[发明专利]基于视觉及旋转电弧复合传感的三维焊缝跟踪方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于视觉及旋转电弧复合传感的三维焊缝跟踪方法及系统，方法包括：通过双目视觉传感器获取待焊焊缝的两个位置图像；根据获取的两个位置图像，采用图像处理方法计算待焊焊缝的三维坐标；通过旋转电弧传感器获取焊缝电流信号；根据焊缝电流信号，计算焊枪与焊缝中心的偏差值；对三维坐标和偏差值进行融合处理，生成焊缝三维偏差值；根据焊缝三维偏差值，采用PID控制方法对机器手进行实时跟踪；系统包括图像采集模块、坐标计算模块、信号采集模块、偏差值计算模块、融合处理模块和跟踪模块。本发明提高了抗干扰能力、精准度和焊缝稳定性，可广泛应用于焊接自动化技术领域。

技术领域

本发明涉及焊接自动化技术领域，尤其是基于视觉及旋转电弧复合传感的三维焊缝跟踪方法及系统。

背景技术

目前，国内外大量应用的是第一代“示教-再现”型焊接机器手，这种机器手的工作轨迹只按示教路径再现，对焊接过程中工况的变化缺乏感知和路径跟踪能力，难以满足先进制造企业对焊接的高要求。

焊缝跟踪系统由传感系统、控制系统及执行机构组成。其中传感技术是焊缝跟踪系统中的重要组成部分，其主要作用是获取焊接过程的状态信息，包括焊枪的高度、位置及焊接坡口几何尺寸等。根据传感形式的不同，焊接传感器可分为接触式和非接触式两类，接触式传感器有电弧传感器，非接触式传感器有视觉传感器、声学传感器等。

视觉传感方式的焊缝跟踪在机器手焊接应用中最为广泛，效果也相对较好，但主动视觉传感的方式测量点与施焊点存在一定距离，同时也缺乏熔池的信息，而被动视觉传感的方式虽然可以获取熔池信息，但图像处理难度较大，容易受弧光干扰，故视觉传感方式需与其它焊缝跟踪方式融合，获得更好的效果。高速旋转电弧传感方法的检测点就是焊接点，并且能根据电流信号预测焊缝的成形。但是高速旋转电弧传感的信号主要来源于电流信号，而电流信号受焊接稳定性、焊枪高度和倾角等影响。总的来说，现有焊缝跟踪系统仅采用单一类型的传感器进行检测，这种方法获取的传感信息途径单一，容易受干扰，导致跟踪精度低且稳定性不高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种抗干扰能力强、跟踪精度高且稳定性高的，基于视觉及旋转电弧复合传感的三维焊缝跟踪方法及系统。

本发明所采取的技术方案的一方面为：

基于视觉及旋转电弧复合传感的三维焊缝跟踪方法，包括以下步骤：

通过双目视觉传感器获取待焊焊缝的两个位置图像；

根据获取的两个位置图像，采用图像处理方法计算待焊焊缝的三维坐标；

通过旋转电弧传感器获取焊缝电流信号；

根据焊缝电流信号，计算焊枪与焊缝中心的偏差值；

对三维坐标和偏差值进行融合处理，生成焊缝三维偏差值；

根据焊缝三维偏差值，采用PID控制方法对机器手进行实时跟踪。

进一步，所述根据获取的两个位置图像，采用图像处理方法计算待焊焊缝的三维坐标这一步骤，包括以下步骤：

对待焊焊缝的两个位置图像进行图像滤波处理，得到第一处理结果；

对第一处理结果进行图像增强处理，得到第二处理结果；

对第二处理结果进行图像分割处理，得到第三处理结果；

对第三处理结果进行边缘检测处理，得到第四处理结果；

对第四处理结果进行焊缝识别处理，得到第五处理结果；

对第五处理结果进行中心提取处理，得到第六处理结果；

对第六处理结果中两个位置图像的焊缝中心进行位置对比，计算得到待焊焊缝的三维坐标。