本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)，對焊縫焊接以及對焊縫質(zhì)量檢測。本發(fā)明還涉及一種激光輔助焊縫智能尋跡方法。

背景技術(shù)：

焊接是一種低成本、高科技連接材料的可靠工藝方法。到目前為止，還沒有另外一種工藝比焊接更為廣泛地應(yīng)用于材料間的連接，并對所焊產(chǎn)品產(chǎn)生更大的附加值。在國內(nèi)，無論是從目前焊接設(shè)備和材料產(chǎn)量構(gòu)成比的發(fā)展趨勢，還是從焊接設(shè)備和材料的制造技術(shù)和發(fā)展方向上看，我國焊接技術(shù)已有很大發(fā)展,部分產(chǎn)品技術(shù)已達(dá)到或接近國外先進(jìn)水平，特別是逆變式焊接技術(shù)。因此無論現(xiàn)在和將來，焊接都是成功地將各種材料加工成可投入市場產(chǎn)品的首選工藝。

但是現(xiàn)在大部分的焊接工藝都是靠人工焊接，其焊接的精度和效率都容易受到影響，雖說有一些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，但是焊接后的焊縫質(zhì)量同樣也不能得到很好的保證，更沒有建立反饋的調(diào)節(jié)機(jī)制。因此，針對上述問題提出一種激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)，用于對焊縫進(jìn)行焊接，包括：

雙目立體視覺定位模塊，所述雙目立體定位模塊被安裝固定為能夠拍攝到焊縫；

焊接機(jī)器人模塊，所述焊接機(jī)器人模塊包括DSP控制系統(tǒng)、焊槍調(diào)節(jié)裝置和焊槍，且所述焊接機(jī)器人模塊與所述雙目立體定位模塊之間信號(hào)通信，所述焊接機(jī)器人模塊響應(yīng)于所述雙目立體定位模塊采集的參數(shù)動(dòng)作；以及

激光輔助反饋模塊，所述激光輔助反饋模塊包括激光傳感器和單目攝像機(jī)，其中所述激光輔助反饋模塊與所述雙目立體定位模塊和所述焊接機(jī)器人模塊分別信號(hào)連接，所述激光輔助反饋模塊將檢測到的參數(shù)反饋至所述雙目立體定位模塊和所述焊接機(jī)器人模塊。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述焊接機(jī)器人模塊還包括擺動(dòng)掃描裝置，所述擺動(dòng)掃描裝置連接至所述激光傳感器，能夠驅(qū)動(dòng)所述激光傳感器動(dòng)作。所述掃描擺動(dòng)裝置在必要時(shí)驅(qū)動(dòng)激光傳感器動(dòng)作，能夠?qū)缚p的質(zhì)量進(jìn)行檢測。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述單目攝像機(jī)、激光傳感器通過支架固定至所述焊槍。所述單目攝像機(jī)、激光傳感器、焊槍固定在一起，使得激光輔助反饋模塊能夠跟隨焊槍移動(dòng)，實(shí)時(shí)掃描檢測焊接的焊接信息。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述雙目立體定位模塊為雙目立體相機(jī)或雙目立體攝像機(jī)。雙目立體相機(jī)或雙目立體攝像機(jī)對焊縫進(jìn)行視覺拍攝，分析獲取焊縫的立體信息。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)還包括報(bào)警裝置。當(dāng)反饋的焊縫信息與雙目立體定位模塊獲取的信息相比偏差大于一預(yù)定值時(shí)，報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員對焊接操作進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而保證的焊接質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供一種激光輔助焊縫智能尋跡方法，包括以下步驟：

1）標(biāo)定所述雙目立體定位模塊；

2）使所述雙目立體定位模塊采集待測焊縫的立體信息，分析采集到的立體信息獲取焊縫的起點(diǎn)、終點(diǎn)、中間點(diǎn)技術(shù)參數(shù)；

3）將獲取到的起點(diǎn)、終點(diǎn)、中間點(diǎn)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行曲線擬合，獲取焊縫中心線；

4）將焊縫中心線信息發(fā)送給所述焊接機(jī)器人模塊；

5）所述焊接機(jī)器人模塊將接收到的焊縫中心線信息進(jìn)行信號(hào)處理后傳遞給焊槍，所述焊槍根據(jù)獲取的信號(hào)執(zhí)行焊接；

6）所述激光輔助反饋模塊掃描檢測焊縫的焊接實(shí)時(shí)信息；

7）將步驟6）中的焊接實(shí)時(shí)信息反饋給所述目立體定位模塊和所述焊接機(jī)器人模塊；以及

8）所述目立體定位模塊和所述焊接機(jī)器人模塊根據(jù)反饋的焊接實(shí)時(shí)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，上述方法還包括：將所述激光輔助反饋模塊掃描檢測的焊縫中心線信息與所述雙目立體定位模塊獲取的焊縫中心線信息進(jìn)行對比，當(dāng)偏差值大于預(yù)定值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警。

本發(fā)明的有益效果是：該系統(tǒng)基于邊緣檢測算法、激光標(biāo)定算法、動(dòng)力學(xué)反饋模型、相對運(yùn)動(dòng)算法，可以實(shí)現(xiàn)高精度焊縫，通過激光反饋系統(tǒng)反饋設(shè)置，實(shí)現(xiàn)焊縫的二次檢測，大大提高了對焊縫的檢測精度，實(shí)現(xiàn)了在生產(chǎn)線上架構(gòu)成本低廉但在檢測方面效率很高、精準(zhǔn)度很強(qiáng)的高精度的激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)多個(gè)焊縫、多角度或者多個(gè)焊接物體進(jìn)行同時(shí)檢測，實(shí)時(shí)檢測其焊接質(zhì)量，將各種焊縫精度信息傳送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)調(diào)整焊接機(jī)器人的焊接位置、角度、速度來增加焊接精度與準(zhǔn)確度,同時(shí)建立一套科學(xué)的焊縫質(zhì)量檢測的方法體系。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)的簡要示意圖；

圖2為本發(fā)明中邊緣檢測方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明的焊接機(jī)器人模塊部分工作原理流程圖；

圖4為本發(fā)明的激光輔助焊縫智能尋跡步驟流程圖；

其中：1、雙目立體定位模塊，2、焊接機(jī)器人模塊， 3、激光輔助反饋模塊，31、激光傳感器，32、單目攝像機(jī)，4、微型計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1示出了本發(fā)明的激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)的簡要示意圖，該激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)包括：雙目立體視覺定位模塊1、焊接機(jī)器人模塊2以及激光輔助反饋模塊3。

雙目立體定位模塊2通過支架被固定，并且被安裝固定為能夠拍攝到焊縫的立體信息。雙目立體定位模塊2由支架固定好的雙目攝像機(jī)或雙目相機(jī)構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)采集焊縫立體信息的視覺信息，實(shí)現(xiàn)對焊縫深度信息的檢測，也根據(jù)視差原理采集被測焊縫的立體信息。在本實(shí)施方案中，雙目立體定位模塊2為雙目立體相機(jī)，在使用雙目立體相機(jī)前，需要對其進(jìn)行標(biāo)定，主要是對雙目相機(jī)獲取相機(jī)的內(nèi)參（焦距，圖像中心，畸變系數(shù)等）和外參（旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣等）。進(jìn)行標(biāo)定以后，對焊縫進(jìn)行圖像采集，圖2示出了邊緣檢測方法的流程示意圖。雙目立體定位模塊對圖像進(jìn)行進(jìn)一步的圖像處理后，定位到焊縫的起點(diǎn)、終點(diǎn)、中間點(diǎn)等特征點(diǎn)；同時(shí)識(shí)別空間兩個(gè)焊接邊緣的邊緣信息，得到兩個(gè)連續(xù)的空間曲線，然后擬合出它們的中心線。雙目立體定位模塊采用此快速定位模式，能夠迅速識(shí)別焊縫的特征點(diǎn)信息，并且將所找到的焊縫中心線信息發(fā)送到焊接機(jī)器人模塊。為了可以有效地消除噪音，在更大程度上避免關(guān)鍵像素的損傷和忽略，準(zhǔn)確地檢測到目標(biāo)的邊緣并保持目標(biāo)的更好的連接邊緣，雙目立體定位模塊采取基于高斯-拉普拉斯算子的邊緣檢測算法。高斯-拉普拉斯邊緣檢測算法是高斯邊緣檢測算法與拉普拉斯邊緣檢測算法的結(jié)合，既具備高斯算子的平滑特點(diǎn)又具備拉普拉斯算子銳化特點(diǎn)，該算法可以有效地消除噪音，在更大程度上避免了關(guān)鍵像素的損傷和忽略，準(zhǔn)確地檢測到目標(biāo)的邊緣并保持目標(biāo)的更好的連接邊緣，增強(qiáng)了對于整體圖像邊緣細(xì)節(jié)的把握。

再次參照圖1，所述焊接機(jī)器人模塊2包括DSP控制系統(tǒng)、焊槍調(diào)節(jié)裝置和焊槍，且焊接機(jī)器人模塊2與雙目立體定位模塊1之間能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)通信，雙目立體定位模塊1將采集和獲取的焊縫信息發(fā)送給焊接機(jī)器人模塊2，焊接機(jī)器人模塊2將收到的信息進(jìn)行處理后，響應(yīng)于雙目立體定位模塊1發(fā)送的參數(shù)信息進(jìn)行動(dòng)作。如圖3所示，在接收到由雙目立體定位模塊1發(fā)送的焊縫位置信息后，主要包括焊縫點(diǎn)和焊縫中心線的信息，DSP控制系統(tǒng)基于動(dòng)力學(xué)模型對焊縫點(diǎn)和焊縫中心線信息進(jìn)行求解處理，將處理后的信息發(fā)送給焊槍調(diào)解裝置，調(diào)整焊槍的位置，使焊槍執(zhí)行焊接操作。焊搶的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以為串聯(lián)、并聯(lián)或者直線機(jī)器人。其中，動(dòng)力學(xué)模型的建模步驟主要是：

第一步：絕對位置的逆解。首先獲取雙目信息，基于最小二乘擬合算法，得到絕對位置的信息；

第二步：相對位置的逆解。焊槍的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為串聯(lián)、并聯(lián)或者直線機(jī)器人，運(yùn)用相對算法進(jìn)行逆向求解獲得其相對位置；

第三步：對獲得的絕對位置和相對位置進(jìn)行驗(yàn)證；

根據(jù)獲取的信息，進(jìn)行逆向求解獲得其運(yùn)動(dòng)軌跡。

再次參照圖1，激光輔助反饋模塊3包括激光傳感器31和單目攝像機(jī)32，其中激光輔助反饋模塊3與雙目立體定位模塊1和焊接機(jī)器人模塊2分別信號(hào)連接，激光輔助反饋模塊3將檢測到的參數(shù)反饋至所述雙目立體定位模塊1和所述焊接機(jī)器人模塊2。優(yōu)選地，單目攝像機(jī)32、激光傳感31器通過支架固定至所述焊槍。所述單目攝像機(jī)32、激光傳感器31、焊槍固定在一起，使得激光輔助反饋模塊3能夠跟隨焊槍一起移動(dòng)，實(shí)時(shí)掃描檢測焊接的焊接信息。雙目相機(jī)可以獲取準(zhǔn)確的3D視覺信息，單目攝像機(jī)31用以消除立體視覺環(huán)境中的視場小、立體匹配難的不足之處，采用激光標(biāo)定算法合理的融合單目相機(jī)和激光傳感器兩種傳感器的數(shù)據(jù)信息，可以有效解決焊縫檢測中的各種視角、精度的問題，以實(shí)現(xiàn)其輔助雙目立體定位模塊，使焊槍進(jìn)行更加精確的焊接的功能。

編寫導(dǎo)航焊縫中心線提取程序，提取激光焊縫導(dǎo)航中心線和視覺焊縫導(dǎo)航中心線，分別與兩坐標(biāo)軸交點(diǎn)的坐標(biāo)以及截距信息，建立相同位置點(diǎn)的激光導(dǎo)航中線和視覺導(dǎo)航中線的映射關(guān)系，所以提出一種激光標(biāo)定方法。激光輔助反饋模塊3的控制部分采用激光標(biāo)定算法。其中，激光標(biāo)定算法是單目攝像機(jī)和激光傳感器的數(shù)據(jù)融合，應(yīng)當(dāng)完成兩者之間的數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標(biāo)定的算法。標(biāo)定的目的是確定激光傳感器空間掃描面以及光源在世界坐標(biāo)系中的位置，從而有效測量焊縫測量信息，為此提出一種激光標(biāo)定算法，使用單目攝像機(jī)組成的立體視覺系統(tǒng)完成對激光傳感器的標(biāo)定工作。對采集的圖像信息進(jìn)行了圖像預(yù)處理，選用Lab空間中的a分量作為最終的色彩空間模型，通過3×3尺寸的卷積模板，進(jìn)行中值濾波；運(yùn)用Otsu閾值分割法分割圖像，應(yīng)用先膨脹后腐蝕的形態(tài)學(xué)方法處理獲得的信息。運(yùn)用圖像透視原理篩選邊界點(diǎn)的方法提取圖像的邊界點(diǎn)，最終基于最小二乘的直線擬合方法擬合出邊界線，進(jìn)一步提取出焊縫中心線。

優(yōu)選地，所述焊接機(jī)器人模塊2還包括擺動(dòng)掃描裝置，所述擺動(dòng)掃描裝置連接至所述激光傳感器31，能夠所述激光傳感器31動(dòng)作（見圖2）。所述掃描擺動(dòng)裝置在必要時(shí)驅(qū)動(dòng)激光傳感器動(dòng)作，能夠?qū)缚p的質(zhì)量進(jìn)行檢測。

優(yōu)選地，本發(fā)明的激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)還包括報(bào)警裝置。當(dāng)反饋的焊縫信息與雙目立體定位模塊獲取的信息相比偏差大于一預(yù)定值時(shí)，報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員對焊接操作進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，從而保證的焊接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)其高精度焊縫追蹤。

本發(fā)明的激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多個(gè)焊縫、多角度或者多個(gè)焊接物體進(jìn)行同時(shí)檢測，實(shí)時(shí)檢測其焊接質(zhì)量，將各種焊縫精度信息傳送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)調(diào)整焊接機(jī)器人的焊接位置、角度、速度等。

現(xiàn)參照圖4對本發(fā)明的激光輔助焊縫智能尋跡方法進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的激光輔助焊縫智能尋跡系統(tǒng)的各模塊之間的信號(hào)通信可以借助于微型計(jì)算機(jī)4（見圖1）來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的激光輔助焊縫智能尋跡方法，包括以下步驟：

1）標(biāo)定雙目立體定位模塊，主要包括內(nèi)參和外參標(biāo)定；

2）使雙目立體定位模塊采集待測焊縫的立體信息，分析采集到的立體信息獲取焊縫的起點(diǎn)、終點(diǎn)、中間點(diǎn)技術(shù)參數(shù)；

3）將獲取到的起點(diǎn)、終點(diǎn)、中間點(diǎn)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行曲線擬合，獲取焊縫中心線；

4）將焊縫中心線信息發(fā)送給焊接機(jī)器人模塊；

5）焊接機(jī)器人模塊將接收到的焊縫中心線信息進(jìn)行信號(hào)處理后傳遞給焊槍，所述焊槍根據(jù)獲取的信號(hào)執(zhí)行焊接；

6）激光輔助反饋模塊掃描檢測焊縫的焊接實(shí)時(shí)信息；

7）將步驟6）中的焊接實(shí)時(shí)信息反饋給所述目立體定位模塊和所述焊接機(jī)器人模塊；以及

8）所述目立體定位模塊和所述焊接機(jī)器人模塊根據(jù)反饋的焊接實(shí)時(shí)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

另外，上述方法還包括：將所述激光輔助反饋模塊掃描檢測的焊縫中心線信息與所述雙目立體定位模塊獲取的焊縫中心線信息進(jìn)行對比，當(dāng)偏差值大于預(yù)定值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警。

具體地，本發(fā)明在使用時(shí)，首先在雙目相機(jī)各架支架，對雙目立體相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定；將單目攝像機(jī)和激光傳感器固定至焊槍的對應(yīng)位置上，使得單目攝像機(jī)和激光傳感器能夠?qū)缚p進(jìn)行掃描和檢測；雙目立體相機(jī)對焊縫的立體信息進(jìn)行采集，識(shí)別焊縫起點(diǎn)、終點(diǎn)以及焊縫的中心點(diǎn)，并且識(shí)別空間兩個(gè)焊接邊緣的邊緣信息，得到兩個(gè)連續(xù)的空間曲線，然后擬合出它們的中心線；雙目立體相機(jī)將焊縫中心線信息傳遞給焊接機(jī)器人模塊，焊接機(jī)器人模塊根據(jù)雙目立體相機(jī)傳遞的信息，進(jìn)行逆向求解獲得其運(yùn)動(dòng)軌跡，控制焊槍執(zhí)行焊接操作；在焊槍進(jìn)行焊接操作的同時(shí)，激光輔助反饋模塊對焊槍的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤，使用相機(jī)采用激光掃描進(jìn)行輔助反饋。在焊接過程中，雙目立體相機(jī)被遮擋時(shí)，激光輔助反饋模塊對焊槍進(jìn)行激光掃描定位，同時(shí)將信息反饋給雙目立體相機(jī)，雙目立體相機(jī)根據(jù)反饋的信息進(jìn)行調(diào)整。對焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢測，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的焊縫檢測以及對比，建立焊接機(jī)器人的焊接精度模型，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)焊縫、多角度或者多個(gè)焊接物體進(jìn)行同時(shí)檢測，實(shí)時(shí)檢測其焊接質(zhì)量，同時(shí)將各種焊縫精度信息傳送給焊接機(jī)器人模塊，以實(shí)時(shí)調(diào)整焊槍的焊接位置、角度、速度等。同時(shí)將雙目立體定位模塊獲取的焊縫中心線和激光輔助反饋模塊激光掃描獲取的中心線的相對位置誤差精度進(jìn)行對比，若超出預(yù)定值，即設(shè)定的誤差許可范圍，可以觸發(fā)報(bào)警，使操作人員盡快對焊槍進(jìn)行調(diào)整，從而保障了焊縫的質(zhì)量。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。