[发明专利]一种激光视觉引导的焊接机器人角接焊缝特征的提取方法

权利要求书

1.本发明提供了一种适用于激光视觉引导的焊接机器人角接焊缝的特征提取方法，该方法可获得角接焊缝的角接角度和焊缝点坐标。角接角度的确定有益于在在焊接开始之初，有效协调焊接机器人确定位姿，更高效地完成焊接任务，在焊缝点的提取部分，采取在截取ROI区域的基础上，采用被验证鲁棒性、实时性均有保障的二值化、细化算法，保证了焊缝点提取的实时精确。该角接焊缝特征提取全面，对实际焊接还接过程具有重要意义，具有良好的实用性。整个算法包括以下几个模块：

确定角接焊缝的角接角度；给定焊接机器人两位姿T₁、T₂，在T₁位姿处采集角接焊缝图像，提取光条直线和焊缝点P₁(识别焊缝点方法如第二步)，并在分别属于角接的两个平面的两段光条直线上任意选取点P₁₀、P₁₁，在T₂位姿处采集角接焊缝图像，提取光条直线和焊缝点P₂，并在分别属于角接的两个平面的两段光条直线上任意选取点P₂₀、P₂₁，由于P₁、P₁₀、P₂、P₂₀和P₁、P₁₁、P₂、P₂₁分别属于角接焊缝的两个角接面，可由四个点拟合两个角接面的方程，进而得到两个角接面的夹角。

精确识别提取焊缝点；由激光视觉引导的焊接机器人系统采集角接焊缝图像，对采集的图像进行网格加窗处理截取出ROI区域，对截取出的ROI区域进行中值滤波、二值化、细化，在细化后的图像上采用Hough变换提取光条直线，进而得到焊缝点坐标。

2.如权利要求1所述确定焊缝的角接角度具有如下特征：

2.1、图像上的点P₁、P₂、P₁₀、P₁₁、P₂₀和P₂₁各点变换到焊接机器人基坐标系

设激光器在位姿T₁时投射到物体的两个平面上的激光条纹如图3所示，激光条纹呈一条折线，设P₁为在两个平面的交线上的折线拐点(焊接时即为焊缝特征点)，在P₁的两侧激光条纹上分别取一点，设为P₁₀和P₁₁，则P₁₀P₁₁也分别为两个平面上的点。经激光视觉传感器检测得到P₁点在摄像机坐标系下三维坐标为X_C1(x_C1，y_C1，z_C1)，可求得其在机器人基坐标系下的坐标X_W1(x_W1，y_W1，z_W1)：

[x_W1，y_W1，z_W1，1]^T＝T₁T[x_C1，y_C1，z_C1，1]^T

改变机器人位姿达到T₂，同理可求解P₂、P₂₀、P₂₁。

2.2、平面夹角求解

由非共线的共面4点P₁、P₂、P₁₀、P₂₀，拟合得到平面1的方程：

a₁x+b₁y+c₁z+1＝0

由非共线的共面4点P₁、P₂、P₁₁、P₂₁拟合得到平面2的方程：

a₂x+b₂y+c₂z+1＝0

即两个平面的法向量分别为|n1→|=(a1,b1,c1)]]>和|n2→|=(a2,b2,c2).]]>

cosθ=n1→·n2→|n1→|·|n2→|]]>

根据cosθ值可求解相应的角接角度θ。

3.如权利要求1焊缝特征点识别提取具有如下特征：对采集的图像进行网格加窗处理截取出ROI区域，对截取出的ROI区域进行中值滤波，对滤波后的图像使用大津法进行二值化，而后基于基于中轴变换原理进行对光条细化，在细化后的图像上采用Hough变换提取光条直线，取相邻直线的交点作为三个特征角点，而后以三个特征点的重心作为焊缝特征点。