[发明专利]基于多视觉信息融合的多层多道焊接轨迹检测装置及方法

说明书

本发明提出的一种基于多视觉信息融合的多层多道焊接轨迹检测装置及方法，属于焊接自动化领域。本发明使用定向光源阵列在待检测焊道两侧构建定向光照条件，使用结构光光源获取待检测焊道截面的三维信息，利用控制处理单元使多个光源以一定频率依次循环点亮，并使成像元件同步采集每个光源单独点亮时的图像，经图像处理融合定向光照和结构光光照时的多种视觉信息后，准确计算出多层多道焊接轨迹的三维信息。本发明可近同步获得待检测焊道多种视觉特征信息，适用于焊道凸起量较低的多层多道焊接轨迹自动识别场合，识别准确度高，实时性好，系统结构简单，成本低，可应用于多层多道焊接过程智能排道和自动跟踪等场合。

技术领域

本发明属于焊接自动化领域，特别涉及一种基于多视觉信息融合的多层多道焊接轨迹检测装置及方法。

背景技术

能源、化工、海洋工程等领域的中厚板构件往往需经多层多道焊连接成形。在焊接过程中通过视觉方法识别待焊轨迹位置，以实时调整焊枪与工件的相对位姿关系，补偿因尺寸形位偏差、工装定位误差、焊接热变形等诸多因素造成的实际焊道轨迹与执行机构预设运动轨迹间的偏移，对保证焊接产品质量具有重要意义。目前，结构光方法是最为常用的焊道轨迹视觉检测技术，它适用于诸如大坡口焊接等焊道区域与其余区域具有较为明显几何差异的场合。但在多层多道焊接轨迹检测场合，随着坡口区域被逐渐填充，母材和焊道区域的几何差异逐渐减弱；此外，相邻焊道边界与焊道中心的几何差异亦几乎为零。结构光方法在多层多道焊接轨迹检测场合的适用性欠佳。虽已有国内外学者针对焊道区域的纹理、色彩等特征进行相关研究，并应用于某些特定的焊道轨迹检测场合，但在多层多道焊接轨迹识别中的适用性仍有待探究。

综上，目前尚未有适用于多层多道焊接轨迹识别的视觉检测装置和方法。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提出一种基于多视觉信息融合的多层多道焊接轨迹检测装置及方法，该方法旨在解决目前技术在多层多道焊接轨迹视觉检测场合适用性差的问题，以求实现多层多道焊接三维轨迹的准确、实时检测。

本发明的技术方案如下：

基于多视觉信息融合的多层多道焊接轨迹检测装置，其特征在于：包括成像元件，定向光源阵列，结构光光源和控制处理单元；所述定向光源阵列包括第一定向光源组和第二定向光源组；所述第一定向光源组和第二定向光源组对称放置于待检测焊道两侧；所述第一定向光源组、第二定向光源组和结构光光源发出的光线均投射在待检测焊道表面；所述成像元件采集所述第一定向光源组、第二定向光源组和结构光光源单独点亮时的工件表面图像；所述成像元件、定向光源阵列、结构光光源与焊枪的位置相对固定；所述控制处理单元与所述第一定向光源组、第二定向光源组、结构光光源、成像元件通过导线相连或通过无线传输方式通讯；所述控制处理单元控制所述第一定向光源组、第二定向光源组、结构光光源的点亮和熄灭；所述控制处理单元控制所述成像元件采集图像，并对所述成像元件采集的图像进行实时处理；

基于多视觉信息融合的多层多道焊接轨迹检测装置，其特征在于：所述成像元件为电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体成像器件、位置敏感器件或电荷注入器件之一种；

基于多视觉信息融合的多层多道焊接轨迹检测装置，其特征在于：包括位于工件表面及成像元件之间的滤光元件，工件表面的反射光经所述滤光元件后射入所述成像元件成像；所述滤光元件的中心波长在所述成像元件的敏感波长范围内；所述滤光元件能透过所述第一定向光源组、第二定向光源组和结构光光源发出的光线；

采用上述装置的基于多视觉信息融合的多层多道焊接轨迹检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：