CN112964176A

CN112964176A - 一种视觉定位系统

Info

Publication number: CN112964176A
Application number: CN202110151405.5A
Authority: CN
Inventors: 刘坚; 陈兵; 陈圣峰; 苏重阳
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2021-06-15

Abstract

本发明公开了一种视觉定位系统，包括：支架；结构光设备，安装于所述支架，适于生成结构光，将结构光投射至待焊接的工件表面；图像采集装置，安装于所述支架，包括两个相机以及与相机连接的镜头，两个相机及镜头对称布置在结构光设备的两侧，适于采集工件表面的焊缝图像；计算设备，与所述相机相连，适于获取所述焊缝图像，基于焊缝图像确定焊缝位置信息，以便基于焊缝位置信息对工件进行焊接。本发明的视觉定位系统，提高了焊缝提取和焊缝定位的效率和精度。

Description

一种视觉定位系统

技术领域

本发明涉及智能焊接技术领域，尤其涉及一种用于智能焊接的视觉定位系统。

背景技术

目前对工件焊接大多是通过人工焊接。人工焊接不仅效率低、产能有限，而且，工人技术水平、工作状态和工作经验均会影响焊接质量，导致成品质量参差不齐。因此，发展自动化焊接技术和智能化焊接技术对于提高焊接品质、提升焊接效率、降低劳动成本具有重要意义。

自动化焊接、智能化焊接的关键技术是对焊缝的自主识别和跟踪。目前，应用于焊缝识别和跟踪领域的方法包括视觉传感、激光传感、超声传感和电流传感等。其中，视觉传感以其高效率、高扩展性、大检测范围和优异兼容性等优点广泛应用于自动化焊接和智能化焊接领域。

现有技术中，基于视觉传感的焊缝提取和跟踪目前存在的共性问题是：环境因素对焊缝提取影响大，环境光、焊接对象材质和工件腐蚀程度对焊缝提取的精度和算法鲁棒性存在不同程度的影响；抗弧光干扰性低，焊接过程由于弧光不稳定和焊接飞溅均对焊缝提取具有较大的干扰；焊缝提取精度高度依赖视觉系统的加工精度，视觉系统的加工精度和视觉系统与焊接系统安装精度均对焊缝测量结果有较大影响，并且在工程使用中维护复杂。

为此，需要提供一种视觉定位系统，以解决上述技术方案中存在的问题。

发明内容

为此，本发明提供了一种视觉定位系统，以解决或至少缓解上面存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种视觉定位系统，包括：支架；结构光设备，安装于所述支架，适于生成结构光，将结构光投射至待焊接的工件表面；图像采集装置，安装于所述支架，包括两个相机以及与相机连接的镜头，两个相机及镜头对称布置在结构光设备的两侧，适于采集工件表面的焊缝图像；计算设备，与所述相机相连，适于获取所述焊缝图像，基于焊缝图像确定焊缝位置信息，以便基于焊缝位置信息对工件进行焊接。

可选地，在根据本发明的视觉定位系统中，所述图像采集装置还包括：与每个镜头连接的滤光片，所述滤光片适于过滤焊接弧光。

可选地，在根据本发明的视觉定位系统中，所述结构光设备包括：激光器，适于发射激光；光学透镜，安装于所述激光器的端部，所述光学透镜包括多个光栅片，所述激光器发射的激光在经过所述光学透镜后形成所述结构光。

可选地，在根据本发明的视觉定位系统中，所述结构光设备还包括：第一安装板，与所述支架连接，所述第一安装板上开设有弧形凹槽；抱紧夹具，与所述弧形凹槽连接，适于固定所述激光器。

可选地，在根据本发明的视觉定位系统中，所述支架包括两个侧板，所述侧板上设有横向的第一腰孔；所述第一安装板与所述侧板上的第一腰孔连接。

可选地，在根据本发明的视觉定位系统中，所述两个相机呈预定夹角布置；所述两个相机的对称轴与所述激光器的轴心线在同一平面上。

可选地，在根据本发明的视觉定位系统中，所述相机通过第二安装板与支架连接，所述第二安装板上设有纵向的第二腰孔；所述相机与第二腰孔连接。

可选地，在根据本发明的视觉定位系统中，所述滤光片是红色滤光片，适于通过波长为630nm的红色激光。

可选地，在根据本发明的视觉定位系统中，所述激光器适于发射波长为630nm的红色激光。

可选地，在根据本发明的视觉定位系统中，所述光学透镜包括3～5个光栅片。

根据本发明的技术方案，提供了一种视觉定位系统，通过结构光设备向工件表面发射结构光，通过图像采集装置可以采集到高质量的清楚的焊缝图像。基于高质量的焊缝图像，有利于简化算法，更快速、高效地提取焊缝轮廓线并确定焊缝位置信息，并且，提高了焊缝提取和焊缝定位的精度。

进一步地，本发明通过在镜头上连接滤光片，滤光片可以过滤工件焊接过程中的焊接弧光，并且能避免对结构光的过滤损失。这样能实时采集到高质量的清楚的焊缝图像，避免对焊缝提取造成的干扰。

此外，本发明的系统既可以调节结构光的入射角度，又可以调节相机的拍摄角度，从而可以适应多种不同的焊接场景和焊接对象，应用范围更广。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了根据本发明一个实施例的视觉定位系统100的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的图像采集装置120的部分结构示意图；以及

图3示出了根据本发明一个实施例的结构光设备130的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如前文所述，现有技术中用于智能焊接或自动化焊接的视觉定位系统，或多或少存在一定的缺陷，因此本发明提出了一种性能更优化的视觉定位系统100。视觉定位系统100可应用于智能焊接设备、自动化焊接设备等，适于基于视觉方法采集工件表面的焊缝图像并确定焊缝位置，以便基于焊缝位置进行焊接。应当指出，本发明对工件的具体种类和结构不做限制，工件例如是立柱结构件，但不限于此。

图1示出了根据本发明一个实施例的视觉定位系统100的结构示意图。

如图1所示，视觉定位系统100包括支架110、安装在支架110上的图像采集装置120和结构光设备130。结构光设备130用于生成结构光，将结构光投射到待焊接的工件表面，工件表面具有焊缝。这里，本发明对结构光设备的种类和结构均不做限制。

图像采集装置120包括左右对称布置的两组图像采集组件。具体地，图像采集装置120包括两个相机121、以及与每个相机121连接的镜头122。并且，两个相机121及镜头122对称布置在结构光设备120的左右两侧，通过相机121和镜头122可以采集工件表面的焊缝图像。在一种实施方式中，相机121例如是工业CCD相机121，镜头122例如是工业定焦镜头122，但本发明不限于此。

需要说明的是，通过结构光设备130向工件表面发射结构光，结构光会与工件表面相交于焊缝的轮廓线，这样，通过图像采集装置120采集的工件表面图像，可以清楚地显示出焊缝轮廓，得到焊缝图像。这样，根据本发明的系统100，更容易提取焊缝轮廓、确定焊缝位置。

另外，本发明的视觉定位系统100还包括计算设备(图中未示出)。计算设备与图像采集装置120的相机121通信连接。相机121在采集到工件表面的焊缝图像后，将焊缝图像发送给计算设备。计算设备在获取焊缝图像后，可以采用图像处理算法来对焊缝图像进行处理，随后基于处理后的焊缝图像，采用预定算法来确定焊缝位置信息。这里，本发明对计算设备采用的具体算法不做限制。

在一个实施例中，结构光设备130生成的结构光可以是线结构光，基于线结构光有利于提高焊缝提取和焊缝定位的效率和精度。

在本发明的实施例中，支架110的一端还设有用于与机器人连接的法兰170，通过将支架110一端的法兰170与机器人连接，可以将本发明中安装在支架110上的图像采集装置120、结构光设备130用于机器人，与机器人相配合实现对工件的智能焊接。应当指出，机器人可以利用本发明的视觉定位系统100来采集焊缝图像、确定焊缝的位置信息，进而，机器人可以根据所确定的焊缝位置信息来对工件进行焊接，实现智能焊接。这里，本发明对机器人结构和焊接机制均不做限定。

图2示出了根据本发明一个实施例的图像采集装置120的部分结构示意图。

如图2所示，图像采集装置120还包括与每个镜头122连接的滤光片123，滤光片123安装在镜头122远离相机121的一端。需要说明的是，在对工件的焊接过程中，由于焊接弧光不稳定、焊接飞溅均会影响图像上焊缝轮廓的呈现效果，对焊缝提取造成较大的干扰。本发明通过在镜头122上连接滤光片123，滤光片123可以过滤工件焊接过程中的弧光，避免对焊缝图像和焊缝提取造成的干扰。

如图3所示，结构光设备130包括激光器131、以及安装在激光器131的一端部的光学透镜132。这里，光学透镜132包括多个光栅片，激光器131用于生成激光并发射激光，激光器131发射的激光在经过光学透镜132后形成结构光。具体地，激光在经过多个光栅片后会改变激光的角度、亮度、粗细，形成的结构光是平行条纹光。

应当指出，本发明对光学透镜132所包括的多个光栅片的具体数量不作限制。在一种实施方式中，光学透镜132包括3～5个光栅片。

需要说明的是，本发明的图像采集装置120中，在镜头122上安装的滤光片123，不仅要考虑对工件焊接过程中的焊接弧光进行过滤，而且，要尽量避免结构光在经过滤光片123后的损失，这样才能采集到高质量的更清楚的焊缝图像。进一步而言，滤光片123应避开焊接弧光的波长范围，以便阻挡焊接弧光的通过，最大程度地过滤掉焊接弧光。并且，滤光片123应尽量与结构光的波长范围重合，以使结构光通过滤光片123，尽量避免对结构光的过滤损失。

根据一个实施例，激光器131适于发射波长为630nm的红色激光。滤光片123是红色滤光片123，适于通过波长为630nm的红色激光。换言之，该滤光片123对波长为630nm的红色激光的过滤程度最低，从而使结构光损失最低。并且，该波长(630nm)最大程度地避开了焊接弧光的波长范围，从而最大程度地过滤焊接弧光，尽可能降低焊接弧光对焊缝图像和焊缝提取的干扰。

还需要说明的是，如图1所示，图像采集装置120中的两个相机121呈预定夹角安装，即两个相机121的轴心线呈预定夹角，这样两个相机可以模拟人眼功能，以便基于双目标定的方法采集工件焊缝的三维信息。并且，两个相机121的对称轴与激光器131的轴心线在同一平面上。应当指出，本发明对两个相机的夹角角度不做限制，例如可以呈30°夹角。

根据一个实施例，如图1和图3所示，结构光设备130还包括第一安装板136、抱紧夹具135，通过第一安装板136、抱紧夹具135可以将结构光设备130安装在支架110上。具体地，第一安装板136与支架110固定连接，且第一安装板136上开设有弧形凹槽137。抱紧夹具135内侧是与激光器131的形状相匹配的弧形结构，从而抱紧夹具135可以稳定夹持在激光器131外侧壁，并且，抱紧夹具135与第一安装板136上的弧形凹槽137连接，基于第一安装板将激光器131固定安装于支架。需要说明的是，基于在第一安装板136上开设的弧形凹槽137，通过调节抱紧夹具135与弧形凹槽137的连接位置，便可以调节激光器131的安装位置，从而调节结构光设备130向工件表面投射的结构光的入射角度。这样可以适应多种不同的焊接场景和焊接对象，使本发明的系统100的适用范围更广。

在一种实施方式中，如图1所示，支架110包括两个侧板115，侧板115上设有横向的第一腰孔116。第一安装板136与侧板115上的第一腰孔116连接。

根据一个实施例，如图1所示，每个相机121通过第二安装板126与支架110连接。第二安装板126上设有纵向的第二腰孔，相机121与第二腰孔连接。基于在第二安装板126上开设的第二腰孔，通过调节相机121与第二腰孔的连接位置，可以实现调节相机121的拍摄角度。

根据上述实施方式，本发明的系统100既可以调节结构光的入射角度，又可以调节相机的拍摄角度，从而可以适应多种不同的焊接场景和焊接对象，应用范围更广。

根据本发明的视觉定位系统，通过结构光设备向工件表面发射结构光，通过图像采集装置可以采集到高质量的清楚的焊缝图像。基于高质量的焊缝图像，有利于简化算法，更快速、高效地提取焊缝轮廓线并确定焊缝位置信息，并且，提高了焊缝提取和焊缝定位的精度。进一步地，本发明通过在镜头上连接滤光片，滤光片可以过滤工件焊接过程中的焊接弧光，并且能避免对结构光的过滤损失。这样能实时采集到高质量的清楚的焊缝图像，避免对焊缝提取造成的干扰。本说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解。此外，术语“前”“后”“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims

1.一种视觉定位系统，其中包括：

支架；

结构光设备，安装于所述支架，适于生成结构光，将结构光投射至待焊接的工件表面；

图像采集装置，安装于所述支架，包括两个相机以及与相机连接的镜头，两个相机及镜头对称布置在结构光设备的两侧，适于采集工件表面的焊缝图像；

计算设备，与所述相机相连，适于获取所述焊缝图像，基于焊缝图像确定焊缝位置信息，以便基于焊缝位置信息对工件进行焊接。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述图像采集装置还包括：

与每个镜头连接的滤光片，所述滤光片适于过滤焊接弧光。

3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述结构光设备包括：

激光器，适于发射激光；

光学透镜，安装于所述激光器的端部，所述光学透镜包括多个光栅片，所述激光器发射的激光在经过所述光学透镜后形成所述结构光。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述结构光设备还包括：

第一安装板，与所述支架连接，所述第一安装板上开设有弧形凹槽；

抱紧夹具，与所述弧形凹槽连接，适于固定所述激光器。

5.如权利要求4所述的系统，其中，

所述支架包括两个侧板，所述侧板上设有横向的第一腰孔；

所述第一安装板与所述侧板上的第一腰孔连接。

6.如权利要求3所述的系统，其中，

所述两个相机呈预定夹角布置；

所述两个相机的对称轴与所述激光器的轴心线在同一平面上。

7.如权利要求2所述的系统，其中，

所述相机通过第二安装板与支架连接，所述第二安装板上设有纵向的第二腰孔；

所述相机与第二腰孔连接。

8.如权利要求2所述的系统，其中，

所述滤光片是红色滤光片，适于通过波长为630nm的红色激光。

9.如权利要求3所述的系统，其中，

所述激光器适于发射波长为630nm的红色激光。

10.如权利要求3所述的系统，其中，所述光学透镜包括3～5个光栅片。