本發(fā)明屬于自動(dòng)化焊接技術(shù)和焊接視覺傳感器自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別是涉及一種自適應(yīng)激光雙目焊縫跟蹤系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

自適應(yīng)雙目焊縫跟蹤系統(tǒng)理論核心基于雙目視覺監(jiān)測(cè)裝置，使具有不同配置的兩臺(tái)視覺采集裝置對(duì)同一視野圖像不同敏感特征進(jìn)行采集、分析和數(shù)據(jù)融合，相對(duì)傳統(tǒng)的焊縫特征掃描技術(shù)具有實(shí)施方便、抗干擾強(qiáng)、識(shí)別特征準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)。

目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)大多數(shù)生產(chǎn)廠家大多采用焊接路徑示教配合紅外相機(jī)對(duì)焊接過程中的熔池進(jìn)行成像拍攝，由于人工示教-再現(xiàn)容易收到外界因素影響導(dǎo)致焊接路徑存在不可消除的偏差，不能保證焊接熔池跟蹤的可靠性；同時(shí)，單一的熔池圖像拍攝易受到焊接工況中出現(xiàn)的飛濺、弧光、煙塵等因素干擾，從而影響對(duì)焊接熔池特征數(shù)據(jù)提取。

參照?qǐng)D11、圖12。文獻(xiàn)1“專利申請(qǐng)?zhí)柺?01610165141.8的中國(guó)發(fā)明專利”公開了一種自適應(yīng)焊縫激光掃描裝置及控制方法。該裝置利用激光發(fā)射裝置33發(fā)射激光配合旋轉(zhuǎn)電機(jī)35驅(qū)動(dòng)振鏡34，使位置敏感探測(cè)器32將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的距離信號(hào)，振鏡34的旋轉(zhuǎn)幅度決定激光掃描區(qū)域37的大小，其掃描區(qū)域邊界38必須覆蓋焊縫識(shí)別區(qū)域36，并根據(jù)距離信號(hào)計(jì)算出焊縫的外形輪廓等信息的焊接熔池特征掃描方法。但實(shí)際焊接過程中產(chǎn)生焊接缺陷和瑕疵的因素較多，單一的熔池截面很難反映焊接過程中缺陷產(chǎn)生的真實(shí)情況，檢測(cè)結(jié)果常常會(huì)受到焊接過程中焊屑的飛濺而產(chǎn)生截面數(shù)據(jù)奇異，從而提取不到真實(shí)可靠的截面特征數(shù)值。

參照?qǐng)D13，文獻(xiàn)2“專利申請(qǐng)?zhí)?01510546624.8的中國(guó)發(fā)明專利”公開了一種焊接激光跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用擺動(dòng)裝置41帶動(dòng)激光焊縫傳感器42在焊縫的上方橫向掃描，檢測(cè)出焊槍43對(duì)焊縫的偏差，dsp控制器接收到偏差信號(hào)后再轉(zhuǎn)換為焊接路徑控制信號(hào)的裝置，其特征在于：包括機(jī)架39、導(dǎo)軌46、懸臂45、移動(dòng)塊40、焊槍43、激光焊縫傳感器42、擺動(dòng)裝置41和焊槍調(diào)節(jié)器44；所述導(dǎo)軌46設(shè)置在機(jī)架39的下方，所述移動(dòng)塊40安裝在導(dǎo)軌46上，懸臂45設(shè)置在移動(dòng)塊40上，焊槍調(diào)節(jié)器44設(shè)置在懸臂45的下端，焊槍43設(shè)置在焊槍調(diào)節(jié)器44上，擺動(dòng)裝置41設(shè)置在移動(dòng)塊40的前端，激光焊縫傳感器42設(shè)置在擺動(dòng)裝置41的下端，其核心部分是利用ccd攝像機(jī)和半導(dǎo)體激光器來對(duì)焊縫熔池的形態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同樣不具備焊縫熔池幾何形態(tài)信息的自校工作，工況自適應(yīng)能力較弱，焊接狀態(tài)識(shí)別比較粗略。

因此上述兩個(gè)專利在對(duì)熔池特征捕捉、提取方面還存在不夠完善，并不能較好的提取得到熔池視覺掃描區(qū)域的整體信息，甚至在一些特殊焊接工況下會(huì)出現(xiàn)對(duì)焊接工藝參數(shù)或路徑誤判的情況，使得工作效果不穩(wěn)定且不具備可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有焊接激光跟蹤系統(tǒng)實(shí)用性差的不足，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)激光雙目焊縫跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括雙目焊縫跟蹤裝置、激光標(biāo)識(shí)裝置、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、四軸平衡云臺(tái)、監(jiān)測(cè)裝置、機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)以及導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元。所述雙目焊縫跟蹤裝置根據(jù)焊接過程中不同焊縫熔池圖像參數(shù)的識(shí)別敏感度來提高對(duì)焊接缺陷過程中熔池形態(tài)特征信息的準(zhǔn)確把握。所述監(jiān)測(cè)裝置完成監(jiān)測(cè)裝置位置初始、焊接過程局部姿態(tài)調(diào)整和信息中轉(zhuǎn)。所述激光標(biāo)識(shí)裝置、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、四軸平衡云臺(tái)、機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)和導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元，用于配合監(jiān)測(cè)裝置完成焊接過程中傳動(dòng)控制和整機(jī)姿態(tài)調(diào)整工作。本發(fā)明能提高在各種焊接工況過程中對(duì)焊接熔池形態(tài)的特征提取，具有很強(qiáng)的抗干擾性和適應(yīng)性，同時(shí)不用前期人工焊接軌跡示教，具有更好的焊接柔性工藝設(shè)計(jì)，便于實(shí)現(xiàn)焊接過程自動(dòng)化，實(shí)用性好。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種自適應(yīng)激光雙目焊縫跟蹤系統(tǒng)，其特點(diǎn)是包括雙目焊縫跟蹤裝置12、激光標(biāo)識(shí)裝置2、回轉(zhuǎn)平臺(tái)11、四軸平衡云臺(tái)9、監(jiān)測(cè)裝置10、機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)8以及導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元5。所述雙目焊縫跟蹤裝置12由雙目視覺單元、全景相機(jī)定位單元25和雙目轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成。所述雙目視覺單元由熔池激光接收單元23和熔池圖像接收單元28組成。所述雙目轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)裝置由水平擺角機(jī)構(gòu)27和垂直擺角機(jī)構(gòu)31組成，分別對(duì)雙目視覺單元中熔池激光接收單元23和熔池圖像接收單元28進(jìn)行水平、垂直驅(qū)動(dòng)。所述全景相機(jī)定位單元25由同一水平的全景相機(jī)30和紅外測(cè)距儀構(gòu)成，并和雙目視覺單元配合雙目轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)裝置一同整合安裝在一個(gè)透明圓弧面罩中，并固定安裝在監(jiān)測(cè)裝置10上，全景相機(jī)定位單元25安裝在雙目視覺單元位置中心。紅外測(cè)距儀水平安裝在全景相機(jī)定位單元25周邊。監(jiān)測(cè)裝置10頂部通過監(jiān)測(cè)裝置連接法蘭26固定安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)11下端，回轉(zhuǎn)平臺(tái)11上端通過連接法蘭13與四軸平衡云臺(tái)9固連；導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元5能夠沿四根雙層定位導(dǎo)軌4做水平前后運(yùn)動(dòng)，其整體通過機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)8與四軸平衡云臺(tái)9上端連接，共同組成焊縫跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。激光標(biāo)識(shí)裝置2由激光標(biāo)志發(fā)生陣列構(gòu)成，并配合焊接焊槍1固定安裝在焊接機(jī)器手臂3上。機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)8是一個(gè)三軸串聯(lián)機(jī)械手，底座固定安裝在導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元5上，末端通過法蘭固定安裝四軸平衡云臺(tái)9。導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元5由導(dǎo)軌小車配合雙層定位導(dǎo)軌4構(gòu)成。導(dǎo)軌小車是六輪結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌小車前后輪7完成驅(qū)動(dòng)工作，導(dǎo)軌小車中輪機(jī)構(gòu)6屬于從動(dòng)輪，并具有手動(dòng)垂直位置調(diào)節(jié)裝置。四軸平衡云臺(tái)9包括橫向水平驅(qū)動(dòng)模組滑臺(tái)14、橫向水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)15、縱向水平驅(qū)動(dòng)模組滑臺(tái)16、縱向軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組17、縱向軸轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)18、縱向水平驅(qū)動(dòng)模組19、橫向軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組20、橫向水平驅(qū)動(dòng)模組21和橫縱向軸轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)22，每一個(gè)模組導(dǎo)軌都能夠沿軸線線位移和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果是：該系統(tǒng)包括雙目焊縫跟蹤裝置、激光標(biāo)識(shí)裝置、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、四軸平衡云臺(tái)、監(jiān)測(cè)裝置、機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)以及導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元。所述雙目焊縫跟蹤裝置根據(jù)焊接過程中不同焊縫熔池圖像參數(shù)的識(shí)別敏感度來提高對(duì)焊接缺陷過程中熔池形態(tài)特征信息的準(zhǔn)確把握。所述監(jiān)測(cè)裝置完成監(jiān)測(cè)裝置位置初始、焊接過程局部姿態(tài)調(diào)整和信息中轉(zhuǎn)。所述激光標(biāo)識(shí)裝置、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、四軸平衡云臺(tái)、機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)和導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元，用于配合監(jiān)測(cè)裝置完成焊接過程中傳動(dòng)控制和整機(jī)姿態(tài)調(diào)整工作。本發(fā)明能提高在各種焊接工況過程中對(duì)焊接熔池形態(tài)的特征提取，具有很強(qiáng)的抗干擾性和適應(yīng)性，同時(shí)不用前期人工焊接軌跡示教，具有更好的焊接柔性工藝設(shè)計(jì)，便于實(shí)現(xiàn)焊接過程自動(dòng)化，實(shí)用性好。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明自適應(yīng)激光雙目焊縫跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中四軸平衡云臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1中雙目焊縫跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3中雙目視覺單元轉(zhuǎn)角示意圖。

圖5是圖3中全景相機(jī)定位單元的可視區(qū)域角度示意圖。

圖6是圖1中激光標(biāo)識(shí)裝置的標(biāo)記示意圖。

圖7是圖3中熔池圖像接收單元的參數(shù)提取示意圖。

圖8是圖3中熔池激光接收單元的參數(shù)提取示意圖。

圖9是圖3中全景相機(jī)的焊點(diǎn)坐標(biāo)偏移量計(jì)算和控制示意圖。

圖10是本發(fā)明自適應(yīng)激光雙目焊縫跟蹤系統(tǒng)的流程圖。

圖11是背景技術(shù)文獻(xiàn)1自適應(yīng)焊縫激光掃描裝置的整體示意圖。

圖12是背景技術(shù)文獻(xiàn)1自適應(yīng)焊縫激光掃描裝置的焊縫截面掃描區(qū)域示意圖。

圖13是背景技術(shù)文獻(xiàn)2焊接激光跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-焊接焊槍；2-激光標(biāo)識(shí)裝置；3-焊接機(jī)器手臂；4-雙層定位導(dǎo)軌；5-導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元；6-導(dǎo)軌小車中輪機(jī)構(gòu)；7-導(dǎo)軌小車前后輪；8-機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)；9-四軸平衡云臺(tái)；10-監(jiān)測(cè)裝置；11-回轉(zhuǎn)平臺(tái)；12-雙目焊縫跟蹤裝置；13-連接法蘭；14-橫向水平驅(qū)動(dòng)模組滑臺(tái)；15-橫向水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)；16-縱向水平驅(qū)動(dòng)模組滑臺(tái)；17-縱向軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組；18-縱向軸轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；19-縱向水平驅(qū)動(dòng)模組；20-橫向軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組；21-橫向水平驅(qū)動(dòng)模組；22-橫縱向軸轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；23-熔池激光接收單元；24-熔池激光接收單元的濾鏡鏡頭；25-全景相機(jī)定位單元；26-監(jiān)測(cè)裝置連接法蘭；27-水平擺角機(jī)構(gòu)；28-熔池圖像接收單元；29-熔池圖像接收單元的濾鏡鏡頭；30-全景相機(jī)；31-垂直擺角機(jī)構(gòu)；32-位置敏感探測(cè)器；33-激光發(fā)射裝置；34-振鏡；35-旋轉(zhuǎn)電機(jī)；36-焊縫識(shí)別區(qū)域；37-激光掃描區(qū)域；38-掃描區(qū)域邊界；39-機(jī)架；40-移動(dòng)塊；41-擺動(dòng)裝置；42-激光焊縫傳感器；43-焊槍；44-焊槍調(diào)節(jié)器；45-懸臂；46-導(dǎo)軌。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例參照?qǐng)D1～10。

本發(fā)明自適應(yīng)激光雙目焊縫跟蹤系統(tǒng)包括雙目焊縫跟蹤裝置12、激光標(biāo)識(shí)裝置2、回轉(zhuǎn)平臺(tái)11、四軸平衡云臺(tái)9、監(jiān)測(cè)裝置10、機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)8以及導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元5。其中雙目焊縫跟蹤裝置12包含雙目視覺單元、全景相機(jī)定位單元25和雙目轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)裝置。全景相機(jī)定位單元25由同一水平的全景相機(jī)30和紅外測(cè)距儀構(gòu)成，并和雙目視覺單元配合雙目轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)裝置一同整合安裝在一個(gè)透明圓弧面罩中，并固定安裝在監(jiān)測(cè)裝置10上，全景相機(jī)定位單元25安裝在雙目視覺單元位置中心。紅外測(cè)距儀安裝在全景相機(jī)定位單元25水平周邊。監(jiān)測(cè)裝置10頂部通過連接法蘭26固定安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)11下端，回轉(zhuǎn)平臺(tái)11上端通過法蘭13與四軸平衡云臺(tái)9固連；導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元5沿四根雙層定位導(dǎo)軌4做水平前后運(yùn)動(dòng)，其整體通過機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)8與四軸平衡云臺(tái)9上端連接，共同組成焊縫跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。激光標(biāo)識(shí)裝置2由激光標(biāo)志發(fā)生陣列構(gòu)成，在靶材焊點(diǎn)標(biāo)識(shí)位置調(diào)試后配合焊接機(jī)器人焊槍1固定安裝在焊接機(jī)器手臂3上。

機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)8是一個(gè)三軸串聯(lián)機(jī)械手，底座固定安裝在導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元5上，末端通過法蘭固定安裝四軸平衡云臺(tái)9，是系統(tǒng)的主要位置驅(qū)動(dòng)裝置。

導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元5主要由導(dǎo)軌小車配合雙層定位導(dǎo)軌4構(gòu)成。導(dǎo)軌小車是六輪結(jié)構(gòu)，小車前后輪機(jī)構(gòu)7主要完成驅(qū)動(dòng)工作，小車中輪機(jī)構(gòu)6屬于從動(dòng)輪，并具有手動(dòng)垂直位置調(diào)節(jié)裝置。通過調(diào)節(jié)相應(yīng)手輪完成對(duì)驅(qū)動(dòng)小車輪周的預(yù)緊，防止過軌小車工作過程中出現(xiàn)打滑。

四軸平衡云臺(tái)9是由兩個(gè)安裝位置相互垂直的模組導(dǎo)軌構(gòu)成，包括橫向水平驅(qū)動(dòng)模組滑臺(tái)14、橫向水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)15、縱向水平驅(qū)動(dòng)模組滑臺(tái)16、縱向軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組17、縱向軸轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)18、縱向水平驅(qū)動(dòng)模組19、橫向軸轉(zhuǎn)動(dòng)模組20、橫向水平驅(qū)動(dòng)模組21和橫縱向軸轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)22。工作任務(wù)中主要配合監(jiān)測(cè)裝置的位置水平初始化和輔助雙目視覺單元完成視野捕捉的任務(wù)。其特征在于，每一個(gè)模組導(dǎo)軌都具有沿軸線的線位移和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。

激光標(biāo)識(shí)裝置2是由一組波段808nm的近紅外、線型激光發(fā)生器和兩個(gè)波段400nm的十字型激光發(fā)生器組成，用于完成對(duì)焊接過程中焊點(diǎn)位置的實(shí)時(shí)標(biāo)識(shí)，。其特征在于，焊接機(jī)械手臂3焊接過程中軌跡設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)保證焊接路徑過程中激光標(biāo)識(shí)裝置2的標(biāo)志線始終垂直于焊接路徑矢量。

四軸平衡云臺(tái)9和激光標(biāo)識(shí)裝置2配合監(jiān)測(cè)裝置10完成系統(tǒng)初始化：監(jiān)測(cè)裝置10內(nèi)置的水平陀螺儀工作并驅(qū)動(dòng)四軸平衡云臺(tái)9完成監(jiān)測(cè)裝置10水平位置初始化工作，同時(shí)裝置開始對(duì)靶材上焊接引弧初始位置處的激光標(biāo)識(shí)進(jìn)行識(shí)別。其特征在于，利用全景相機(jī)定位單元25通過不同波段濾鏡獲取到兩個(gè)十字激光光斑，系統(tǒng)內(nèi)部分別通過兩光斑中點(diǎn)連線和兩點(diǎn)之間的中垂線建立工作坐標(biāo)系，并計(jì)算出工作坐標(biāo)原點(diǎn)位置即焊點(diǎn)理論計(jì)算位置。

回轉(zhuǎn)平臺(tái)11是一個(gè)由高精度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，安裝在監(jiān)測(cè)裝置10和雙目焊縫跟蹤裝置12之間的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置，輔助雙目焊縫跟蹤裝置完成對(duì)掃描視野的周向捕捉。

雙目轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)裝置是由雙目焊縫跟蹤裝置中兩組獨(dú)立的兩軸串聯(lián)傳動(dòng)裝置構(gòu)成，包括水平擺角機(jī)構(gòu)27和垂直擺角機(jī)構(gòu)31，分別完成對(duì)雙目視覺單元中每一臺(tái)攝像頭的水平、垂直旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)工作，每一個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都由單獨(dú)的步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)精度越高，系統(tǒng)捕捉精度就越高。

雙目視覺單元是系統(tǒng)的主要圖像采集單元，主要由熔池激光接收單元23和熔池圖像接收單元28的兩臺(tái)參數(shù)相同近紅外攝像機(jī)構(gòu)成。其特征在于，兩臺(tái)攝像機(jī)配置了相同焦距的鏡頭，并加裝了不同波段的濾鏡：熔池激光接收單元23配置750nm以上高通濾鏡24，完成對(duì)焊縫熔池處激光圖像的拍攝；熔池圖像接收單元28配置350-600nm帶通濾鏡29，完成對(duì)焊接熔池幾何形態(tài)的拍攝。使其對(duì)焊縫熔池在同時(shí)一刻獲取的兩幅不同感光度的圖像，利用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)各自圖像進(jìn)行單獨(dú)的圖像邊緣提取處理分別獲得各自的焊接熔池特征參數(shù)和融合特征參數(shù)。

雙目轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)裝置同時(shí)配合雙目視覺單元完成對(duì)激光標(biāo)識(shí)焊點(diǎn)位置的捕捉。其特征在于，計(jì)算機(jī)信息處理中心通過全景相機(jī)定位單元反饋的焊點(diǎn)位置建立半徑r1的工藝位置參考圓c1和紅外測(cè)距儀獲得監(jiān)測(cè)裝置高度信息l，計(jì)算出焊點(diǎn)相對(duì)雙目視覺單元的空間角度位置即空間水平擺角α和空間水平擺角β，最后驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)配合雙目視覺相機(jī)的擺角機(jī)構(gòu)，使得雙目視覺單元分別捕獲各自的焊縫熔池識(shí)別區(qū)域。

全景相機(jī)定位單元25安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)11下方，位于雙目視覺單元位置中心，是系統(tǒng)的輔助圖像采集單元，主要完成對(duì)系統(tǒng)初始位置的標(biāo)定工作，并實(shí)時(shí)拍攝前后時(shí)刻的焊點(diǎn)位置并返回坐標(biāo)。同時(shí)配合雙目視覺單元共同構(gòu)成視覺采集系統(tǒng)，用于系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前位置完成對(duì)焊縫焊點(diǎn)初始位置進(jìn)行自適應(yīng)捕捉定位：全景相機(jī)定位單元27利用前后時(shí)刻焊點(diǎn)理論計(jì)算位置p1(x，y)和p2(x0，y0)進(jìn)行比較，計(jì)算出焊點(diǎn)偏移量(δx，δy)＝(x，y)-(x0，y0)，并驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置完成對(duì)下一時(shí)刻焊接焊縫的捕捉。

系統(tǒng)工作過程中，雙目焊縫跟蹤裝置12利用雙目視覺單元對(duì)熔池在同時(shí)一刻獲得各自的熔池幾何參數(shù)，并對(duì)比融合特征參數(shù)。其特征在于，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)雙目視覺單元的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輪廓分析，并完成特征參數(shù)提取和數(shù)據(jù)融合、匹配。其特征在于，對(duì)于熔池激光接收單元的圖像提取焊縫熔寬l，熔高h(yuǎn)和熔池圓度對(duì)于熔池圖像接收單元的圖像提取熔池幾何輪廓，并計(jì)算出焊縫熔池的熔寬k，冗余角度θ，熔池長(zhǎng)度t。

融合結(jié)構(gòu)方式見下表：

參數(shù)融合主要是將沒有相同量綱的雙目視覺圖像參數(shù)通過簡(jiǎn)單的比例變換使其構(gòu)成相干性，分別得到兩組融合電壓、電流和焊接速度特征數(shù)據(jù)，并完成對(duì)比匹配。系統(tǒng)將做出判斷：若融合參數(shù)數(shù)值在置信區(qū)間內(nèi)吻合，則完成焊縫熔池幾何形態(tài)參數(shù)估計(jì)，并將雙目視覺單元的圖像融合參數(shù)和當(dāng)前全景相機(jī)定位單元的焊點(diǎn)理論計(jì)算位置參數(shù)反饋給系統(tǒng)，完成焊接工藝參數(shù)匹配和路徑調(diào)節(jié)；若數(shù)值相差較大，則轉(zhuǎn)入信號(hào)特征融合處理系統(tǒng)進(jìn)行奇異數(shù)據(jù)處理。

奇異數(shù)據(jù)處理主要是數(shù)據(jù)擬合的過程，通過分別提取奇異數(shù)據(jù)時(shí)刻前1s的圖像參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)奇異時(shí)刻數(shù)據(jù)進(jìn)行等間距擬合分析，由于考慮到焊接熔池圖像數(shù)據(jù)具有良好的連續(xù)性，故可以通過數(shù)據(jù)圖像的連續(xù)性分析，根據(jù)數(shù)據(jù)變化坡度可完成對(duì)兩組奇異數(shù)據(jù)的正誤取舍，并將正確的融合數(shù)據(jù)返回給系統(tǒng)。

應(yīng)用實(shí)施例：

一種自適應(yīng)激光雙目焊縫跟蹤裝置，包括了雙目焊縫跟蹤裝置12、激光標(biāo)識(shí)裝置2、回轉(zhuǎn)平臺(tái)11、四軸平衡云臺(tái)9、監(jiān)測(cè)裝置10、機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)8、以及導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元5。雙目焊縫跟蹤裝置12包括雙目視覺單元、雙目轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)裝置、紅外測(cè)距儀以及位于雙目視覺單元中心的全景相機(jī)定位單元25。其中雙目視覺單元主要由兩臺(tái)參數(shù)完全相同的ccd近紅外高速攝像頭構(gòu)成，并分別為兩臺(tái)攝像機(jī)配置了相同焦距的鏡頭，以保證熔池視覺視野的一致性，同時(shí)加裝不同波段的濾鏡對(duì)焊接熔池部分進(jìn)行不同感光度的拍攝：其中熔池激光接收單元23配置高通濾鏡24(750nm以上)；熔池圖像接收單元28配置帶通濾鏡29(350-600nm)。雙目轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)裝置由兩組分別獨(dú)立的水平、垂直串聯(lián)兩軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和四臺(tái)參數(shù)相同且步距角小于0.01°的高精度步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成；激光標(biāo)識(shí)裝置2由一組波段808nm的近紅外、線型激光發(fā)生器和兩個(gè)波段400nm的十字型激光發(fā)生器組成；四軸平衡云臺(tái)9由兩個(gè)安裝位置相互垂直的模組導(dǎo)軌構(gòu)成，分別實(shí)現(xiàn)沿兩垂直方向的軸向線位移和轉(zhuǎn)動(dòng)；機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)8是由三軸機(jī)械手臂構(gòu)成；導(dǎo)軌小車驅(qū)動(dòng)單元5包括兩根導(dǎo)向軌道和兩根定位導(dǎo)軌，配合六輪驅(qū)動(dòng)小車構(gòu)成，其中驅(qū)動(dòng)小車輪周均套有止滑橡膠，小車中輪具有手動(dòng)垂直位置調(diào)節(jié)裝置，完成驅(qū)動(dòng)小車和定位導(dǎo)軌之間的預(yù)緊工作，防止驅(qū)動(dòng)小車在工作過程中打滑。

透明防護(hù)罩外殼為類半球體透明防護(hù)罩，透明防護(hù)罩端部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)螺紋，可與設(shè)備主體連接。防護(hù)罩內(nèi)的兩臺(tái)ccd攝像機(jī)，安裝時(shí)鏡頭光軸平行同向，兩臺(tái)ccd攝像機(jī)外殼分別雙目轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)裝置的步進(jìn)電機(jī)連接以實(shí)現(xiàn)水平垂直兩方向的轉(zhuǎn)動(dòng)控制，具備垂直方向上0°-30°的轉(zhuǎn)角控制，水平方向上-45°至+45°的轉(zhuǎn)角控制，當(dāng)兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以帶動(dòng)單個(gè)ccd攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)垂直、水平方向的聯(lián)動(dòng)控制。兩臺(tái)ccd攝像機(jī)位置中心豎直安裝著一臺(tái)全景攝像機(jī)30，并在全景相機(jī)30同一水平位置配裝有紅外測(cè)距儀共同構(gòu)成全景相機(jī)定位單元25，其中全景相機(jī)30分辨率越高定位精度越高。全景相機(jī)定位單元25的水平安裝位置應(yīng)當(dāng)與雙目視覺單元水平，并固定安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)11上?；剞D(zhuǎn)平臺(tái)11由一部高精度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)并可實(shí)現(xiàn)360°周向轉(zhuǎn)動(dòng)。監(jiān)測(cè)裝置10安裝在回轉(zhuǎn)平臺(tái)11和四軸平衡云臺(tái)9之間分別通過螺栓連接固定。四軸平衡云臺(tái)9主體包括兩組互相垂直的模組導(dǎo)軌，配合線位移電機(jī)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)電機(jī)分別可完成兩個(gè)方向的平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)工程實(shí)際需要可定制線位移行程，但旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角應(yīng)當(dāng)控制在-20°-+20°，即可實(shí)現(xiàn)零盲區(qū)。

所訴的線位移電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、雙目ccd攝像機(jī)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)和四軸平衡云臺(tái)通過信號(hào)傳輸線路與系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)控制器相連，中轉(zhuǎn)控制器通過信號(hào)傳輸線路一方面與系統(tǒng)的工控機(jī)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過程中工藝參數(shù)和路徑的有效實(shí)時(shí)控制；另一方面與監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)相連實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過程可視化監(jiān)控。

參考圖4-5，本發(fā)明裝置具有焊點(diǎn)自適應(yīng)捕捉系統(tǒng)，其處理方法是根據(jù)人眼的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。先通過全景相機(jī)定位單元25完成監(jiān)測(cè)裝置10水平位置初始化。其過程是通過監(jiān)測(cè)裝置10內(nèi)置的水平陀螺儀感應(yīng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的豎直偏離角度同時(shí)驅(qū)動(dòng)四軸平衡云臺(tái)調(diào)平，然后全景相機(jī)對(duì)焊點(diǎn)的起始位置進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)焊點(diǎn)當(dāng)前位置與計(jì)算雙目視覺單元盲區(qū)的偏移量，若焊點(diǎn)位于雙目視覺單元盲區(qū)圈外，則通過計(jì)算得出焊點(diǎn)當(dāng)前位置的最佳偏移量并配合機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)8完成對(duì)焊點(diǎn)位置的粗捕捉；若焊點(diǎn)位于雙目視覺單元的盲區(qū)圈內(nèi)，則機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)8不進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。之后系統(tǒng)將計(jì)算出焊點(diǎn)所在位置的參考圓半徑r，通過全景相機(jī)定位單元的紅外測(cè)距儀獲得此時(shí)距離焊接平面的相對(duì)位置高度h，通過簡(jiǎn)單的角度折算得出θ＝tan^-1(r/h)，驅(qū)動(dòng)雙目視覺單元垂直向下旋轉(zhuǎn)β2，完成雙目視覺單元對(duì)焊點(diǎn)所在參考圓視覺軌道的對(duì)接。隨后激活四軸平衡云臺(tái)上端的回轉(zhuǎn)平臺(tái)裝置，當(dāng)雙目視覺單元任何一目攝像機(jī)捕捉到焊點(diǎn)位置即停止，隨后激活另一部ccd相機(jī)的水平擺角驅(qū)動(dòng)裝置，使之旋轉(zhuǎn)角度即可同樣捕捉到焊點(diǎn)位置，當(dāng)前即完成前期雙目視覺單元對(duì)焊點(diǎn)初始位置自適應(yīng)捕捉工作。之后系統(tǒng)根據(jù)焊接類型計(jì)算出兩個(gè)焊點(diǎn)位置參考上下界圓，通過驅(qū)動(dòng)機(jī)械手聯(lián)動(dòng)關(guān)節(jié)使得焊點(diǎn)位置始終存在與位置參考上下界圓之間。其中上下界參考圓是根據(jù)工況實(shí)時(shí)的焊接速度調(diào)整區(qū)間大小的，基本目的是為了保證焊點(diǎn)位置時(shí)刻存在于雙目視覺單元的視野內(nèi)，避免視覺盲區(qū)。

參考圖6，激光標(biāo)識(shí)裝置2對(duì)靶材的標(biāo)記是由一條808nm線光源和兩個(gè)對(duì)稱的400nm十字光源構(gòu)成，全景相機(jī)拍攝圖像并交由計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別過程，通過生成兩條特征參考線：軸向平行參考線和中垂參考線，其焦點(diǎn)便是計(jì)算機(jī)識(shí)別后的焊點(diǎn)計(jì)算位置。因此焊接前期應(yīng)調(diào)整激光標(biāo)識(shí)裝置的標(biāo)記位置，使得焊點(diǎn)實(shí)際位置和焊點(diǎn)理論計(jì)算位置重合。

參考圖7-8，利用本發(fā)明的自適應(yīng)激光雙目跟蹤系統(tǒng)對(duì)雙目視覺圖像進(jìn)行分析、處理和邊緣檢索，最后根據(jù)所得的圖像邊緣輪廓進(jìn)行特征參數(shù)提取，分別得到熔池圖像接收單元的圖像參數(shù)—焊縫熔寬l、熔高h(yuǎn)、熔池圓度和熔池激光接收單元的圖像參數(shù)—熔寬k、熔余角度θ、熔池長(zhǎng)度t。并通過系統(tǒng)預(yù)制的融合比例關(guān)系分別得到兩組融合特征，完成參數(shù)識(shí)別。

融合結(jié)構(gòu)方式見下表：

參考圖9，利用本發(fā)明的全景相機(jī)定位單元可實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)坐標(biāo)實(shí)時(shí)識(shí)別，并對(duì)焊接過程焊點(diǎn)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，通過識(shí)別焊接過程前后時(shí)間焊點(diǎn)的坐標(biāo)位置，計(jì)算出偏移量。