[发明专利]基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统及方法

权利要求书

1.一种基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统，其特征在于：包括视觉跟踪模块、机器人模块、焊枪模块、通讯模块；视觉跟踪模块包括CCD相机、结构光激光器、图像采集卡和处理激光焊缝图像的控制器，结构光激光器发射的激光照射到被测物体，并由CCD相机用于采集被测物体的图像，所述图像通过图像采集卡传送到控制器，控制器控制焊枪模块的焊接动作；视觉跟踪模块中的CCD相机和结构光激光器通过三维运动测量系统安装在机器人模块上，控制器通过通讯模块向机器人模块、焊枪模块进行数据传输；所述机器人模块内设置有坐标标识装置，用于确定作为参考的标识点。

2.根据权利要求1所述的基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统，其特征在于：所述结构光激光器采用一字线激光器，位于焊枪模块前方，向焊枪模块下方的被测物体倾斜发射激光，倾斜角度为30度，CCD相机位于被测物体正上方采集图像，正对结构光激光器照射的部位。

3.根据权利要求1所述的基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统，其特征在于：三维运动测量系统包括支架和设置其上面的X轴运动器、Y轴运动器，Y轴运动器带动CCD相机和结构光激光器前后移动，X轴运动器根据图像的实时偏差值左右调节焊缝的跟踪位置，X轴运动器的两端位于Y轴运动器上，X轴运动器上设置有焊缝跟踪器封装盒，用于放置CCD相机和结构光激光器；支架固定在机器人模块上。

4.根据权利要求3所述的基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统，其特征在于：焊缝跟踪器封装盒设置有防护装置，防护装置包括滤光片、挡光板、冷却装置。

5.根据权利要求1所述的基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统的焊缝视觉跟踪方法，包括下列步骤：

(1)在焊枪未焊接的情况下，控制器对CCD相机拍摄的激光焊缝图像进行预先处理，包括焊缝位置提取处理、焊缝图像平滑处理，并定好坐标点；

(2)进行焊缝图像增强处理，包括对采集的彩色焊缝图像进行灰度直方图处理，再进行直方图均衡化处理，用于修正图像，通过拉伸像素强度分布范围增强图像的对比度；

(3)对焊缝图像分割处理，采用基于灰度阈值的分割处理方法；

(4)焊缝图像后处理，包括利用开运算进行图像的处理，把图像中不平滑的部分消除掉，让图像中离的较近的像素连接起来，形成较为平滑的图像；以及图像的骨架提取，将图像中有用的信息提取出来；

(5)再对图像进行直线拟合与特征点坐标的提取，找到拍摄的激光图像的焊缝中心坐标，然后将该坐标与之前步骤(1)示教好的坐标点进行比较，算出偏差信息，实现机器人模块对焊枪的纠偏。

6.根据权利要求5所述的基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统，其特征在于：步骤(1)中，焊缝位置提取处理是在原始图像中提取200×150像素的图像进行处理。

7.根据权利要求5所述的基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统的焊缝视觉跟踪方法，其特征在于：步骤(5)中，特征点坐标提取时，是建立激光坐标系与机器人模块本体坐标系中的相对位置计算矩阵，实现焊缝定位模型。

8.根据权利要求5所述的基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统的焊缝视觉跟踪方法，其特征在于：步骤(1)中，所述CCD相机和结构光激光器通过基于线结构光三角测量原理及基于“距离－深度关系”3D原理实现焊缝的计算，通过对角接焊缝、斜坡焊缝、搭接焊缝的特征聚类建模，获得曲面、曲线的拓扑构造特征值，继而识别、重构正确的焊缝3D模型，并采用小波去噪声的处理，利用小波变换对正常信号中反常信息的灵敏捕捉能力，将视频图像中的信息不利因素去除。

9.根据权利要求5所述的基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统的焊缝视觉跟踪方法，其特征在于：在焊接过程中，所述系统能够设定悬停控制，对系统设定固定焊接距离或者焊接时间，在焊接时中止焊接工作，然后调整视觉跟踪模块和焊枪模块，并重新开始焊接。

10.根据权利要求5所述的基于激光结构光的焊缝视觉跟踪系统的焊缝视觉跟踪方法，其特征在于：在焊接前，所述系统能够设定预测控制，对系统设定固定焊接距离或者焊接时间，模拟焊接工作，然后回到初始位置，调整视觉跟踪模块和焊枪模块，开始焊接，并在焊接过程中与模拟焊接的数值进行比对，进行微调。