CN111612730A - 一种焊缝检测定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焊缝检测定位方法，本发明基于图像识别的深度学习模型，结合一个多项式回归的数据拟合模型，从而实现了焊缝检测和定位的功能；减小了数据标注的难度，降低了最终计算设备的性能指标要求；本发明可以自动识别焊缝的位置，不需要人为介入参与，同时还大大增加了识别的准确率，提高了生产效率。

Description

一种焊缝检测定位方法
技术领域
本发明涉及智能制造的机械装置精准控制领域，具体涉及一种焊缝检测定位方法。
背景技术
在离散制造业中诸如保温杯，水杯的制造过程中，有一道外表面抛光的工艺。该工艺其中的一个重点是将上一工序中焊接导致的接缝痕迹抛光消除，从而达到美观的效果。由于杯子本身材质有差异，焊接工艺和条件有差异，会导致该焊缝的具体呈现有很大的多样性，给机器自动化的定位焊缝带来困难。
目前的典型解决方案是，让工厂工人人眼识别该焊缝位置，并进行黑色标记笔的标注，然后通过色标传感器来识别焊缝的位置。该方案在实际运行过程中仍然遇到了识别率上的挑战(对于那些本身颜色就很深的杯子来说，识别非常困难)，并且还会多耗费一个人力成本。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种焊缝检测定位方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种焊缝检测定位方法，包括以下步骤：
(1)利用工业相机采集杯子外表面原始图片信息；
(2)将杯子外表面的原始图片进行切割，得到多个一连串的图片数据，并将该一连串的图片数据送入图像识别的模型，获得对应的一连串的焊缝概率数据；
(3)将这一连串的焊缝概率数据送入多项式回归模型y＝ax2+bx+c进行训练，求得参数a、b、c，得到多项式回归模型，其中，y为焊缝概率数据，x为一连串图片数据的索引坐标；
(4)根据得到的多项式回归模型，可以得到多项式的顶点坐标(x_top，y_top)，该坐标即为焊缝位置的索引坐标；
(5)将x_top换算成机械装置转动的角度信息，然后将角度信息返回给控制台，控制杯子转动到目标角度，即找到了焊缝位置；角度信息表示从起始位置开始，转动多少度可以找到焊缝的位置。
进一步地，图像识别的模型为经过深度学习模型训练之后得到的，具体为：深度学习模型用已知的焊缝图片进行训练，获得图像识别的模型，图像识别的模型输出一个图片主体内容为焊缝的概率。
进一步地，步骤(2)中，将原始图片按照200x200，每100像素的格式进行切割。
进一步地，步骤(3)中，x具体为步骤(2)中切割原始图片之后得到的一批图片按照位置关系排列的一连串图片数据的索引坐标。
进一步地，步骤(5)中，将x_top换算成机械装置转动的角度信息的公式：x_top/len_x*360*2，其中len_x为总共的图片数量。
本发明的有益效果是：
(1)本发明可以自动识别焊缝的位置，不需要人为介入参与，节省了人力成本的同时还大大增加了识别的准确率，提高了生产效率；本发明采用了图片识别(非图像定位)的深度学习神经网络，大大降低了模型的神经网络的复杂度，从而降低了标注成本，训练成本，以及最终的控制方案硬件成本。
(2)本发明提供了一个基于图像识别的深度学习模型，结合一个多项式回归的数据拟合模型，从而实现了图像检测和定位的功能；减小了数据标注的难度，降低了最终计算设备的性能指标要求，从而最大程度上降低成本。
附图说明
图1为本发明的图片切割示意图。
图2为深度学习模型训练之后，获得的焊缝概率分布图。
图3为多项式回归之后求得顶点位置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当指出的是，具体实施方式只是对本发明的详细说明，不应视为对本发明的限定。
本发明的一种焊缝检测定位方法应用于某上市保温杯生产企业中的自动化抛光机器人工序，具体实施步骤如下：
(1)架设工业相机在生产线对应位置，采集杯子外表面原始图片信息；本实施例中，架设工业相机在自动抛光机上，工业相机镜头对准准备抛光的杯子；
(2)将杯子外表面原始图片进行切割，本实施例中，将原始图片按照200x200，每100像素的格式进行裁剪切割，如图1所示，在整张图片中按照预设的间隔(本实施例中，间隔是100个像素)进行图片的切割，得到多个一连串的图片数据，并将该一连串的图片数据送入图像识别的模型，(此图像识别的模型为经过深度学习模型训练之后得到的)获得对应的一连串的焊缝概率数据；
(3)将步骤(2)中得到的一连串的焊缝概率数据送入多项式回归模型y＝ax2+bx+c进行回归训练，求得参数a、b、c，本实施例中，a＝-4.10714286，b＝56.53571429，c＝0.00010235，进而得到多项式回归模型，其中，y为焊缝概率数据，x为一连串图片数据的索引坐标，具体地，x为步骤(2)中切割原始图片之后得到的一批图片按照位置关系排列的一连串图片数据的索引坐标；
(4)根据得到的多项式回归模型，可以得到多项式的顶点坐标(x_top，y_top)；二次函数求顶点坐标的公式：x_top＝-b/2a，y_top＝(4ac-b^2)/4a，本实施例中，x_top＝6.882608，y_top＝0.99890987，该坐标即为焊缝位置的索引坐标，是一个浮点数；如图3所示，将一连串的焊缝概率数据进行多项式建模之后，可以求得多项式曲线的顶点位置坐标；图示中的数字均为示意，并非图上的真实对应；图3中的0.02％，60.2％，87.3％等分别为不同x值下的y的数值，也即焊缝概率；图中，5.75表示顶点位置的横坐标x的数值。
(5)通过计算将x_top换算成机械装置转动的角度信息，然后将角度信息返回给控制台，控制杯子转动到目标角度，即找到了焊缝位置；
将x_top换算成机械装置转动的角度信息的公式：x_top/len_x*360*2，其中len_x为切割后，总共的图片数量；
本实施例中，切割后，总共40张图片，角度信息＝123.8869度；角度信息表示从起始位置开始，转动多少度可以找到焊缝的位置。
作为一种优选的方式，图像识别的模型为经过深度学习模型训练之后得到的，具体为：深度学习模型用已知的焊缝图片进行训练，最终可以获得一个图像识别的模型，图像识别的模型输出一个图片主体内容为焊缝的概率；
作为一种优选的方式，深度学习模型训练时，首先，将原始图片进行切割，将原始图片按照200x200，每100像素的格式进行切割；并将切割获得的图片进行人工标注，焊缝位置处于图片正中心的标注为焊缝，其他的标注为非焊缝；本实施例中，总共标注大约200张焊缝图片，500张非焊缝图片；然后通过图像识别分类网络进行网络参数的训练。
在本实施例中，将切割获得的图片全部送入训练完成之后的网络，可以得到每张图片对应的是否为焊缝的概率数值；图2为深度学习模型训练之后，获得的焊缝概率分布图；实际过程中的切割密度会比图2中示例要更密集，所以可以获得连续的概率数据；图中的数字均为示意，并非图上的真实对应。

Claims (5)

1.一种焊缝检测定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用工业相机采集杯子外表面原始图片信息；
(2)将杯子外表面的原始图片进行切割，得到多个一连串的图片数据，并将该一连串的图片数据送入图像识别的模型，获得对应的一连串的焊缝概率数据；
(3)将这一连串的焊缝概率数据送入多项式回归模型y＝ax2+bx+c进行训练，求得参数a、b、c，得到多项式回归模型，其中，y为焊缝概率数据，x为一连串图片数据的索引坐标；
(4)根据得到的多项式回归模型，可以得到多项式的顶点坐标(x_top，y_top)，该坐标即为焊缝位置的索引坐标；
(5)将x_top换算成机械装置转动的角度信息，然后将角度信息返回给控制台，控制杯子转动到目标角度，即找到了焊缝位置；角度信息表示从起始位置开始，转动多少度可以找到焊缝的位置。
2.根据权利要求1所述的一种焊缝检测定位方法，其特征在于，
图像识别的模型为经过深度学习模型训练之后得到的，具体为：深度学习模型用已知的焊缝图片进行训练，获得图像识别的模型，图像识别的模型输出一个图片主体内容为焊缝的概率。
3.根据权利要求1所述的一种焊缝检测定位方法，其特征在于，步骤(2)中，将原始图片按照200x200，每100像素的格式进行切割。
4.根据权利要求1所述的一种焊缝检测定位方法，其特征在于，步骤(3)中，x具体为步骤(2)中切割原始图片之后得到的一批图片按照位置关系排列的一连串图片数据的索引坐标。
5.根据权利要求1所述的一种焊缝检测定位方法，其特征在于，步骤(5)中，将x_top换算成机械装置转动的角度信息的公式：x_top/len_x*360*2，其中len_x为总共的图片数量。
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