加工精度和材质要求极高；4)模具通用性差，很难满足不同规格的漏板加工制作需要。
焊接工艺则是先用不同的工艺方法独立完成漏板底板和漏嘴的加工制作，然后将漏嘴通过过盈配合预装到漏板底板上，最后用焊接方式实现漏嘴与漏板底板的连接，即板嘴焊接。因此，为了将完成某个漏嘴与漏板底板的连接，需要对板嘴结合处(即漏嘴外圆)进行焊接。也就是说，针对每个漏嘴的焊缝是漏嘴的整个外圆。焊接工艺的优点是：1)漏板底板加工和漏嘴加工彼此独立，能满足整个拉丝漏板对漏板底板和漏嘴的不同要求，从而有效克服了整体冲压工艺的诸多弊端；2)板嘴连接强度和连接气密性则通过独立的焊接工艺来保证。
但是，拉丝漏板产品对板嘴连接强度和连接气密性的高要求对实现板嘴连接的焊接工艺提出了很大的挑战。具体体现在：
1)漏嘴尺寸小，焊缝跟踪精度要求高(≤0.1mm)；同时由于漏板底板和漏嘴均为材质价格非常昂贵的铂铑合金，因此焊接工艺方面只能选择弧焊、激光焊、等离子焊等非熔化极的、非填料的焊接方法；
2)漏板底板薄，实现板嘴连接的焊接熔深要求达到底板厚度的80％。如1.5mm厚的漏板底板要求实现板嘴连接的焊接熔深达到1.2mm。对焊接熔深的要求导致弧焊成了最合适的选择。因为与弧焊相比，激光焊和等离子焊尽管具有热量更为集中、焊接精度更高的优点，但其最大的缺点是熔深小，通常只能达到0.6mm左右，不能满足漏板加工制作对板嘴连接深度的要求。另外激光焊和等离子焊设备昂贵。
3)对焊接过程中的焊接速度和焊接电流的控制非常高，否则很容易导致欠焊或者过焊。欠焊则熔深不够，影响连接强度和连接气密性；过焊则导致整个漏板报废。因为漏板材质为铂铑合金这种贵金属，比重很大，稍有过焊就导致合金熔滴成块滴落，导致漏板被焊穿。
4)漏板上漏嘴分布密度很高。不管采用何种焊接方式，都将导致漏板底板焊接发热量很大，导致漏板热变形。尽管玻璃纤维池窑拉丝漏板对漏板本身的尺寸精度要求不高，可以接受焊接热变形造成的尺寸误差。但板嘴焊接对漏板造成的热变形为拉丝漏板加工制作中实现板嘴焊接的自动化带来了极大的困难。实际测试表明，采用弧焊方式将尺寸为450mm×70mm的漏板在板嘴焊接完成后其最终变形将达到：长度伸长6～8mm，相当于偏移2～3个漏嘴位置，宽度收缩1～2mm。更主要的是漏板热变形程度与焊接工艺、焊接路径、环境温度、通风条件、冷却手段等紧密相关，而热变形的动态变化规律难以准确量化，因此到目前为止，拉丝漏板加工制作中的板嘴焊接均采用手工弧焊，不能应用通常的焊接机器人等自动化焊接设备来实现板嘴焊接过程的自动化。
通过手工弧焊来完成板嘴焊接，劳动强度大，焊接质量一致性差，废品率高，对焊工的技能要求很高，合格焊工的培训周期很长。
在玻璃纤维拉丝漏板的人工板嘴焊接过程中，工人的手、脚、眼、脑的作用分别如下：
眼：1)判断引弧是否成功、测量弧长，判断是否意外熄弧。2)定位引弧位置和焊接起始点，测量焊缝的位置和走向。
手：根据大脑的指令实现焊枪的移动和焊缝跟随。
脚：根据大脑的指令控制焊接电流；比如，当通过眼睛测量发现弧长过长，熔深过大，大脑发出抬脚减小焊接电流的指令。
脑：作为控制中枢，根据眼这个最重要的传感器的信息反馈以及大脑中储存的知识和经验来控制手脚的动作。
玻璃纤维拉丝漏板的人工板嘴焊接就是通过操作工人这个超级智能体的手、脚、眼、大脑的有机配合来实现的。用机器人取代焊工实现拉丝漏板板嘴自动焊接的具体途径是：
●用机械手来实现人的手和脚的运动输出功能；
●用机器视觉来取代人眼的视觉功能；
●用电脑来取代人脑实现人脑的知识库、经验库和控制决策功能。
其中，如何用机器视觉来取代人眼的视觉功能是用机器人实现铂金拉丝漏板板嘴弧焊连接自动化的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服系统及方法，以解决以下技术难点：1)显微视觉漏嘴中心快速定位技术：对显微视觉系统视场中成像的漏嘴实现其中心的快速定位；2)视觉伺服技术：将显微视觉的漏嘴中心快速定位结果与机器人运动控制系统结合，构成基于显微视觉漏嘴中心快速定位技术的运动控制闭环系统，即视觉伺服，将漏嘴中心最终成像在显微视觉的视场中心，实现漏嘴中心的精确定位，使得机器人能自动适应漏板的焊接过程热变形，实现精确的焊缝跟踪。
一种铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服系统，其特征在于：主要由视觉照明光源，显微镜头、成像器件、视频采集模块与视频处理计算机组成。
一种铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服方法，其特征在于包括以下内容：
(1)、在焊接一组漏嘴前，显微视觉伺服系统先对该组漏嘴中的每个漏嘴的中心进行定位，计算出该组漏嘴在漏板上的实际物理位置信息：
A、运动控制系统将显微视觉系统在空间上移动到待定位漏嘴的上方，保证待定位漏嘴能在显微视觉系统的成像区域内完整成像，此时显微视觉系统停止运动，采集漏嘴图像，然后对漏嘴图像进行识别，得出二维图像空间内的漏嘴中心位置信息，其中在二维图像空间内定位漏嘴中心的算法如下：
a)、扫描整个漏嘴图像，计算出漏嘴图像的灰度平均值，以此灰度平均值的0.8-1.0倍作为灰度基准阈值，扫描图像的每个像素，进行漏嘴图像的二值化处理，实现漏嘴图像从灰度空间到二值空间的转换，具体办法是：如某个像素的灰度值小于灰度基准阈值，则该像素值设为0，反之设为1；
b)、从水平方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；
c)、从垂直方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；
d)、从右下方45度方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；
e)、从左下方45度方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；
f)、至此得到一个与漏嘴内圆同心、边长为长度基准阈值的由1值像素组成的正八边形，求取该正八边形的中心即为该漏嘴在二维图像空间内的中心；
B、凭借运动控制系统的位置信息将二维图像空间内的漏嘴中心转换为漏嘴中心在漏板平面内的真实物理位置，实现漏嘴中心的实时显微视觉粗定位；
C、机器人运动控制系统与显微视觉定位系统构成一个闭环系统，运动控制系统根据显微视觉系统的粗定位结果调节其运动输出，直到通过实时图像识别出来的二维图像空间内的漏嘴中心与视觉系统的成像区域的中心两者完全重合，以最终得到该漏嘴中心的精确位置信息，即漏嘴中心的实时显微视觉精定位；
(2)、其中长度基准阈值由操作人员在进行机器人显微视觉系统标定过程中给定，其值取漏嘴内圆半径的0.4-1.0所对应的像素个数；
(3)、在实际焊接一组漏嘴的过程中，显微视觉系统进入等待状态，机器人运动控制系统根据实际定位的漏嘴中心精确位置信息来确定焊缝轨迹。
由于玻璃纤维铂金拉丝漏板板嘴弧焊连接对焊缝跟踪精度(即漏嘴中心定位精度)的要求比较高，焊接过程中漏板本身存在比较大的热变形，以及显微视觉系统本身存在成像误差，因此本发明实现了基于显微视觉的漏嘴中心快速定位技术，并与机器人运动控制系统结合，构成基于显微视觉漏嘴中心快速定位技术的运动控制闭环系统，实现漏嘴中心与显微视觉的视场中心的完全重合，完成漏嘴中心的精确定位，即漏嘴中心的显微视觉伺服定位方法。由于漏嘴中心粗定位方法不仅有效减小了漏嘴图像的成像噪声，而且定位过程简单快速，不牵涉到任何复杂的数学运算，从而确保能很好地为运动控制系统提供漏嘴中心定位的实时反馈信息，进而实现漏嘴中心的显微视觉伺服精定位，满足铂金拉丝漏板板嘴弧焊连接对焊缝跟踪精度的要求。利用本发明的显微视觉伺服系统及方法，可以实现漏嘴中心的精确定位，从而精确地确定出引弧位置和焊接起始点、以及焊缝的位置和走向。该系统和方法可应用于实现玻璃纤维铂金拉丝漏板板嘴焊接自动化的机器人或设备领域。
附图说明
图1：800孔铂金拉丝漏板漏嘴布局图
图2：铂金拉丝漏板板嘴弧焊连接机器人系统框图
图3：显微视觉系统布局图
图中标号名称：1.底板，2.加强筋分布线，3.漏嘴A，4.漏嘴B，5.漏嘴，6.工作台，7.漏板，8.视觉照明光源，9.显微镜头，10.成像器件。
具体实施方式
图1是800孔铂金拉丝漏板漏嘴布局图。
根据图2所示，玻璃纤维池窑铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人由工业控制计算机、焊接机械手、运动控制系统、显微视觉系统、弧况监控系统、焊接电流检测系统、以及焊接电源、水冷装置、氩气瓶组成。其中，通过对铂金拉丝漏板人工板嘴弧焊连接过程中的人眼视觉功能的分析，可以发现实现铂金拉丝漏板板嘴自动弧焊连接的机器人必须具备以下机器视觉功能：1)大尺寸范围的普通机器视觉功能，用来判断引弧是否成功、测量弧长、判断是否意外熄弧；2)用于漏嘴中心定位的显微机器视觉功能，从而确定引弧位置和焊接起始点、测量焊缝的位置和走向。因为漏嘴尺寸很小，故定位漏嘴中心需要采用显微机器视觉，即显微视觉。也就是说，本机器人需采用两套机器视觉系统，即普通机器视觉和显微视觉。
根据图3所示，本发明的铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服系统主要由视觉照明光源8，显微镜头9、成像器件10、视频采集模块与视频处理计算机组成，其中：
一、视觉照明光源
由于铂金拉丝漏板采用铂铑合金制作，表面光洁度较高，而且焊接过程中由于漏板发热变色，导致漏板的光学特性发生复杂的变化。这些因素对成像照明光源提出了苛刻的要求。本发明选用机器视觉专用的、能使金属表面边界线成像比较突出的低角度杯形蓝色LED光源对漏板进行面光照明，经实验测试表明其综合照明效果较好。为确保稳定的光照效果，照明光源应采用纹波较小的模拟型(非开关型)线性电源供电。
二、显微镜头
由于铂金拉丝漏板板嘴焊接中的漏嘴孔径φd较小(1.6～2.0mm)，壁厚b较薄(0.2～0.7mm)，要实现漏嘴中心的准确定位，普通机器视觉不能胜任，必须采用显微机器视觉。本发明选用X3显微镜头，即用放大倍数为3的显微镜头将目标物(一个完整的漏嘴外圆)放大并成像到一个完整的视场。镜头安装在CCD摄像头的前端，焦距手动调节。为确保漏嘴中心定位精度，显微镜头的影像畸变应尽量小。
三、成像器件
选用CCD或者CMOS两种类型的成像器件均可。其核心指标是成像器件的分辨率，是影响漏嘴中心定位精度的决定因素。本显微视觉子系统选用1/2″靶面的CCD，分辨率为768*576。这样，如果一个漏嘴成像在其中心2/3尺寸范围内，则成像尺寸达到384*384。即使以最大的漏嘴外径3.5mm计算，则理论定位精度可达到3.5/384＝0.009mm。试验表明，漏嘴中心平均定位精度为0.01mm，可以满足板嘴弧焊连接的工艺要求。
四、视频采集模块与视频处理计算机
视频处理计算机可选用基于PC架构或者PC-104架构的工业控制计算机，当然也可以是其它嵌入式实现形式。视频采集模块则根据视频处理计算机类型相应选择或自制。本系统中，采用一台基于PC的工业控制计算机来完成视频处理和整个机器人的控制，视频采集模块则选用基于PC的图像采集卡。
五、漏嘴中心定位与显微视觉伺服软件
本发明的显微视觉伺服体现在两个方面：一是漏嘴中心定位过程本身就是基于漏嘴中心识别的视觉伺服过程，属于全闭环的视觉伺服；二是机器人根据显微视觉对一个漏嘴组中所有漏嘴中心的精确定位结果来调节运动控制系统的运动输出，实现焊缝的自动跟随控制，一次完成该组漏嘴的板嘴弧焊连接，属于半闭环的视觉伺服。
显微视觉系统轴线垂直于漏板底板平面，在空间上与焊枪平行安装，其在三维笛卡儿空间的移动则通过焊接机器人的运动控制系统来实现。
在焊接一组漏嘴前，显微视觉伺服系统对该组漏嘴中的每个漏嘴中心进行定位。具体过程是：首先，运动控制系统将显微视觉系统在空间上移动到待定位漏嘴的上方，保证待定位漏嘴能在显微视觉系统的成像区域内完整成像；然后，通过图像识别软件在二维图像空间内定位漏嘴中心；再后，凭借运动控制系统的位置信息就能将二维图像空间内的漏嘴中心转换为漏嘴中心在漏板平面内的物理位置，实现漏嘴中心的实时显微视觉粗定位。最后，由于显微视觉定位系统与机器人运动控制系统构成一个全闭环系统，运动控制系统根据显微视觉系统的定位结果实时调节其运动输出，直到通过实时图像识别软件识别出来的二维图像空间内的漏嘴中心与视觉系统的成像区域的中心两者完全重合。因此，漏嘴中心定位的过程本身就是基于漏嘴中心识别的视觉伺服过程，其最大定位精度对应视觉成像系统的一个像素。
之所以在漏嘴中心定位过程中也要采用视觉伺服的方法，是因为从显微镜头制造的角度，任何显微镜头本身都存在一定的影像畸变，但镜头中心区域的影像畸变通常是最小的。因此，在漏嘴中心定位过程中采用视觉伺服将最大程度地提高漏嘴中心定位精度。
应该说明的是，如何保证运动控制系统能将显微视觉系统真正移动到指定的待定位的漏嘴上方，以确保该漏嘴能完整地成像系统成像空间内成像呢？因为漏板的焊接热变形是个渐变的过程，而在焊接每组漏嘴前，机器人将对该组漏嘴内的每个漏嘴进行中心定位，从而立即折算出漏板上所有漏嘴的近似实际物理位置。也就是说，漏板上所有漏嘴的近似实际物理位置将在焊接每组漏嘴前进行一次更新。这样就确保了运动控制系统总是能将指定漏嘴完整地成像在视觉系统成像空间内。
六、其它辅助硬件
由于铂金拉丝漏板板嘴弧焊连接过程中存在强烈的弧光辐射，如果成像器件直接或暴露在这种强弧光下，将立即导致成像器件损坏。因此，必须对成像器件采取保护措施，具体办法是：在焊枪组件上增加弧光遮挡屏，避免弧光对成像器件的直接辐射；同时制作一种用焊接专用黑玻璃制成的杯形罩将显微镜头和成像器件罩起来，进一步减小弧光对成像器件的辐射影响。
下面以一具体例子说明铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服系统的具体工作方法：
(1)、在焊接一组漏嘴前，显微视觉伺服系统先对该组漏嘴中的每个漏嘴的中心进行定位，计算出该组漏嘴在漏板上的实际物理位置信息：
A、运动控制系统将显微视觉系统在空间上移动到待定位漏嘴的上方，保证待定位漏嘴能在显微视觉系统的成像区域内完整成像。此时显微视觉系统停止运动，对待定位漏嘴连续成像三次，将所拍摄的三幅图像叠加并进行算术平均取整(去除随机噪声)，完成漏嘴图像的采集，然后对漏嘴图像进行识别，得出二维图像空间内的漏嘴中心位置信息，其中在二维图像空间内定位漏嘴中心的算法如下：
a)扫描整个漏嘴图像，计算出漏嘴图像的灰度平均值。以此灰度平均值作为灰度基准阈值，扫描图像的每个像素，进行漏嘴图像的二值化处理，实现漏嘴图像从灰度空间到二值空间的转换。具体办法是：如某个像素的灰度值小于灰度基准阈值，则该像素值设为0，反之设为1；以8×8点阵灰度图像为例，其灰度基准阈值＝7707/(8*8)＝120；
| 56 | 148 | 28 | 45 | 168 | 78 | 50 | 145 |
| 58 | 128 | 96 | 135 | 200 | 198 | 100 | 130 |
| 45 | 49 | 128 | 157 | 230 | 208 | 207 | 145 |
| 155 | 80 | 125 | 149 | 153 | 178 | 129 | 38 |
| 57 | 128 | 120 | 128 | 160 | 196 | 75 | 127 |
| 45 | 56 | 88 | 136 | 145 | 128 | 57 | 159 |
| 68 | 148 | 56 | 175 | 155 | 38 | 144 | 56 |
| 155 | 80 | 99 | 235 | 190 | 158 | 50 | 156 |
相应的8×8二值图像如下：
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
b)从水平方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；若长度基准阈值为2，则上述8×8二值图像经处理后结果如下：
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
c)从垂直方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；若长度基准阈值为2，则上述8×8二值图像经处理后结果如下：
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
d)从右下方45度方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；若长度基准阈值为2，则上述8×8二值图像经处理后结果如下：
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
e)从左下方45度方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；若长度基准阈值为2，则上述8×8二值图像经处理后结果如下：
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
f)至此得到一个与漏嘴内圆同心、边长(以象素个数表示)近似为长度基准阈值的由1值像素组成的正八边形，求取该正八边形的中心即为该漏嘴在二维图像空间内的中心；
B、凭借运动控制系统的位置信息将二维图像空间内的漏嘴中心转换为漏嘴中心在漏板平面内的真实物理位置，实现漏嘴中心的实时显微视觉粗定位；
C、机器人运动控制系统与显微视觉定位系统构成一个闭环系统，运动控制系统根据显微视觉系统的粗定位结果调节其运动输出，直到通过实时图像识别出来的二维图像空间内的漏嘴中心与视觉系统的成像区域的中心两者完全重合，以最终得到该漏嘴中心的精确位置信息，即漏嘴中心的实时显微视觉精定位；
(2)、在实际焊接一组漏嘴的过程中，显微视觉系统进入等待状态，机器人运动控制系统根据实际定位的漏嘴中心位置来确定焊缝轨迹；
(3)、长度基准阈值由操作人员在进行机器人显微视觉系统标定过程中给定，其值取漏嘴内圆半径的2/3所对应的像素个数。
其他说明：当然，以上第b)步骤-e)步骤的目的是去除成像噪声，特别是漏嘴内圆的边缘成像噪声，且第b)步骤-e)步骤的顺序是可以交换的。
Claims (4)
1、一种铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服系统，其特征在于：主要由视觉照明光源，显微镜头、成像器件、视频采集模块与视频处理计算机组成。
2、一种铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服方法，其特征在于包括以下内容：
(1)、在焊接一组漏嘴前，显微视觉伺服系统先对该组漏嘴中的每个漏嘴的中心进行定位，计算出该组漏嘴在漏板上的实际物理位置信息：
A、运动控制系统将显微视觉系统在空间上移动到待定位漏嘴的上方，保证待定位漏嘴能在显微视觉系统的成像区域内完整成像，此时显微视觉系统停止运动，采集漏嘴图像，然后对漏嘴图像进行识别，得出二维图像空间内的漏嘴中心位置信息，其中在二维图像空间内定位漏嘴中心的算法如下：
a)扫描整个漏嘴图像，计算出漏嘴图像的灰度平均值，以此灰度平均值的0.8-1.0倍作为灰度基准阈值，扫描图像的每个像素，进行漏嘴图像的二值化处理，实现漏嘴图像从灰度空间到二值空间的转换，具体办法是：如某个像素的灰度值小于灰度基准阈值，则该像素值设为0，反之设为1；
b)从水平方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；
c)从垂直方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；
d)从右下方45度方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；
e)从左下方45度方向扫描经上一步处理得到的图像，当连续的1值像素的个数小于长度基准阈值时，则将这些1值像素的值设为0；
f)至此得到一个与漏嘴内圆同心、边长为长度基准阈值的由1值像素组成的正八边形，求取该正八边形的中心即为该漏嘴在二维图像空间内的中心；
B、凭借运动控制系统的位置信息将二维图像空间内的漏嘴中心转换为漏嘴中心在漏板平面内的真实物理位置，实现漏嘴中心的实时显微视觉粗定位；
C、机器人运动控制系统与显微视觉定位系统构成一个闭环系统，运动控制系统根据显微视觉系统的粗定位结果调节其运动输出，直到通过实时图像识别出来的二维图像空间内的漏嘴中心与视觉系统的成像区域的中心两者完全重合，以最终得到该漏嘴中心的精确位置信息，即漏嘴中心的实时显微视觉精定位；
(2)、其中长度基准阈值由操作人员在进行机器人显微视觉系统标定过程中给定，其值取漏嘴内圆半径的0.4-1.0所对应的像素个数；
(3)、在实际焊接一组漏嘴的过程中，显微视觉系统进入等待状态，机器人运动控制系统根据实际定位的漏嘴中心精确位置信息来确定焊缝轨迹。
3、根据权利要求2所述的铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服方法，其特征在于：在对待定位漏嘴进行图像采集时，采用连续三次成像，并将所采集的三幅图像叠加后进行算术平均取整以去除随机噪声的方法完成。
4、根据权利要求2所述的铂金拉丝漏板板嘴弧焊机器人的显微视觉伺服方法，其特征在于：所述的长度基准阈值取漏嘴内圆半径的0.75所对应的像素个数。
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