[发明专利]基于边缘的图像匹配窄间隙焊缝初始点定位装置和方法

说明书

本发明公开一种基于边缘的图像匹配窄间隙焊缝初始点定位装置和方法，装置包括相机固定架、固定架连接件、摄像机、镜头、滤光片、背景光源，其中：所述相机固定架内部固定所述摄像机，通过固定架连接件使所述摄像机的光轴式中垂直于焊件平面，所述摄像机通过镜头获取焊件图像信息，所述滤光片的中心波长与所述背景光源的波长相同，所述滤光片设置于所述镜头与背景光源中间，所述背景光源发出的光源投射到焊件表面。本发明还提出了基于边缘的图像匹配的方法结合多模板库，可以实现多角度，多尺度，高精度的匹配结果。

技术领域

本发明涉及焊接自动化领域，更具体地，涉及一种基于边缘的图像匹配窄间隙焊缝初始点定位装置和方法。

背景技术

如今，焊接自动化发展日渐成熟。其中在焊缝跟踪技术领域已有国内外学者做出大量的研究成果，但对焊缝初始点导引技术的研究较为薄弱。通过焊接导引确定初始焊接位置是整个自动化焊接的第一步。若始焊位置给定的焊炬几何中心与坡口中心重合偏差，会产生系统误差，一旦焊前该偏差存在，焊接过程中将不能自动消除。

近些年来也有一些学者对焊缝初始点导引技术进行研究，但是总结起来可以分为两类：基于三维重建的焊缝初始点导引和基于两步法先粗后细的角点检测方式。三维重建虽然较为精准，但因为三维重建需要较为明显的坡口，且在三维重建的过程中会消耗大量算力，故在不适用于窄间隙的焊缝初始点定位。两步法即先粗略求出焊接初始点范围建立感兴趣区域；再进行角点检测来获取准确焊接初始点引导。通常两步法关于第一步粗定位有两种方式：求出焊缝与边缘交点，再进行感兴趣区域建立；利用模板匹配的方式建立感兴趣区域。拟合边缘曲线求取焊缝和边缘的交点时，若拟合误差较大或感兴趣区域大小选择不当，会使得真实的焊缝初始点不在区域内，导致定位失败。而直接采用图像匹配的方式可直接获取包含真实焊缝初始点的感兴趣的区域，但是匹配结果易受到光照、尺度、旋转的影响。这些因素易导致匹配发生错误，最终影响焊接初始点的定位结果。

公开日为2018年12月18日，公开号为CN109035204A的中国专利公开了焊缝目标实时检测方法，包括以下步骤：建立训练样本集，被构造为采集不同形态的焊缝图像作为源样本，对源样本进行预处理组成训练样本；离线训练检测器，被构造为利用所述训练样本在不同的初始条件下对神经网络进行训练，将多次训练得到的最优神经网络模型作为焊缝检测器；在线检测，被构造为获取检测图像，利用所述焊缝检测器进行焊缝检测并输出检测结果。但该专利只能识别不同形态的焊缝识别点，并未能对焊缝识别点进行精确定位。

发明内容

本发明首要目的是提供一种基于边缘的图像匹配窄间隙焊缝初始点定位装置，解决现有图像匹配的方式易受到光照、尺度、旋转的影响的问题。

本发明次要目的是提供一种基于边缘的图像匹配窄间隙焊缝初始点定位方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于边缘的图像匹配窄间隙焊缝初始点定位装置，包括相机固定架、固定架连接件、摄像机、镜头、滤光片、背景光源，其中：

所述相机固定架内部固定所述摄像机，所述相机固定架内部设置所述固定架连接件，所述相机固定架通过固定架连接件使所述摄像机的光轴始终垂直于焊件平面，所述摄像机通过镜头获取焊件图像信息，所述滤光片的中心波长与所述背景光源的波长相同，所述滤光片设置于所述镜头与背景光源中间，所述背景光源发出的光源投射到焊件表面。

优选地，所述背景光源为环型光源，所述背景光源的波长为635nm。

优选地，所述滤光片为窄带滤光片，所述滤光片的中心波长为635nm，带宽为±10nm。

一种基于边缘的图像匹配窄间隙焊缝初始点定位方法，所述定位方法基于上述所述的基于边缘的图像匹配窄间隙焊缝初始点定位装置，包括以下步骤：

S1：将摄像机移动到焊缝初始点位置范围，并采集焊件表面的灰度图像；