[发明专利]一种基于红色线激光的焊缝轨迹提取方法

权利要求书

1.一种基于红色激光的焊缝轨迹提取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(a)利用搭建线激光相机平台进行拍照，移动相机平台至工件拍摄区，此时相机成像区域应该包含完成的工件区域，然后开启线激光，调整相机平台，当线激光打到焊缝的起始点时固定位置，然后控制相机拍照，获取工件焊缝起始点图片；起始点拍摄完成之后，移动相机平台至焊缝终点位置，然后控制相机拍照，获取工件焊缝终点图片；

(b)获取到焊缝图片之后，对RGB图像进行通道分离，保留R通道，以便后续提取焊缝，对分离后的图像进行高斯滤波和中值滤波以滤除图像中的噪声；

(c)得到滤波之后的图像然后显示其灰度直方图获取阈值化处理的合理阈值，根据得到的阈值进行归一化阈值处理，即进行阈值处理之后的图像中前景的值是1，背景的值是0，增强图像前后景对比，突出激光线的特征；

(d)经过前面三步操作之后得到了只包含线激光轨迹的二值图像，对二值图像进行图像细化操作，使用基于ZhangSuen的改进细化算法提取线激光轨迹的中心线，接着获取含有单像素中心线轨迹的两个端点进行直线拟合；

(e)根据得到的直线再对图像中所有像素值为1的点进行点到直线距离计算，取距离最大的点，作为折点，然后对折点一定范围内的前景像素点的坐标进行加权平均获取焊接点的位置坐标，将焊接点的坐标进行保存；

(f)按照上述方法对起始图像和终点图像进行焊接点提取，根据起始点和终点的坐标构建直线，即焊缝轨迹线，在起始图像中或者终点图像中画出焊缝轨迹线；

步骤(d)中，ZhangSuen的改进细化算法提取线激光轨迹的中心线的步骤如下：

第一步：遍历前景像素点，满足以下4个条件的点标记为删除点并且删除；

2≤N(P1)≤6

S(P1)＝1或B(P1)∈{386，416，296，266，432，360，300，425，433，364}

Value_P2*Value_P4*Value_P6＝0

Value_P4*Value_P6*Value_P8＝0

式中，N(P1)表示和P1相邻的8个元素中为前景像素点的个数，记P1正上方相邻的点顺时针旋转的点依次为P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9，即相邻的8个元素；S(P1)表示从P1正上方相邻的点到P2到P9再到P2顺时针旋转过程中对应点的图像灰度值从0到1出现的次数，其中，0表示图像背景灰度值，1表示图像前景灰度值；Value_P2表示在P2位置的图像灰度值，Value_P4表示在P4位置的图像灰度值，Value_P6表示在P6位置的图像灰度值，Value_P8表示在P8位置的图像灰度值；B(P1)是P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9的像素值组成的二进制序列转换为十进制的值，即：

第二步：遍历前景像素点，对满足以下4个条件的点标记为删除点并删除；

2≤N(P1)≤6

S(P1)＝1或B(P1)∈{386，416，296，266，432，360，300，425，433，364}

Value_P2*Value_P4*Value_P8＝0

Value_P2*Value_P6*Value_P8＝0

通过以上两步进行迭代循环，直至将所有满足上述两步条件的点删除，此时细化图像为单像素图像，线激光轨迹为单像素轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种基于红色激光的焊缝轨迹提取方法，其特征在于，步骤(f)后还包括以下步骤：将起始和终点焊接点数据发送给机器人控制机器人移动进行焊接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于红色激光的焊缝轨迹提取方法，其特征在于，步骤(e)的具体方法如下：根据(d)中拟合的直线再对图像中所有像素值为1的点进行点到直线距离计算，取距离最大的点，此点即为折点，并且以折点为圆心，半径为R画圆将圆内像素值为1的点坐标进行储存，对圆内像素值为1的点的坐标进行求和后取平均值计算出最终焊接点的坐标。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于红色激光的焊缝轨迹提取方法，其特征在于，将起始和终点焊接点数据发送给机器人控制机器人移动进行焊接，包括从像素坐标系转换到机器人坐标系操作，具体如下：

第一步：像素坐标系转换到世界坐标系，转换公式如下：

式中，为世界坐标系下的坐标点，R为相机坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵，M为相机的内参矩阵，s为世界坐标点在相机坐标系Z方向的值，为像素坐标系下的坐标点，T为相机坐标系相对于世界坐标系的平移矩阵；

第二步：世界坐标系转换到机器人坐标系，转换公式如下：

式中，P_robot表示为机器人坐标系下的坐标点，表示为机器人末端执行器坐标系到机器人基座标系的变换矩阵，表示为相机坐标系到机器人末端执行器坐标系的变换矩阵，该变换矩阵是通过机器人的手眼标定得到的，表示为世界坐标系到相机坐标系的变换矩阵，P_world表示为世界坐标系下的坐标点。