本發(fā)明涉及焊接、圖像處理、信號處理、自動控制等領域，具體涉及一種船艙直線流水孔焊縫自動識別跟蹤方法。

背景技術：

目前，我國的工業(yè)化水平越來越高，大型構件在現場的應用也越來越多。焊接是大型構件在現場的組裝的重要手段，作為重工業(yè)的一項重要關鍵技術，焊接質量與效率影響著大型設備制造的質量、周期與成本。船舶制造中，為加強船體強度，船艙底部設置許多格子間，其工作環(huán)境狹小且存在不連續(xù)焊縫，影響焊接生產效率?，F有焊接機器人無法識別流水孔特征點位置，也就無法自動完成帶有流水孔角焊縫的自動識別跟蹤，目前該類焊件焊接主要由人工完成。鑒于焊接過程中大量的煙霧、灰塵、弧光且焊接環(huán)境密閉溫度較高，工人需穿著厚厚的防護服，帶著面罩，因此工作環(huán)境相當的惡劣，給長期工作在焊接一線工人的身心都帶來嚴重的傷害。因此，亟待研發(fā)一種船艙直線流水孔自動識別跟蹤方法，讓機器人完成流水孔焊縫的自動焊接，將工人從惡劣的工作環(huán)境中解放出來，同時提高生產效率和焊接質量。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種流水孔焊縫自動識別跟蹤方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種流水孔焊縫自動識別跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將旋轉電弧傳感器和激光視覺傳感器按相對位置安裝；

（2）采集電流信號和焊縫圖像信息；

（3）電流信號通過系列算法后提取焊縫偏差；

（4）對采集到的圖像進行處理，得出焊縫的特征信息；

（5）根據焊縫特征信息識別出特征點和焊縫類型；

（6）針對不同焊縫類型自動控制焊接起熄弧，采用不同跟蹤方法進行焊縫跟蹤。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述步驟（1）具體包括以下步驟：旋轉電弧既為傳感器又為焊炬，將其安裝在橫向十字滑塊上，角度可調，初始角度與水平方向成45度角。激光視覺傳感器安裝在機器人前進方向超前位置，用于檢測流水孔信息以及完成不起弧狀態(tài)下的自動跟蹤。激光視覺傳感器帶有旋轉關節(jié)，與水平方向的夾角可自由調節(jié)，只需保證采集到的圖像中激光條紋覆蓋整個流水孔且具有一個拐點即可。旋轉電弧傳感器和激光視覺傳感器的相對位置不變，都隨著橫向十字滑塊的伸縮而運動。

作為本發(fā)明再進一步的方案：步驟（2）中利用數據采集卡和圖像采集卡完成電流數據和焊縫圖像的采集。數據采集卡和圖像采集卡的類型可自選。采用定時器方式，定時周期根據實際系統(tǒng)處理時間決定；利用線程方式進行電流信號采集和圖像采集。主線程完成電流信號采集、信號處理、信號融合、控制等。子線程主要完成焊縫圖像采集、處理、焊縫識別等。

作為本發(fā)明再進一步的方案：步驟（3）中，通過霍爾傳感器采集到的電流信號包含大量噪聲干擾，需經過濾波等系列算法后提取出不失真的包含原始信號的波形；采用有效的偏差提取方法提取焊縫偏差從而指導焊縫跟蹤。

焊縫偏差e的提取方法主要有特征諧波法和區(qū)間積分法，系統(tǒng)采用特征諧波法，這是由于特征諧波法的偏差檢測結果的標準差小于區(qū)間積分法，而二者的粗大誤差率相差不大，檢測結果比區(qū)間積分法要平滑，與實際情況更為接近。

作為本發(fā)明再進一步的方案：步驟（4）中采集到的焊縫圖像信息中包含大量的煙霧、灰塵、弧光等干擾，采用去噪、激光條紋提取等系列算法后獲得完全表征焊縫真實形狀和特點的激光條紋。

作為本發(fā)明再進一步的方案：步驟（5）中的具體做法為：根據激光條紋打在焊縫上后，在圖像中反映出來的變化情況進行分析，可找到識別焊縫中具有重要轉折的特征點，根據特征點的變化可識別出流水孔類型。

作為本發(fā)明再進一步的方案：步驟（6）中的具體做法為：根據不同的流水孔類型，確定經過流水孔時跳過或直接焊接；在無流水孔或需直接焊接的流水孔段，采用旋轉電弧傳感器進行焊縫跟蹤。在流水孔段，采用激光視傳感器進行焊縫跟蹤。

目前，船艙格子間流水孔焊接都采用人工焊接或靠模小車進行，有部分造船企業(yè)采用大型焊接機器人進行焊接，但該類機器人無法自主移動，采用的方式為示教方式，國內外尚無關于流水孔自動識別跟蹤與焊接的報道，本發(fā)明能夠自動完成流水孔焊縫的自動識別和跟蹤，識別和跟蹤精度為±1.0mm，具有很高的理論和實用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的其中一種典型的流水孔示意圖。

圖2為本發(fā)明的其中另一種典型的流水孔示意圖。

圖3為本發(fā)明的設計一種旋轉電弧傳感器和激光視覺傳感器相對位置安裝圖。

圖4為本發(fā)明的電流信號處理過程示意圖。

圖5為本發(fā)明的焊縫圖像處理過程示意圖。

圖6為本發(fā)明激光打在圖1流水孔焊縫上的示意圖。

圖7為本發(fā)明激光打在圖2流水孔焊縫上的示意圖。

在圖3中，1旋轉電弧傳感器旋轉關機，2旋轉電弧傳感器，3激光視覺傳感器，4激光視覺傳感器旋轉關節(jié)。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實例1

圖1-圖2所示為兩種典型的流水孔示意圖，圖1中，bc所代表的半圓為流水孔。焊接從a點開始，至b點需停弧，機器人行進至c點后重新起弧，焊接至d點，機器人需自動?；?。圖2中，圓孔代表的為流水孔，但機器人需從a點直接焊接至d點而中間不需?；　Ｒ虼嗽趫D1的中的ab、cd段，圖2中的ad段需焊接，此時采用旋轉電弧傳感器進行焊縫跟蹤，圖1中bc段需要?；?，此時采用激光視覺傳感器進行焊縫跟蹤。

（1）將旋轉電弧傳感器和激光視覺傳感器按相對位置安裝；

圖3為設計的一種旋轉電弧傳感器和激光視覺傳感器相對位置安裝圖。旋轉電弧傳感器2和激光視覺傳感器3的相對距離位置關系確定，只是各自可以進行俯仰角的調整，調整到激光條紋完全覆蓋流水孔，且圖像中具有拐點為佳。其中，旋轉電弧傳感器1可通過旋轉關節(jié)2進行角度調節(jié)，激光視覺傳感器3可通過旋轉關節(jié)4調節(jié)，且通過旋柄5進行固定。

（2）采集電流信號和焊縫圖像信息；電流信號利用霍爾傳感器和信號采集卡進行，霍爾傳感器可選用ydg-hsd-4，信號采集卡可選用art2932，圖像采集卡可選用大恒圖像vt121，采樣周期可設置為300ms；為保證電流信號的準確性，可在一周期內連續(xù)采樣2圈求均值。

（3）電流信號通過系列算法后提取焊縫偏差；電流信號處理過程可以按照圖4的方法進行。

（4）對采集到的圖像進行處理，得出焊縫的特征信息；圖像處理過程需去除弧光、灰塵、飛濺等各類干擾，保留能夠真實反映焊縫特征的激光條紋。焊縫圖像處理過程可按圖5進行。

（5）根據焊縫特征信息識別出特征點和焊縫類型；

在船艙格子間的制造過程中，流水孔的類型多樣，需根據不同的類型進行不同的識別方法。圖6和圖7為激光打在流水孔焊縫上的示意圖，在焊接過程中，激光視覺傳感器需識別出特征點a,b,c,d點，且需要識別出焊縫的類型以確定何時需要?；?，何時需要起弧。在圖像識別過程中，根據激光條的形狀對焊縫進行識別，如認為需要焊接的地方則設置焊縫標志flag=1，需要停弧的地方設置flag=0，認為焊縫結束的地方設置flag=2。

如果焊縫標志從1跳變到0，則需延時t后熄弧，t=s/v，其中s為激光視覺傳感器超前焊嘴的距離，v為機器人移動的速度，此時設置標志welding=0；如果焊縫標志從0跳變到1，則需延時后重新起弧，此時設置標志welding=1；如果焊縫標志從1跳變到2，則需延時后熄弧并停機。焊縫類型的識別可根據激光條紋的形狀判斷。

（6）針對不同焊縫類型自動控制焊接起熄弧，采用不同跟蹤方法進行焊縫跟蹤。

當welding==0時，采用旋轉電弧傳感器進行焊縫跟蹤，控制器采用pid和模糊控制器結合進行，當偏差大于閾值時采用比例控制，提高系統(tǒng)的響應速度；當偏差小于閾值時采用自調整模糊控制，實現平滑跟蹤。

當welding==0時，采用激光視覺傳感器進行焊縫跟蹤，控制器使用和旋轉電弧傳感相同的控制策略，只需要對兩者進行歸一化處理，此時e=1.5/5*e，e為通過圖像處理算出的偏差像素個數，e為送入到激光視覺跟蹤控制器的焊縫偏差。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。