[发明专利]激光视觉跟踪系统

权利要求书

1.一种激光视觉跟踪系统，主要包括工控机、X轴电机、Z轴电机、焊柜、摄像机、激光二极管，所述工控机的COM1端口接入电机控制及驱动电路，并通过电机控制与驱动电路连接到X轴电机、Z轴电机，进而控制X轴电机、Z轴电机的运行，X轴电机、Z轴电机输出端连接焊柜，通过X轴电机、Z轴电机驱动焊柜移动，所述焊柜上接入控制器及焊机控制电路，且控制器及焊机控制电路接入工控机的COM2端口，通过工控机控制控制器及焊机控制电路进而控制焊柜的工作；其特征在于：所述工控机上还接入激光传感器，用于实时采集焊柜与工件的信息，并将采集到的信息传递到工控机；所述激光传感器为视觉传感模块，主要由摄像机和激光二极管组成，摄像机垂直对准工件，激光器倾斜布置，且与激光器成30°角度，激光器打出的激光，照射到工件上形成一条宽度很窄的光带，当该光带被工件反射或折射后，进入摄像机成像，并将图像传递到工控机处理，工控机将图像分析处理后给焊柜及X轴电机、Z轴电机发出动作指令。

2.根据权利要求1所述的激光视觉跟踪系统，其特征在于：由视觉传感模块完成图像实时采集，通过视觉传感模块的摄像机与工控机的图像采集卡模块将采集到的图像送到工控机处理，得出焊枪与焊缝中心的偏差，并将该偏差通过串口发送到电机控制与驱动电路控制X轴电机、Z轴电机的动作，从而达到纠偏的目的。

3.根据权利要求2所述的激光视觉跟踪系统，其特征在于：所述激光二极管出光端设有柱透镜，摄像机端口处依次设有偏振片和滤光片，激光器打出的激光经柱透镜形成一光片照射到工件上形成一条宽度很窄的光带，当该光带被工件反射或折射后，经滤光片保留激光器发出的特定波长的光，再经偏振片保留特定方向的光，而滤除其它波长的光和其他方向干扰的光，最后进入摄像机成像。

4.根据权利要求3所述的激光视觉跟踪系统，其特征在于，所述工控机上还接入液晶显示器及遥控盒，用于人机操作。

5.根据权利要求4所述的激光视觉跟踪系统，其特征在于，所述工控机主要包括图像处理模块、图像识别模块、跟踪控制模块，图像处理模块用于滤出原始图像中干扰，计算当前位置并与模板比较得出当前偏差作为跟踪控制模块的输入信息；图像识别模块用于识别跟模板有最大匹配度的焊道图像区域；跟踪控制模块用于控制电机的启停、转速和转动方向。

6.根据权利要求5所述的激光视觉跟踪系统，其特征在于，所述工控机还包括人机界面用于设置参数、发送动作控制信号，并可以直观地显示各种实时参数的值。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的激光视觉跟踪系统，其特征在于，所述视觉跟踪具体步骤为：

步骤一、系统初始化，包括摄像机初始化、界面初始化，线程初始化等；

步骤二、调节电机为跟踪做准备，使得当前焊枪对准焊缝的情况下设置模板，将设置的模板图像存储在指定硬盘中；具体操作为：按一下设置模板按钮，计算机就将当前激光传感器所采集的图像作为模板存在了工控机中;

步骤三、启动跟踪，系统将以每秒25帧的速度采集图像并对其进行处理，并将处理后得到的控制信息发送到电机控制与驱动电路控制X轴电机、Z轴电机的动作，在该过程中若手动调节电机，应先响应人的控制，手动控制结束了再自动转为跟踪控制；

步骤四、停止跟踪，关闭采集图像的线程；

步骤五、退出。

8.根据权利要求7所述的激光视觉跟踪系统，其特征在于，所述步骤三中跟踪的具体过程为：

1）图像预处理：对采集图像进行图像预处理，通过图像预处理减少了图像噪声，为后面进一步运算做好了准备；

2）模板匹配：将经过预处理的图像与事先存储在硬盘中的模板图像逐点比较得出当前最佳匹配位置，用该位置坐标减去模板位置坐标即得当前偏差，此偏差为当前传感器所在位置的偏差，而非焊枪下偏差；

3）存储、处理偏差：通过将焊接速度取回，计算出激光传感器与焊枪之间的时间差t，将每次计算出的偏差存储在定义好的数组中，输出给电机控制模块的偏差并不是本次计算的偏差而是取前面某次的偏差，从而消除了上述的时间差问题；

4）输出偏差：将处理后的偏差输出到电机控制与驱动电路；

5）电机控制：电机控制与驱动电路根据接收到的偏差控制X轴电机、Z轴电机的动作；实现自动调节过程。