[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

说明书

一种图像识别的焊缝跟踪系统及其轨迹规划方法，不仅能解决快速的实现数据传输，且易于形成各种类型的移动式图像处理工作站，适用性强，利于焊缝图像处理软件开发应用；并通过对焊缝图像进行预处理等一系列滤除噪声、提取焊缝条纹信息的处理过程。

技术领域

本发明涉及一种焊缝跟踪识别系统以及其轨迹规划方法，特别涉及一种基于图像识别的焊缝跟踪系统及其优化方法。

背景技术

焊接有着“工业裁缝”之称，在制造业中占据非常重要的地位，焊接技术广泛应用在工业生产的各行各业中；随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们对产品的质量和工作环境的要求也越来越高，这就对焊接技术提出了更高的要求；传统的手工焊接质量差、效率低、工人的工作环境恶劣，己经无法满足当今人们对于产品质量、工作效率以及工作环境的要求，实现焊接的自动化已经成为焊接技术发展的必然趋势；融合了焊接技术与机器人技术的焊接机器人近年来得到了快速的发展，焊接机器人主要有两种应用方式，即点焊机器人和弧焊机器人。

Bae等在大型钢管的接焊时，采用被动视觉技术，从熔池的侧面采集图像，实现了焊缝跟踪的实时性来进行熔池控制，提高了焊缝质量，取得了良好的效果；Quintino等论述了在激光焊接对接焊中焊缝间隙小于0.1mm时，主动视觉技术不能采用光学三角原理来测量焊缝位置，容易使激光束焦点偏离，造成焊缝缺陷，此时采用被动视觉技术对熔池图像进行提取分析，满足了焊接要求，提高了焊接质量；Gao等根据大功率激光对接焊中产生的匙孔效应现象，采用视觉红外传感器获取匙孔形熔池的三维红外特征，再经过图像处理，最终获得较为精确的焊缝轨迹；XU等利用焊接机器人在惰性气体保护焊中的工况，提出一种采用基于被动视觉的焊缝跟踪系统克服焊接缺陷的研究方法，在焊接过程中得到清晰稳定的图像；在1997年，KAbdel-Malek和HJYeh提出了一种应用数学计算的方法来验证机械臂在空间运行轨迹的准确性和完整性，以确保机械臂焊接过程的顺利进行和焊缝的完整，为后来的焊接机器人空间轨迹规划提供了数学依据；2012年，天津大学的Chen等提出了一种针对管球相贯线J型坡口焊接接头的空间轨迹规划方法，该方法不仅能提高焊接效率而且极大地提高了焊接质量，在目前的管球相贯线焊接生产中具有很大的实用价值和应用前景；2011年，中国工程物理研究院的曾翠华等基于弗莱纳-雪列空间矢量针对焊接球罐和圆柱的空间曲线焊缝进行了焊接机器人离线编程轨迹规划，有效阐述了焊接机器人离线编程技术的弗莱纳一雪列空间矢量原理和轨迹规划算法。

国外的视觉产品价格高，且系统复杂，需要专业技术支持。而国内研究而在视觉传感焊缝跟踪方面研究不少，但都没有形成视觉传感产品；综上所述，视觉传感器已成为焊接领域获取信息的重要手段之一，一般采用激光扫描或结构光视觉法，而高性能的激光结合现代CCD技术已经成为视觉发展的方向之一。

发明内容

本发明目的在于提供一种图像识别的焊缝跟踪系统及其轨迹规划方法，不仅能解决快速的实现数据传输，且易于形成各种类型的移动式图像处理工作站，适用性强，利于焊缝图像处理软件开发应用；并通过对焊缝图像进行预处理等一系列滤除噪声、提取焊缝条纹信息的处理过程。

发明具体内容如下：

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，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。

进一步地，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。

进一步地，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。