CN109746597A - 应用相机跟踪焊缝的方法、系统以及焊接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了应用相机跟踪焊缝的方法、系统以及焊接设备，涉及焊接技术领域。所述方法包括：向工件表面投射线结构光，所述线结构光与焊缝交叉；以所述线结构光在工件表面的成像为目标区域，获取包含所述目标区域在内的源图像；将所述源图像处理成二值化图像；扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标，根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标。本发明实施例公开的技术方案，有利于对R型焊缝进行准确而快速的跟踪。
Description
技术领域
本发明实施例公开的技术方案涉及焊接技术领域，尤其涉及应用相机跟踪焊缝的方法、系统以及设备。
背景技术
焊接过程中跟踪焊缝的位置变化能够用于获取焊接坐标，对于实现焊接过程的自动化至关重要。
焊缝当中的“门缝焊缝”实质是一种R型焊缝。图1为一种R型焊缝的示意图。R型焊缝的主要特点是焊缝两侧的待焊工件(1、2)在焊缝处的形状为弧形，并且焊缝处待焊工件的弧形表面反射出的光线影响相机的成像，难以获得能够清晰显示焊缝的图像。
发明人在研究本发明的过程中发现，现有技术中要么不能跟踪R型焊缝，要么跟踪R型焊缝的效果不佳。
发明内容
本发明公开的技术方案至少能够解决以下技术问题：现有技术中焊接R型焊缝时，跟踪焊缝的相机要么不能跟踪R型焊缝，要么跟踪R型焊缝的效果不佳。
本发明的一个或者多个实施例公开了一种应用相机跟踪焊缝的方法，包括：向工件表面投射线结构光，所述线结构光与焊缝交叉；以所述线结构光在工件表面的成像为目标区域，获取包含所述目标区域在内的源图像；将所述源图像处理成二值化图像；扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标，根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标。
在本发明的一个或者多个实施例中，将所述源图像处理成二值化图像包括：对所述源图像进行二值化分割，使得所述目标区域的灰度值为255，所述目标区域以外的其余区域的灰度值为0，得到所述二值化图像。
在本发明的一个或者多个实施例中，在所述二值化图像中所述目标区域的灰度值为h，所述目标区域以外的其余区域的灰度值为g；扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标包括：灰度值从h变为g或者从g变为h视为灰度值变化1次；扫描所述二值化图像时，若第1次灰度值变化为g变为h，则所述交叉处所述线结构光一个端点的光条中心坐标为第2次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标，所述交叉处所述线结构光另一个端点的光条中心坐标为第3次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标；扫描所述二值化图像时，若第1次灰度值变化为h变为g，则所述交叉处所述线结构光一个端点的光条中心坐标为第1次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标，所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光另一个端点的光条中心坐标为第2次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标。
在本发明的一个或者多个实施例中，所述方法还包括：对所述源图像的灰度值进行均衡化处理，以提高所述源图像中焊缝区域与工件表面的对比度。
在本发明的一个或者多个实施例中，所述方法还包括：采用形态学的开运算对所述源图像的边缘进行边缘平滑处理，以提高所述源图像边缘的平滑度。
在本发明的一个或者多个实施例中，所述方法还包括：消除所述源图像灰度直方图中灰度值的离散点，以实现所述源图像的细化和平滑。
在本发明的一个或者多个实施例中，所述方法还包括：在扫描所述二值化图像前屏蔽所述二值化图像中所述目标区域的周边区域，以加快扫描所述二值化图像的速度。
在本发明的一个或者多个实施例中，根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标包括：对两个所述光条中心坐标进行平均求解，使得所述焊缝中心坐标位于两个所述光条中心坐标的中点。
本发明的一个或者多个实施例公开一种应用相机跟踪焊缝的系统，包括至少一个线结构光光源、至少一个相机以及至少一个电子装置。所述应用相机跟踪焊缝的系统用于实现上述任意一种应用相机跟踪焊缝的方法。
本发明的一个或者多个实施例公开一种焊接设备，包括至少一个应用相机跟踪焊缝的系统，所述应用相机跟踪焊缝的系统包括至少一个线结构光光源、至少一个相机以及至少一个电子装置。所述应用相机跟踪焊缝的系统用于实现上述任意一种应用相机跟踪焊缝的方法。
与现有技术相比，本发明公开的技术方案主要有以下有益效果：
在本发明的实施例中，所述应用相机跟踪焊缝的方法，通过向工件表面投射线结构光，并且所述线结构光与焊缝交叉，因而在工件表面能够形成清晰的线结构光投射区域，有利于捕捉所述线结构光在工件表面的成像。通过以所述线结构光在工件表面的成像为目标区域，获取包含所述目标区域在内的源图像，然后将所述源图像处理成二值化图像，有利于基于所述二值化图像扫描和计算。通过扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标，根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标，有利于根据所述焊缝中心坐标对R型焊缝进行准确而快速的跟踪。
附图说明
图1为R型焊缝的示意图；
图2为本发明的一实施例中应用相机跟踪焊缝的方法的示意图；
图3为本发明的一实施例中源图像变为二值化图像的一个简略的过程；
图4为本发明的一实施例中线结构光与焊缝的交叉处的焊缝中心坐标的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明的一实施例公开了一种应用相机跟踪焊缝的方法，应用于各种焊接设备对R型焊缝进行跟踪。
参考图2，为本发明的一实施例中应用相机跟踪焊缝的方法的示意图。
一种应用相机跟踪焊缝的方法，包括：
步骤1：向工件表面投射线结构光，所述线结构光与焊缝交叉。
步骤2：以所述线结构光在工件表面的成像为目标区域，获取包含所述目标区域在内的源图像。
步骤3：将所述源图像处理成二值化图像。
步骤4：扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标，根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标。
上述实施例中的应用相机跟踪焊缝的方法，通过向工件表面投射线结构光，并且所述线结构光与焊缝交叉，因而在工件表面能够形成清晰的线结构光投射区域，有利于捕捉所述线结构光在工件表面的成像。通过以所述线结构光在工件表面的成像为目标区域，获取包含所述目标区域在内的源图像，然后将所述源图像处理成二值化图像，有利于基于所述二值化图像扫描和计算。通过扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标，根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标，有利于根据所述焊缝中心坐标对R型焊缝进行准确而快速的跟踪。
在一种可能的实施方式中，在所述二值化图像中所述目标区域的灰度值为h，所述目标区域以外的其余区域的灰度值为g，扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标包括：灰度值从h变为g或者从g变为h视为灰度值变化1次；扫描所述二值化图像时，若第1次灰度值变化为g变为h，则所述交叉处所述线结构光一个端点的光条中心坐标为第2次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标，所述交叉处所述线结构光另一个端点的光条中心坐标为第3次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标；扫描所述二值化图像时，若第1次灰度值变化为h变为g，则所述交叉处所述线结构光一个端点的光条中心坐标为第1次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标，所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光另一个端点的光条中心坐标为第2次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标。上述获取所述线结构光两个端点的光条中心坐标的方法基于所述二值化图像的成像特点，步骤简约而高效，能够准确而高效地获得需要的光条中心坐标。
在一种可能的实施方式中，所述应用相机跟踪焊缝的方法还包括：对所述源图像的灰度值进行均衡化处理，以提高所述源图像中焊缝区域与工件表面的对比度。对所述源图像的灰度值进行均衡化处理指的是将所述直源图像的灰度直方图从比较集中的某个灰度区间变成在全部灰度范围内的均匀分布，对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同。
在一种可能的实施方式中，采用环形白色光源照射包含所述目标区域在内的工件表面，消除其余环境光的干扰。所述线结构光的颜色选用红色或者蓝色，有利于线结构光在工件表面形成清晰的线结构光投射区域。
参考图3，为本发明的一实施例中源图像变为二值化图像的一个简略的过程。本领域的技术人员应当了解，图3中示意的各图像并没有展示源图像，也不包括从源图像变为二值化图像的过程中所有阶段的图像，图3中示意的各图像只是示意性的展示。在图3中所述线结构光在工件表面的成像为目标区域10，对目标区域10虚拟有光条中心线101，所述光条中心线101作为定义所述焊缝中心坐标的坐标系中的一个维度的坐标轴。例如，以定义所述焊缝中心坐标的坐标系二维坐标系，则所述光条中心线101为所述二维坐标系一条坐标轴。
将所述源图像处理成二值化图像指的是将所述源图像上像素点的灰度值为0或255，也就是将整个所述源图像呈现出明显的黑白效果。因此在一种可能的实施方式中，将所述源图像处理成二值化图像包括：对所述源图像进行二值化分割，使得所述目标区域的灰度值为255，所述目标区域以外的其余区域的灰度值为0，得到所述二值化图像。在图3中由上往下的第一张图像为所述源图像的二值化图像。
将所述源图像变为所述二值化图像的过程还包括：采用形态学的开运算对所述源图像的边缘进行边缘平滑处理，以提高所述源图像边缘的平滑度。所述形态学的开运算指的是对所述源图像先进行腐蚀后进行膨胀，其中对所述源图像进行腐蚀是指删除所述源图像中某对象的边界的某些像素，对所述源图像进行膨胀是指给所述源图像中某对象的边界添加像素。在图3中由上往下的第二张图像为采用形态学的开运算对所述源图像的边缘进行边缘平滑处后的图像。
将所述源图像变为所述二值化图像的过程还包括：消除所述源图像灰度直方图中灰度值的离散点，以实现所述源图像的细化和平滑。
在扫描所述二值化图像前可以屏蔽所述二值化图像中所述目标区域的周边区域，以加快扫描所述二值化图像的速度。在图3中由上往下的第三张图像为屏蔽所述二值化图像中所述目标区域的周边区域后的图像。
参考图4，为本发明的一实施例中线结构光与焊缝的交叉处的焊缝中心坐标的示意图。根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标包括：对两个所述光条中心坐标进行平均求解，使得所述焊缝中心坐标位于两个所述光条中心坐标的中点。如图4中所示意的，所述光条中心线101作为定义所述焊缝中心坐标的坐标系中的一个维度的坐标轴，x1为所述交叉处所述线结构光一个端点的光条中心坐标的值，x2为所述交叉处所述线结构光另一个端点的光条中心坐标的值，则所述交叉处的焊缝中心坐标的值为(x1+x2)÷2。上述计算方法非常的简单，有利于提高跟踪焊缝时获取焊缝中心坐标的速度。
本发明的一实施例公开了一种应用相机跟踪焊缝的系统，包括至少一个线结构光光源、至少一个相机以及至少一个电子装置。所述线结构光光源用于向工件表面投射线结构光。所述线结构光与焊缝交叉。所述相机用于以所述线结构光在工件表面的成像为目标区域，获取包含所述目标区域在内的源图像。所述相机可以采用CCD(charge coupleddevice)相机。所述电子装置用于将所述源图像处理成二值化图像；扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标，根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标。所述电子装置可以是一台计算机。所述应用相机跟踪焊缝的系统还可以包括一个或者多个环形白色光源，用于照射包含所述目标区域在内的工件表面，消除其余环境光的干扰。
在一种可能的实施方式中，所述电子装置用于将所述源图像处理成二值化图像，具体为：对所述源图像进行二值化分割，使得所述目标区域的灰度值为255，所述目标区域以外的其余区域的灰度值为0，得到所述二值化图像。
在一种可能的实施方式中，在所述二值化图像中所述目标区域的灰度值为h，所述目标区域以外的其余区域的灰度值为g，所述电子装置用于扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标，具体为：灰度值从h变为g或者从g变为h视为灰度值变化1次；扫描所述二值化图像时，若第1次灰度值变化为g变为h，则所述交叉处所述线结构光一个端点的光条中心坐标为第2次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标，所述交叉处所述线结构光另一个端点的光条中心坐标为第3次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标；扫描所述二值化图像时，若第1次灰度值变化为h变为g，则所述交叉处所述线结构光一个端点的光条中心坐标为第1次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标，所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光另一个端点的光条中心坐标为第2次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标。
在一种可能的实施方式中，所述电子装置还用于：对所述源图像的灰度值进行均衡化处理，以提高所述源图像中焊缝区域与工件表面的对比度；采用形态学的开运算对所述源图像的边缘进行边缘平滑处理，以提高所述源图像边缘的平滑度；消除所述源图像灰度直方图中灰度值的离散点，以实现所述源图像的细化和平滑。
在一种可能的实施方式中，所述电子装置还用于在扫描所述二值化图像前屏蔽所述二值化图像中所述目标区域的周边区域，以加快扫描所述二值化图像的速度。
在一种可能的实施方式中，所述电子装置还用于根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标包括：对两个所述光条中心坐标进行平均求解，使得所述焊缝中心坐标位于两个所述光条中心坐标的中点。
本发明的一实施例公开了一种焊接设备，包括至少一个应用相机跟踪焊缝的系统，所述应用相机跟踪焊缝的系统包括至少一个线结构光光源、至少一个相机以及至少一个电子装置。所述应用相机跟踪焊缝的系统用于实现上述任意一种应用相机跟踪焊缝的方法。
当上述各个实施例中的技术方案使用到软件实现时，可以将实现上述各个实施例的计算机指令和/或数据存储在计算机可读介质中或作为可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质。以此为例但不限于此：计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。此外，任何连接可以适当的成为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光钎光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或者其他远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术包括在所属介质的定义中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种应用相机跟踪焊缝的方法，其特征在于，包括：向工件表面投射线结构光，所述线结构光与焊缝交叉；以所述线结构光在工件表面的成像为目标区域，获取包含所述目标区域在内的源图像；将所述源图像处理成二值化图像；扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标，根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标。
2.根据权利要求1所述应用相机跟踪焊缝的方法，其特征在于，将所述源图像处理成二值化图像包括：对所述源图像进行二值化分割，使得所述目标区域的灰度值为255，所述目标区域以外的其余区域的灰度值为0，得到所述二值化图像。
3.根据权利要求1所述应用相机跟踪焊缝的方法，其特征在于，在所述二值化图像中所述目标区域的灰度值为h，所述目标区域以外的其余区域的灰度值为g；扫描所述二值化图像并记录所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光两个端点的光条中心坐标包括：
灰度值从h变为g或者从g变为h视为灰度值变化1次；
扫描所述二值化图像时，若第1次灰度值变化为g变为h，则所述交叉处所述线结构光一个端点的光条中心坐标为第2次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标，所述交叉处所述线结构光另一个端点的光条中心坐标为第3次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标；
扫描所述二值化图像时，若第1次灰度值变化为h变为g，则所述交叉处所述线结构光一个端点的光条中心坐标为第1次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标，所述线结构光与所述焊缝的交叉处所述线结构光另一个端点的光条中心坐标为第2次灰度值变化时所述线结构光的光条中心坐标。
4.根据权利要求1所述应用相机跟踪焊缝的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述源图像的灰度值进行均衡化处理，以提高所述源图像中焊缝区域与工件表面的对比度。
5.根据权利要求4所述应用相机跟踪焊缝的方法，其特征在于，所述方法还包括：采用形态学的开运算对所述源图像的边缘进行边缘平滑处理，以提高所述源图像边缘的平滑度。
6.根据权利要求5所述应用相机跟踪焊缝的方法，其特征在于，所述方法还包括：消除所述源图像灰度直方图中灰度值的离散点，以实现所述源图像的细化和平滑。
7.根据权利要求1所述应用相机跟踪焊缝的方法，其特征在于，所述方法还包括：在扫描所述二值化图像前屏蔽所述二值化图像中所述目标区域的周边区域，以加快扫描所述二值化图像的速度。
8.根据权利要求1所述应用相机跟踪焊缝的方法，其特征在于，根据两个所述光条中心坐标计算所述交叉处的焊缝中心坐标包括：对两个所述光条中心坐标进行平均求解，使得所述焊缝中心坐标位于两个所述光条中心坐标的中点。
9.一种应用相机跟踪焊缝的系统，其特征在于，包括至少一个线结构光光源、至少一个相机以及至少一个电子装置，所述应用相机跟踪焊缝的系统用于实现权利要求1至8任意一项所述应用相机跟踪焊缝的方法。
10.一种焊接设备，其特征在于，包括至少一个应用相机跟踪焊缝的系统，所述应用相机跟踪焊缝的系统包括至少一个线结构光光源、至少一个相机以及至少一个电子装置，所述应用相机跟踪焊缝的系统用于实现权利要求1至8任意一项所述应用相机跟踪焊缝的方法。
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