[发明专利]基于主被动视觉结合的焊接偏差检测系统及检测方法

说明书

本发明公开了一种基于主被动视觉结合的焊接偏差检测系统及检测方法，先利用小波变换方法对图像噪声类型进行分析，根据焊接图像能量分布呈高斯分布这一特征，有针对性地采用LoG算子分别对焊接图像不同位置的ROI区域进行滤波处理；接着，设计合适的图像处理算法分别提取出焊丝中心线和焊缝坡口中心线；最后，计算出焊丝中心线和焊缝中心线在X轴方向的偏差值，并将所得结果用于后续的自动焊缝跟踪控制。本发明提供的基于主被动视觉结合的焊接偏差检测系统及检测方法，通过提取焊接图像焊丝与焊缝中心位置以获得焊接偏差的方法跟踪精度高、实时性强，能够满足焊缝跟踪精度要求。

技术领域

本发明涉及一种基于主被动视觉结合的焊接偏差检测系统及检测方法，属于 焊接智能化应用技术领域。

背景技术

随着手动焊工的日益短缺和机器人技术的快速发展，机器人自动焊已经成为 管道焊接施工的发展趋势。焊缝跟踪控制作为实现机器人焊接自动化的关键技术 之一，其核心技术为焊接偏差信息检测。

目前用于焊接偏差检测的传感技术有接触式传感、电弧传感、超声波传感、 电磁传感、红外传感和视觉传感等，其中，基于视觉传感的焊接偏差检测技术是 最有发展前途的传感技术。根据视觉传感系统是否使用辅助光源，视觉传感可分 为以电弧光和自然光为光源的被动视觉和以采用激光等辅助照明的主动视觉两 类。

被动视觉是用相机直接监测电弧部位的熔池和焊枪，由于检测目标与焊枪在 同一位置，因此不存在主动视觉超前检测导致误差问题，但是受弧光干扰比较严 重，使得后续图像处理和特征信息提取有很大困难。相比于被动视觉，由于激光 亮度高、相干性好，因此，主动视觉大多以激光作为辅助光源，该方法还可以获 取焊缝尺寸和接头信息，该技术发展相对成熟，并形成有成熟化产品，但由于激 光投射位置与焊枪有一定距离，存在超前检测误差。

主被动视觉结合可以充分利用二者的优势并相互弥补，可以获得更多的焊接 信息。而且，如何利用视觉传感技术获取更多的焊接信息来提高焊接偏差检测的 精准度，是本领域技术人员急需要解决的技术问题。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于主被动视觉结 合的焊接偏差检测系统及检测方法，采用主动视觉和被动视觉结合的方法，在同 一帧焊接图像中同时获取的图像信息包括焊缝区激光条纹和电弧区焊丝，实现两 种方法优势互补。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

基于主被动视觉结合的焊接偏差检测系统，包括：管道焊接机器人、图像采 集系统、图像处理系统，所述管道焊接机器人包括磁吸式爬行焊接机器人、焊接 电源；所述图像采集系统包括工业相机、激光器、滤光装置，激光器的安装方向 与焊枪平行，工业相机光轴与激光器中轴线的夹角为30°，工业相机倾斜拍摄 电弧区和焊缝区，激光器与焊枪的垂线距离为30mm，激光器投射的一字线型激 光条纹与焊缝垂直交叉。工业相机的镜头上设置有滤光装置，滤光装置依次包括 滤光片、偏振片、调光玻璃。滤光片、偏振片、调光玻璃均与镜头同轴设置。图 像处理系统根据图像采集系统获取的图像计算出工件坡口中心线与焊丝中心线 沿x轴方向的距离Δx。

作为优选方案，滤光片的中心波长为660nm。

作为优选方案，调光玻璃为圆形，由透光率不同的两半圆玻璃组合而成，其 左半部分采用透光率为100％的透明玻璃，右半部分采用衰减率为4.4％的减光片， 左、右两个半圆的分界线投射在焊丝末端与激光条纹之间。

基于主被动视觉结合的焊接偏差检测方法，包括如下步骤：

步骤1：选取图像中ROI区域；

步骤2：对ROI区域进行去噪；

步骤3：获取ROI区域中焊丝末端中心点；

步骤4：获取ROI区域中焊缝特征点；