[发明专利]一种基于图像识别的焊缝跟踪系统及其优化方法

权利要求书

1.一种基于图像识别的焊缝跟踪系统，其包括：视觉传感器、焊接小车、CO2保护气、抽头式CO2气体保护焊枪、送丝机、十字滑架、运算控制箱和计算机，其特征在于，视觉传感器安装于抽头式CO2气体保护焊枪的前进侧，抽头式CO2气体保护焊枪安装于十字滑架上，由十字滑架驱动抽头式CO2气体保护焊枪横向和纵向移动，十字滑架与运算控制箱和计算机相连，视觉传感器与计算机相连；焊接小车承载焊接母材实现焊接方向的移动；视觉传感器包括激光器、CCD摄像头、滤光片以及附加的冷却、吹灰和温控系统；视觉传感器还包括图像采集卡，图像采集卡采用USB串口通信图像采集卡。

2.根据权利要求1所述的焊缝跟踪系统，其特征在于，激光输出波长是600nm，激光器由会聚透镜和材料为K9、p13mm的柱透镜构成；调节两镜距离使其能在60-100mm工作面上产生线长35-～40mm，线宽1mm的光纹。

3.根据权利要求1所述的焊缝跟踪系统，其特征在于，弧焊传感器所用激光二极管的中心波长为467mm或594nm或610mm或632nm或950nm。

4.根据权利要求1所述的焊缝跟踪系统，其特征在于，冷却吹灰系统由热敏电阻组成的桥式自动温控电路，CCD的工作温度-20℃-50℃，激光器工作温度-10℃-40℃，设定当传感器内部温度高于CCD和激光器正常工作温度40℃时，产生报警并切断CCD和激光器的电源；吹灰系统是在焊枪和传感器中间吹入5L/min的空气，流动的空气能削弱烟尘对焊缝区域的影响。

5.根据权利要求2所述的焊缝跟踪系统，其特征在于，传感器以预先设定的距离超前安装在焊枪前面，CCD拍摄焊枪前方焊缝图像，焊枪到防飞溅挡板的距离40mm，传感器到工件的距离即安装高度70-80mm，同时由于激光器的安装高度位置致使打到焊接工件上的激光条纹长度定位在35-40mm。

6.根据权利要求1所述的焊缝跟踪系统，其特征在于，系统控制箱与计算机对激光视觉传感焊接机器人进行焊缝轨迹跟踪的控制，计算机与视觉采集信号之间以及计算机与步进电机之间通过通讯线缆进行数据通信；视频采集信号经计算机图像处理获得焊缝偏差量，偏差量经过数模转换和自制ACWD控制板，以脉冲量的形式传输给十字滑架的步进电机，电机根据脉冲量的大小及脉冲时间调整电机旋转，从而带动十字滑架左右移动，实现消除偏差；其中，系统控制箱面板主要包括系统总开关、起弧开关、激光器开关和ACWD控制板，还控制送丝机、电焊机、焊接小车、电动十字滑架。

7.一种如权利要求1所述的焊缝跟踪系统的轨迹规划方法，包括：对采集的平面曲线焊缝图像进行处理，对图像进行预处理，包括提取感兴趣区域、图像的灰度化处理、灰度直方图的均衡以及图像的二值化；提取焊缝路径信息，对焊缝进行边缘检测，采用Canny边缘检测算法得到焊缝路径的双边缘；利用局部阀值分割法提取焊缝路径中心线的方法对图像进行二值化，并利用求平均值法提取焊缝路径中心线坐标，并利用MATLAB对焊缝中心线坐标进行拟合，得出焊缝路径中心线在图像坐标系下的方程，利用坐标变换公式将该方程转换为世界坐标系下的焊缝路径方程，经图像处理后得到了焊缝路径；在焊接作业前，对其进行轨迹规划，建立焊缝及焊枪的姿态模型，定量描述焊缝在三维空间中所处的焊接位置和焊枪相对焊缝的姿态，确保焊枪中心平稳地沿着焊缝路径进行作业；其中，提取感兴趣区域包括根据焊件和焊缝的几何特征，设置图像处理窗口，仅对感兴趣的焊缝区域进行处理。

8.根据权利要求7所述的焊缝跟踪系统，其特征在于，图像灰度化处理包括把由RGB三通道数据的彩色图像变为单通道数据的灰度图像；图像的二值化为将图像上像素点的灰度值设为0或255，将整个图像呈现出明显的黑白效果，图像的二值化通过选取适当的阀值将256个亮度等级的灰度图像转换为可以反映图像整体和局部特征的二值化图像。