CN103752992B - 一种角焊缝识别装置及其焊接控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角焊缝识别装置及其焊接控制方法，属于自动焊接技术领域。其中焊缝识别装置包括图机架、像信息处理器、摄像头和DSP运动控制器，其中摄像头采集焊缝图像信息并发送至图像信息处理器，图像信息处理器发送焊缝坐标信号至DSP运动控制器，DSP运动控制器控制焊枪动作，机架上设置了焊枪和测距装置，所述的测距装置发送距离信号至所述的DSP运动控制器，相应控制方法通过摄像头采集图像信息，图像信息处理器完成焊缝位置粗定位，再将图像信息处理器中的焊缝坐标信息和红外测距装置的距离信号输入到DSP运动控制器中进行精确定位，焊枪根据DSP运动控制器的引导和定标进行焊接工作。

Description

一种角焊缝识别装置及其焊接控制方法

技术领域

本发明涉及自动焊接技术领域，具体是指一种基于红外测距的角焊缝识别装置及其焊接控制方法。

背景技术

焊缝识别的方法主要有人工手动控制、机器人示教或离线编程的方式进行焊缝路径的识别，焊接过程中是重复预先设定的动作，这种焊缝识别的方法只适用于批量的同一焊接程序的焊接工作，但是在实际生产中，遇到单一的不同轨迹焊缝需要焊接时，就需要不断的调整程序，造成焊接工作效率较低。

也有公开号为CN101559512的中国发明专利公开了基于激光测距的平板对接焊缝焊接轨迹检测与控制方法，通过激光传感器横向扫描获取焊缝轮廓的信息，经过有效的滤波处理后进行焊缝重建，实现焊缝的三维检测，基于焊缝信息可以实现自动焊接，但是由于仅以激光传感器扫描获取焊缝信息，导致处理过程的算法比较复杂，控制过程也相对繁琐。

发明内容

本发明提供了一种角焊缝识别装置及其焊接控制方法，能够通过相对简单的方式得到精度较高的焊缝信息，焊接控制方法也较简单。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种角焊缝识别装置，包括图像信息处理器、摄像头和机架，其中摄像头采集焊缝图像信息并发送至图像信息处理器，图像信息处理器和一DSP运动控制器通信，机架由作为底座的横杆、垂直滑动连接在横杆上的支柱和滑动连接在支柱上的承载杆体组成，承载杆体上滑动连接了焊枪，承载杆体上还滑动连接了测距装置，所述的测距装置发送焊缝距离信号至DSP运动控制器，DSP运动控制器发送控制信号至所述的支柱、承载杆体和焊枪的驱动装置。在本方案中，图像信息处理器可以采用计算机完成，而摄像头也可以架设在所述的机架上面。

作为优选，所述的焊枪通过受DSP运动控制器控制的第一滑动连接件连接在所述的承载杆体上，所述的第一滑动连接件上设有可上下移动的连接块，所述的焊枪连接在所述的连接块上。

作为优选，所述的测距装置通过受DSP运动控制器控制的第二滑动连接件连接在所述的承载杆体上。

作为优选，所述的测距装置为红外测距装置并有两个，分别为水平方向测距装置和竖直方向测距装置。

作为优选，所述的摄像头有1-4个。

一种角焊缝识别装置的焊接控制方法，其特征在于：包括两个设置在装置机架上的测距装置，采用如下步骤

1）图像采集：摄像头对焊接工件的整条焊缝信息进行采集，将轮廓信息输入至图像信息处理器；

2）焊缝位置粗定位：图像信息处理器对图像信息进行背景和焊缝图像区分处理，输出焊缝的水平坐标位置；

3）焊缝位置细定位和焊枪控制：将图像信息处理器中的焊缝坐标信息和红外测距装置的距离信号输入到DSP运动控制器中，进行水平坐标的精准定位，通过竖直方向上的红外测距装置，定位竖直方向焊枪移动距离，DSP运动控制器控制机架的支柱和承载杆体以及第一滑动连接件来引导和定标焊枪进行焊接工作。

作为优选，所述的图像信息进行背景和焊缝图像区分处理过程首先进行滤波处理，然后是二值化处理，对焊缝边缘进行检测，并且删除不需要焊接的部分，补充需要焊接部分。

作为优选，所述的滤波处理过程是对采集到的图像进行中值滤波处理以去除图像上的噪点。

作为优选，所述的二值化处理采用动态阈值法选择法确定阈值的大小，阈值将所有像素点区分为两类，一类为背景，一类为焊缝，焊缝处的灰度值大于背景处的灰度值，从而将焊缝与背景分开，得到焊缝的二值化图像，以二值化图像确定焊缝边缘。

作为优选，步骤3）中水平和竖直方向上的红外测距装置发射红外线，将返回的电流电压值发送至DSP运动控制器接收，DSP运动控制器确定焊缝的坐标和竖直方向上焊枪需要移动的距离。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：以摄像头和红外测距装置分从获取焊缝图像和距离的信息，可以做到精确的识别角焊缝，以便DSP运动控制器控制焊枪完成各种工况下的自动焊接，焊缝识别方便相对简便，将焊缝图像信息和距离信号分开获取、综合运用，简化了焊缝识别计算算法，又能准确确定焊缝，DSP运动控制器主要是通过对于机架的可以滑动的支柱和承载杆体以及第一滑动连接件的运动控制来实现焊枪的焊接过程进行精确控制；在图像处理过程中采用了二值化处理办法，可以得到焊缝边缘，同时结合了红外测距装置进一步精确定位，便于DSP运动控制器的控制计算。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1为本发明装置结构框图示意图；

图2为本发明装置结构示意图；

图3为本发明控制方法流程图；

图4本发明焊缝位置粗定位流程图。

具体实施方式

如图1-2所示，一种角焊缝识别装置，本装置组成包括了两个部分，其一为图像信息采集和处理部分包括图像信息处理器和摄像头，其二是由一机架为柱体的机械部分，其中摄像头采集焊缝图像信息并发送至图像信息处理器，图像信息处理器和一DSP运动控制器通信，机架由作为底座的横杆1、垂直滑动连接在横杆1上的支柱2和滑动连接在支柱上的承载杆体3组成，承载杆体3上滑动连接了焊枪4，承载杆体3上还滑动连接了测距装置，所述的测距装置发送焊缝距离信号至DSP运动控制器，DSP运动控制器发送控制信号至所述的支柱2、承载杆体3和焊枪4的驱动装置。图像信息处理器可以是采用计算机，摄像头将图像信息发送至计算机进行处理，摄像头可以安装在所述的承载杆体3上，DSP运动控制器则根据图像信息和测距装置的距离信息控制焊枪自动焊接，由于有两组数据支持，所以DSP运动控制器控制算法相对简单，横杆1、支柱2和承载杆体3都是受DSP运动控制器的控制而运动进而可以对焊枪进行精确控制。

所述的焊枪4和承载杆体3之间通过第一滑动连接件5连接，而第一滑动连接件5又收到了DSP运动控制器控制，所述的焊枪4可以沿着承载杆体3上滑动，所述的第一滑动连接件5上设有可上下移动的连接块51，所述的焊枪4连接在所述的连接块51上，连接块51带动焊枪4在竖直方向上运动，可以对焊枪4的高度进行微调，而连接块51也是受到DSP运动控制器控制的。

所述的测距装置通过受DSP运动控制器控制的第二滑动连接件6连接在所述的承载杆体3上。所述的测距装置为红外测距装置并有两个，分别为水平方向测距装置7和竖直方向测距装置8。所述水平方向测距装置7和竖直方向测距装置8分别要确定焊缝的具体形状和具体焊枪的精确距离，红外测距装置工作原理是成熟技术，从水平方向和竖直方向得到焊缝的两组数据，便于DSP运动控制进行计算处理，进一步方便计算方法。

关于DSP运动控制器对于横杆1、支柱2、承载杆体3、第一滑动连接件、第二滑动连接件6以及连接块51的控制技术本身是比较成熟的，因此不再赘述。

为了能够保证摄像头获取的图像信息覆盖整个工件，根据工件大小，所述的摄像头有1-4个。

如图3-4所示，一种角焊缝识别装置的焊接控制方法，包括两个设置在装置机架上的测距装置，采用如下步骤

1）图像采集：摄像头对焊接工件的整条焊缝信息进行采集，将轮廓信息输入至图像信息处理器；

2）焊缝位置粗定位：图像信息处理器对图像信息进行背景和焊缝图像区分处理，输出焊缝的水平坐标位置；

3）焊缝位置细定位和焊枪控制：将图像信息处理器中的焊缝坐标信息和红外测距装置的距离信号输入到DSP运动控制器中，进行水平坐标的精准定位，通过竖直方向上的红外测距装置，定位竖直方向焊枪移动距离，DSP运动控制器控制机架的支柱和承载杆体以及第一滑动连接件来引导和定标焊枪进行焊接工作。

如图3中通过滤波和二值化完成对图像信息的处理，而边缘检测和坐标位置输出则是对焊缝信息的提取，其中

所述的图像信息进行背景和焊缝图像区分处理过程首先进行滤波处理，然后是二值化处理，对焊缝边缘进行检测，并且删除不需要焊接的部分，补充需要焊接部分。

所述的滤波处理过程是对采集到的图像进行中值滤波处理以去除图像上的噪点。

所述的二值化处理采用动态阈值法选择法确定阈值的大小，阈值将所有像素点区分为两类，一类为背景，一类为焊缝，焊缝处的灰度值大于背景处的灰度值，从而将焊缝与背景分开，得到焊缝的二值化图像，以二值化图像确定焊缝边缘。

通过上述的方式，图像信息被精确处理，保证了焊缝图像的完整性和准确性，为实现对焊接过程的精确控制提供数据支持。

步骤3）中水平和竖直方向上的红外测距装置发射红外线，将返回的电流电压值发送至DSP运动控制器接收，DSP运动控制器确定焊缝的坐标和竖直方向上焊枪需要移动的距离。

为了进一步明确本实施例，步骤2）中的阀值确定方法和焊缝信息的计算方法如下：

1、阈值的确定有首先要定义图像：

F_M×N＝[f(x，y)]_M×N

M×N为图像大小，f(x,y)∈﹛0,1，…，L-1﹜为L级灰度级值。灰度值i的

像素点个数为n_i,其出现概率为：

$p_i=\frac{n_i}{M\×N},$ 且p_i≥0， $\underset{i=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=1$

S1和S2为背景和焊缝的出现概率，分别为：

$P_1=\underset{i=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i$

$P_2=\underset{i=T+1}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i$

P₁+P₂＝1

S1和S2的类内中心为

${\mathrm{\ω}}_1=\underset{i=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ip}}_i$

${\mathrm{\ω}}_2=\underset{i=T+1}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ip}}_i$

由此得出S1和S2的类间方差为

σ²＝P₁(ω₁-ω₀)²+P₂(ω₂-ω₀)²＝P₁P₂(ω₂-ω₁)²

最优阈值判别式如下：

σ²(T^＊)＝maxσ²(T)

式中，T即为阀值。

2、焊缝提取，利用Canny算子提取焊缝边缘，设定图像Ip,q，计算图像上每个像素的梯度M和方向Q，采用2×2模板作为对q方向和p方向的偏微分的一阶近似[3～5]，梯度大小M和方向Q为

M＝sqrt(p×p+q×q)， $Q=\arctan \left(\frac{q}{p}\right)$

对梯度图像进行非极大值抑制。像素Ii,j的梯度方向Qi,j可被定义为如下四个区之一，具体如表1所示

2	3	4
			1	I(i，j)	1
4	3	2

表1

在每一点上，领域的中心像素Ii,j与沿着梯度方向Q(i,j)的连个元素进行比较，如果在领域中心点处的梯度值Mi,j不比沿梯度线方向上的两个相邻幅值大，则把Ii,j的灰度设为零。

对梯度图像进行双阈值操作和边缘连接。选用两个阈值T1和T2，T2=2×T1,。如果像素点的梯度值Mi,j≥T2，则将此像素点标记为边缘像素点；若梯度值Mi,j≤T1，则将此像素点标记为非边缘像素点；T1＜M(i,j)＜T2则将此像素点标记为准像素点。标记完成后，搜索途中的准像素点，并选择其8个领域点的位置，将梯度值大于T2的点标记为边缘。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (5)

1.一种角焊缝识别装置的焊接控制方法，其中角焊缝识别装置包括图像信息处理器、摄像头和机架，其中摄像头采集焊缝图像信息并发送至图像信息处理器，图像信息处理器和一DSP运动控制器通信，机架由作为底座的横杆（1）、垂直滑动连接在横杆（1）上的支柱（2）和滑动连接在支柱上的承载杆体（3）组成，承载杆体（3）上滑动连接了焊枪（4），承载杆体（3）上还滑动连接了测距装置，所述的测距装置发送焊缝距离信号至DSP运动控制器，DSP运动控制器发送控制信号至所述的支柱（2）、承载杆体（3）和焊枪（4）的驱动装置，所述的焊枪（4）通过受DSP运动控制器控制的第一滑动连接件（5）连接在所述的承载杆体（3）上，所述的第一滑动连接件（5）上设有可上下移动的连接块（51），所述的焊枪（4）连接在所述的连接块（51）上，其特征在于：包括两个红外测距装置，分别为水平方向测距装置（7）和竖直方向测距装置（8），采用如下步骤

1）图像采集：摄像头对焊接工件的整条焊缝信息进行采集，将轮廓信息输入至图像信息处理器；

2）焊缝位置粗定位：图像信息处理器对图像信息进行背景和焊缝图像区分处理，输出焊缝的水平坐标位置；

3）焊缝位置细定位和焊枪控制：将图像信息处理器中的焊缝坐标信息和水平方向上的红外测距装置的距离信号输入到DSP运动控制器中，进行水平坐标的精准定位，通过竖直方向上的红外测距装置，定位竖直方向焊枪移动距离，DSP运动控制器控制机架的支柱和承载杆体以及第一滑动连接件来引导和定标焊枪进行焊接工作。

2.根据权利要求1所述的焊接控制方法，其特征在于：所述的图像信息进行背景和焊缝图像区分处理过程首先进行滤波处理，然后是二值化处理，对焊缝边缘进行检测，并且删除不需要焊接的部分，补充需要焊接部分。

3.根据权利要求2所述的焊接控制方法，其特征在于：所述的滤波处理是对采集到的图像进行中值滤波处理以去除图像上的噪点。

4.根据权利要求2所述的焊接控制方法，其特征在于：所述的二值化处理采用动态阈值选择法确定阈值的大小，阈值将所有像素点区分为两类，一类为背景，一类为焊缝，焊缝处的灰度值大于背景处的灰度值，从而将焊缝与背景分开，得到焊缝的二值化图像，以二值化图像确定焊缝边缘。

5.根据权利要求1所述的焊接控制方法，其特征在于：步骤3）中水平和竖直方向上的红外测距装置发射红外线，将返回的电流电压值发送至DSP运动控制器接收，DSP运动控制器确定焊缝的水平坐标和竖直方向上焊枪需要移动的距离。