CN111451623A - 一种等离子焊缝跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等离子焊缝跟踪装置，其包括激光发射装置、图像获取装置、等离子焊接装置和控制装置；所述控制装置分别与激光发射装置、图像获取装置、焊接装置电性连接；所述激光发射装置用于在产生激光条纹，所述激光条纹与焊缝相交；所述图像获取装置用于获取包含激光条纹的焊缝图像；所述控制装置用于根据所述焊缝图像计算出焊缝在等离子焊接装置坐标系下的坐标，根据所述坐标控制所述等离子焊接装置进行移动。本发明在焊接过程中实现了对焊缝的自动跟踪，实现了焊接的自动化，极大地提高了焊接的效率。

Description

一种等离子焊缝跟踪装置

技术领域

本发明涉及焊缝跟踪领域，具体涉及一种等离子焊缝跟踪装置。

背景技术

焊接机器人是工业自动化必不可少的设备之一，要实现焊接机器人的自动焊接，就需要实现焊缝的跟踪，现有技术中，焊接机器人对焊缝的跟踪往往采用的是示教再现的模式，但是这种模式往往会由于焊接过程中焊接物体高温变形而导致焊缝产生位移，这样就会导致焊接不准确。因此，我们需要一种能够实时对焊缝进行跟踪的装置，以实现准确高效地焊接。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种等离子焊缝跟踪装置，其包括激光发射装置、图像获取装置、等离子焊接装置和控制装置；

所述控制装置分别与激光发射装置、图像获取装置、焊接装置电性连接；

所述激光发射装置用于在产生激光条纹，所述激光条纹与焊缝相交；

所述图像获取装置用于获取包含激光条纹的焊缝图像；

所述控制装置用于根据所述焊缝图像计算出焊缝在等离子焊接装置坐标系下的坐标，根据所述坐标控制所述等离子焊接装置进行移动。

本发明的有益效果为：本发明在焊接过程中实现了对焊缝的自动跟踪，实现了焊接的自动化，极大地提高了焊接的效率。通过对焊缝图像进行识别的方式来实时确定焊缝在焊接装置坐标系下的坐标，从而避免了焊接过程中焊接物体由于高温变形导致的焊缝位置移动导致示教再现模式的焊接方式焊接不准确的问题，有效地提高了焊接的质量。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1，为本发明一种等离子焊缝跟踪装置的一种示例性实施例图。

附图标记：

激光发射装置1、图像获取装置2、等离子焊接装置3、控制装置4。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明的一种等离子焊缝跟踪装置，其包括激光发射装置1、图像获取装置2、等离子焊接装置3和控制装置4；

所述控制装置4分别与激光发射装置1、图像获取装置2、焊接装置电性连接；

所述激光发射装置1用于在产生激光条纹，所述激光条纹与焊缝相交；

所述图像获取装置2用于获取包含激光条纹的焊缝图像；

所述控制装置4用于根据所述焊缝图像计算出焊缝在等离子焊接装置3坐标系下的坐标，根据所述坐标控制所述等离子焊接装置3进行移动。

本发明上述实施例，焊接过程中实现了对焊缝的自动跟踪，实现了焊接的自动化，极大地提高了焊接的效率。通过对焊缝图像进行识别的方式来实时确定焊缝在焊接装置坐标系下的坐标，从而避免了焊接过程中焊接物体由于高温变形导致的焊缝位置移动导致示教再现模式的焊接方式焊接不准确的问题，有效地提高了焊接的质量。

在一种实施方式中，所述图像获取装置2的一侧与所述激光发射装置1连接，另一侧与所述等离子焊接装置3连接。

在一种实施方式中，所述图像获取装置2包括相机和滤光片，所述滤光片设置在所述相机的镜头前面，用于对进入所述镜头的光线进行过滤。

在一种实施方式中，所述滤光片为窄带滤光片。

本发明上述实施方式，通过设置窄带滤光片的方式对进入镜头的光线进行过滤，可以有效降低焊接时产生的强光、烟尘等对图像获取装置2的获取的焊缝图像的质量的影响。

在一种实施方式中，所述等离子焊接装置3为等离子焊枪。

在一种实施方式中，所述控制装置4包括控制柜和上位机，所述上位机与所述控制柜电性连接，所述控制柜与所述等离子焊接装置3电性连接；

所述控制柜用于控制所述等离子焊接装置3的运动；

所述上位机用于根据所述焊缝图像计算出焊缝在等离子焊接装置3坐标系下的坐标。

本发明上述实施方式，将焊缝的坐标转换到等离子焊接装置3的坐标系中，可以更为方便地计算等离子焊接装置3下一步需要移动的位置。

在一种实施方式中，所述上位机为台式电脑。

在另一种实施方式中，所述上位机为平板电脑。

在一种实施方式中，所述上位机包括判断模块，降噪模块，特征点识别模块，坐标计算模块；

所述判断模块用于对焊缝图像的质量进行评估，将不符合预设条件的焊缝图像进行删除，将符合预设条件的焊缝图像发送到降噪模块；

所述降噪模块用于对所述焊缝图像进行降噪处理，得到降噪图像；

所述特征点识别模块用于从所述降噪图像中识别出激光条纹的在焊缝两侧的起点；

所述坐标计算模块用于根据所述起点在降噪图像中的坐标计算出焊缝在降噪图像中的坐标，并将焊缝在降噪图像中的坐标转化为焊缝在等离子焊接装置3坐标系下的坐标。

在一种实施方式中，所述对焊缝图像的质量进行评估，包括：

对所述焊缝图像进行灰度化处理，得到灰度图像；

计算所述灰度图像的质量分数：

上式中，PS表示质量分数，α1、α2、α3均为预设的权重系数，α1+α2+α3＝1，aveg表示灰度图像的灰度均值，nump表示灰度图像的像素点的总数，JH表示灰度图像的所有像素点的坐标的集合，(x,y)表示像素点的坐标，f_i表示第i个像素点的灰度值，f(x,y)表示坐标为(x,y)处的像素点的灰度值，β表示质量预设在常数型质量因子；

将PS与预设的质量判断阈值psthre进行比较，若ps大于psthre，则表示所述灰度图像符合预设条件；否则，所述灰度图像不符合预设条件，通过图像获取装置2重新获取焊缝图像。

本发明上述实施方式，通过灰度均值，像素点的总数、梯度、灰度等参数计算灰度图像的质量分数，可以全面而客观地得到图像的质量情况。对于没通过质量评估的焊缝图像，判断模块进行了删除，然后通过图像获取装置2重新获取，避免了因为焊缝图像质量低导致的焊缝坐标识别不准确的问题，提高了焊缝跟踪装置的跟踪准确性。

在一种实施方式中，所述对所述焊缝图像进行降噪处理，得到降噪图像，包括：

使用四叉树划分算法对所述降噪图像进行图像块划分处理，得到多个图像块；

对每个图像块，分别进行降噪处理，从而得到降噪图像。

在一种实施方式中，所述使用四叉树划分算法对所述降噪图像进行图像块划分处理，得到多个图像块，包括：

对于焊缝图像，使用四叉树分块算法对其进行多次分块处理，直到划分得到的图像块的分块指数小于分块阈值fkthre或图像块的面积小于预设的分块面积阈值fkmthre；

所述分块指数通过如下方式进行计算：

fk＝δ1×(bmax-bmin)+δ2×fc

上式中，fk表示分块指数，δ1、δ2表示预设的分块权重系数，bmax表示所述图像块中的灰度最大值，bmin表示图像块中的灰度最小值，fc表示图像块中的灰度方差。

本发明上述实施方式，在进行降噪处理前先用四叉树划分算法进行多次的划分，得到多个区块，可以有效地避免传统的全局降噪算法适应性差的问题，因为图像的每一块区域之间的差异可能很大，如果采用全局降噪的方式，并不能对不同的区域进行适应性地降噪，势必产生降噪效果差的问题。而分块降噪的方式可以为不同的图像块使用自适应的降噪手段在进行降噪，使得降噪效果更好。在是否进一步划分图像块时考虑了图像块中的灰度最大值、最小值以及灰度方差，可以使得图像块中像素点灰度值差异程度低于预设的分块阈值的图像块不再进行区块的划分，从而提高降噪的效率。

在一种实施方式中，所述分块阈值通过如下方式进行计算：

ot表示使用大津法分块得到的图像块进行计算得到的图像分割阈值，

表示分割阈值调节系数。

在一种实施方式中，所述对每个图像块，分别进行降噪处理，从而得到降噪图像，包括：

对正在降噪处理的图像块，进行脉冲噪声降噪处理，得到脉冲降噪图像块；

对脉冲降噪图像块，进行高斯降噪处理，得到高斯降噪图像块。

在一种实施方式中，所述对正在降噪处理的图像块，进行脉冲噪声降噪处理，得到脉冲降噪图像块，包括：

对于当前正在处理的像素点，判断其灰度值是否等于0或等于255，若是，则对该像素点进行脉冲降噪处理，否则，不对该像素点进行处理；

所述脉冲降噪处理包括：

采用如下降噪函数对该像素点进行降噪处理：

上式中，μ1、η2分别表示脉冲降噪权重系数，gm1表示以当前正在处理的像素点为中心的k×k邻域中，灰度值大于所述邻域中的灰度均值的像素点的总数，gm2表示在所述邻域中，灰度值小于等于所述邻域中的灰度均值的像素点的总数，fn表示正在处理的像素点处理前的灰度值，jz表示正在处理的像素点处理后的灰度值，avegp表示所述邻域中的像素点的灰度方差。

本发明上述实施例，先对图像块中的脉冲噪点进行处理，可以避免后续的高斯降噪处理过程中，脉冲噪点的灰度值影响降噪效果。因为脉冲噪点的灰度值往往跟周围的像素点的灰度值差异巨大，这会导致降噪效果不准确。通过脉冲噪点的邻域像素点的灰度值之间的差异程度对脉冲噪点的灰度值进行降噪处理，可以准确地重现脉冲噪点的原灰度值，有效地提高了降噪的正确度。

在一种实施方式中，所述对脉冲降噪图像块，进行高斯降噪处理，得到高斯降噪图像块，包括：

计算脉冲降噪图像块的噪声方差mcfc，若mcfc∈[0,1.3×fcst]，则使用中值滤波法对降噪图像块进行降噪处理；

否则，使用如下降噪方式对降噪图像块进行降噪处理：

对于降噪图像块中位置为(x,y)的像素点，采用下述公式进行滤波：

式中，f_gs2(x,y)表示滤波后的位置为(x,y)的像素点的灰度值，NB_x,y表示位置为(x,y)的像素点的预设大小的邻域中的所有像素点组成的集合；(i,j)表示NB_x,y中的元素在降噪图像块中的位置；gsb表示高斯滤波标准差；f_gs(i,j)表示位置为(i,j)的像素点的灰度值；

式中，f_gs(x,y)表示滤波前的位置为(x,y)的像素点灰度值，nbfc表示NB_x,y中的像素点的噪声方差，pjfc表示NB_x,y中的灰度均值，R表示预设的控制参数；

本发明上述实施方式，在降噪时充分考虑了当前处理的像素点的与其邻域像素点之间的欧式距离、灰度值差异度、邻域像素点的4邻居像素点的灰度值差异，可以在更为全面地保留图像的边缘细节信息同时进行准确的降噪。同时也可以避免现有技术中的图像模糊程度高的问题。

在一种实施方式中，所述根据所述起点在降噪图像中的坐标计算出焊缝在降噪图像中的坐标，包括：

所述起点有两个，分别位于焊缝的两侧，分别计算两个起点在所述降噪图像中的坐标，

计算出两个起点连线的中点的坐标，并将两个起点连线的中点的坐标作为焊缝在降噪图像中的坐标。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机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取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于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、或者能够用于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。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种等离子焊缝跟踪装置，其特征在于，其包括激光发射装置、图像获取装置、等离子焊接装置和控制装置；

所述控制装置分别与激光发射装置、图像获取装置、焊接装置电性连接；

所述激光发射装置用于在产生激光条纹，所述激光条纹与焊缝相交；

所述图像获取装置用于获取包含激光条纹的焊缝图像；

所述控制装置用于根据所述焊缝图像计算出焊缝在等离子焊接装置坐标系下的坐标，根据所述坐标控制所述等离子焊接装置进行移动。

2.根据权利要求1所述的一种等离子焊缝跟踪装置，其特征在于，所述图像获取装置的一侧与所述激光发射装置连接，另一侧与所述等离子焊接装置连接。

3.根据权利要求1所述的一种等离子焊缝跟踪装置，其特征在于，所述图像获取装置包括相机和滤光片，所述滤光片设置在所述相机的镜头前面，用于对进入所述镜头的光线进行过滤。

4.根据权利要求1所述的一种等离子焊缝跟踪装置，其特征在于，所述等离子焊接装置为等离子焊枪。

5.根据权利要求3所述的一种等离子焊缝跟踪装置，其特征在于，所述控制装置包括控制柜和上位机，所述上位机与所述控制柜电性连接，所述控制柜与所述等离子焊接装置电性连接；

所述控制柜用于控制所述等离子焊接装置的运动；

所述上位机用于根据所述焊缝图像计算出焊缝在等离子焊接装置坐标系下的坐标。

6.根据权利要求5所述的一种等离子焊缝跟踪装置，其特征在于，所述上位机包括判断模块，降噪模块，特征点识别模块，坐标计算模块；

所述判断模块用于对焊缝图像的质量进行评估，将不符合预设条件的焊缝图像进行删除，将符合预设条件的焊缝图像发送到降噪模块；

所述降噪模块用于对所述焊缝图像进行降噪处理，得到降噪图像；

所述特征点识别模块用于从所述降噪图像中识别出激光条纹的在焊缝两侧的起点；

所述坐标计算模块用于根据所述起点在降噪图像中的坐标计算出焊缝在降噪图像中的坐标，并将焊缝在降噪图像中的坐标转化为焊缝在等离子焊接装置坐标系下的坐标。

7.根据权利要求6所述的一种等离子焊缝跟踪装置，其特征在于，所述根据所述起点在降噪图像中的坐标计算出焊缝在降噪图像中的坐标，包括：

所述起点有两个，分别位于焊缝的两侧，分别计算两个起点在所述降噪图像中的坐标，

计算出两个起点连线的中点的坐标，并将两个起点连线的中点的坐标作为焊缝在降噪图像中的坐标。

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