[发明专利]激光视觉跟踪系统

说明书

技术领域

本发明涉及检测、机器视觉技术领域，具体是应用在焊接过程焊缝自动跟踪中，适合目前多种焊缝类型的自动跟踪的激光视觉跟踪系统。

背景技术

目前市场上很多自动化设备都采用的是电弧跟踪和示教再现式机器人，电弧跟踪结构简单，方便灵活，但它对不开坡口的对接焊道（埋弧焊接经常不开坡口），是难以实现对中跟踪的。而示教再现式跟踪方法在焊接条件基本稳定的情况下，能保证焊接质量。但是，由于各种因素的影响，实际焊接条件经常发生变化而造成焊接质量下降甚至失败。焊缝跟踪的关键是如何检测焊缝偏差，一直以来人们尝试了许多检测方法，它们在应用中都存在一定局限性。目前激光视觉传感，具有主动性、非接触、能获取物体的三维信息、灵敏度精度高、抗电磁场干扰能力强等优点，被认为是焊缝检测的主要发展方向。为了确保焊接件的焊接质量，尽量降低人为因素对其影响，缩短生产周期，势必研究一种跟踪精度高能够满足现场复杂多变的焊接条件的自动焊接跟踪方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种跟踪精度高（<0.1mm），抗干扰能力强，并能适合于各种不同焊缝类型、不同材料的焊接跟踪系统，克服了目前传感器适应范围小，抗干扰能力弱，对盖面时焊缝轮廓不明显而无法跟踪的问题。

为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下：

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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，所述工控机上还接入液晶显示器及遥控盒，用于人机操作。

优选地，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。

更优选地，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。

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，在该过程中若人为调节电机，应先响应人的控制，人为控制完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。

优选地，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（主要包括图像滤波和图像增强，滤波主要采用了中值滤波和形态学滤波方法，图像增强这里采用的是直方图增强），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；