[发明专利]基于激光视觉传感器的摆动焊接焊缝跟踪误差控制方法

权利要求书

1.一种基于激光视觉传感器的摆动焊接焊缝跟踪误差控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过激光视觉传感器获取焊接坡口的激光条纹图像；

以前一时刻的激光条纹图像中的特征条纹作为基准，在当前时刻的激光条纹图像中沿水平方向和竖直方向进行搜索，获得所述特征条纹在当前时刻的激光条纹图像中的位置；

通过图像处理方法获取所述特征条纹中的特征点在图像坐标系下的二维坐标值，并利用矩阵变换将所述特征点的二维坐标转换为机器人坐标系下的三维坐标值；

对所述激光视觉传感器的时钟与机器人的时钟进行同步，然后由起弧信号触发开始时钟，根据所述激光条纹图像的采集时间，在机器人汇报坐标的时间戳序列中根据机器人摆动周期运动规律参数寻找最近邻的前后两个汇报坐标并按时间戳进行插值，计算采集所述激光条纹图像时所述机器人的三维坐标值，所述机器人的汇报坐标为该时刻下所述特征点在机器人坐标系下的三维坐标值；

其中，以前一时刻激光条纹图像中的特征条纹作为基准，在当前时刻的激光条纹图像中沿水平方向和竖直方向进行搜索，获得所述特征条纹在当前时刻的激光条纹图像中的位置的步骤具体包括：

获取前一时刻的激光条纹图像I₀，得到焊缝类型模型参数和初始条纹C₀(u)，设定边界容差值ΔH，以C₀(u)为中心，从I₀中截取的一段包含固定高度的像素的矩阵，得到初始感兴趣区域R₀(u)，R₀(u)＝C₀(u)±ΔH；

获取当前时刻的激光条纹图像I₁，在I₁中沿水平方向平移Δu进行搜索，获得搜索条纹C₁₁(u+Δu，0)，得到动态线型感兴趣区域R₁₁(u+Δu，0)；

计算R₁₁(u+Δu，0)与R₀(u)的结构相似性系数，在水平搜索过程中，使结构相似性系数最大的平移距离Δu即为水平方向的搜索结果；

在I₁中沿竖直方向平移Δv进行搜索，获得搜索条纹C₁₂(u+Δu，Δv)，得到动态线型感兴趣区域R₁₂(u+Δu，Δv)；

计算R₁₂(u+Δu，Δv)与R₀(u)的结构相似性系数，在竖直方向搜索过程中，使结构相似性系数最大的平移距离Δv即为竖直方向的搜索结果，其中，R₁₂(u+Δu，Δv)＝C₀(u+Δu)+Δv±ΔH。

2.如权利要求1所述的基于激光视觉传感器的摆动焊接焊缝跟踪误差控制方法，所述激光视觉传感器包括激光发生器、调光镜组及CCD成像平面，其特征在于，通过激光视觉传感器获取焊接坡口的激光条纹图像的步骤具体包括：

使所述激光发生器发射激光，所述激光经所述调光镜组调制后形成线形激光，所述线形激光照射到工件焊缝处，在坡口处形成具有特征的线形激光条纹；

通过所述CCD成像平面接收所述激光条纹并形成所述焊接坡口的激光条纹图像。

3.如权利要求1所述的基于激光视觉传感器的摆动焊接焊缝跟踪误差控制方法，其特征在于，所述结构相似性系数的计算公式如下：

其中，r₁和r₂为从对应的激光条纹图像中截取的一段包含固定高度的像素的矩阵，μ₁和μ₂分别为r₁和r₂的均值，σ₁和σ₂分别为r₁和r₂的均值，σ₁₂为r₁和r₂的协方差，c₁和c₂为维持稳定的常数。

4.如权利要求1所述的基于激光视觉传感器的摆动焊接焊缝跟踪误差控制方法，其特征在于，在I₁中沿水平方向平移Δu进行搜索时，设定的Δu应与所述机器人的摆动幅度对应。