本發明涉及焊接技術領域，具體而言涉及一種激光輔助焊縫智能尋跡系統，對焊縫焊接以及對焊縫質量檢測。

背景技術：

焊接是一種低成本、高科技連接材料的可靠工藝方法。到目前為止，還沒有另外一種工藝比焊接更為廣泛地應用于材料間的連接，并對所焊產品產生更大的附加值。在國內，無論是從目前焊接設備和材料產量構成比的發展趨勢，還是從焊接設備和材料的制造技術和發展方向上看，我國焊接技術已有很大發展,部分產品技術已達到或接近國外先進水平，特別是逆變式焊接技術。因此無論現在和將來，焊接都是成功地將各種材料加工成可投入市場產品的首選工藝。

但是現在大部分的焊接工藝都是靠人工焊接，其焊接的精度和效率都容易受到影響，雖說有一些設備可以實現自動焊接，但是焊接后的焊縫質量同樣也不能得到很好的保證，更沒有建立反饋的調節機制。因此，針對上述問題提出一種激光輔助焊縫智能尋跡系統。

技術實現要素：

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種激光輔助焊縫智能尋跡系統。

本發明的技術方案如下：

根據本發明的一個方面，本發明提供一種激光輔助焊縫智能尋跡系統，用于對焊縫進行焊接，包括：

雙目立體視覺定位模塊，所述雙目立體定位模塊被定位為能夠拍攝到焊縫；

焊接機器人模塊，所述焊接機器人模塊包括DSP控制系統、焊槍調節裝置和焊槍，且所述焊接機器人模塊與所述雙目立體定位模塊之間信號通信，所述焊接機器人模塊響應于所述雙目立體定位模塊采集的參數動作；

激光輔助反饋模塊，所述激光輔助反饋模塊包括激光傳感器和單目攝像機，其中所述激光輔助反饋模塊與所述雙目立體定位模塊和所述焊接機器人模塊分別信號連接，所述激光輔助反饋模塊將檢測到的參數反饋至所述雙目立體定位模塊和所述焊接機器人模塊，其中所述單目攝像機的鏡頭上安裝有濾光片。

根據本發明的一個優選實施方案，所述焊接機器人模塊還包括擺動掃描裝置，所述擺動掃描裝置連接至所述激光傳感器，能夠驅動所述激光傳感器動作。所述掃描擺動裝置在必要時驅動激光傳感器動作，能夠對焊縫的質量進行檢測。

根據本發明的一個優選實施方案，所述單目攝像機、激光傳感器通過支架固定至所述焊槍。所述單目攝像機、激光傳感器、焊槍固定在一起，使得激光輔助反饋模塊能夠跟隨焊槍移動，實時掃描檢測焊縫的焊接信息。

根據本發明的一個優選實施方案，所述激光輔助反饋模塊還包括照明設備。

根據本發明的一個優選實施方案，所述雙目立體定位模塊為雙目立體相機或雙目立體攝像機。雙目立體相機或雙目立體攝像機對焊縫進行視覺拍攝，分析獲取焊縫的立體信息。

根據本發明的一個優選實施方案，所述激光輔助焊縫智能尋跡系統還包括報警裝置。當反饋的焊縫信息與雙目立體定位模塊獲取的信息相比偏差大于一預定值時，報警裝置發出警報，提醒操作人員對焊接操作進行及時調整，從而保證的焊接質量。

本發明的有益效果是：該系統基于邊緣檢測算法、激光標定算法、動力學反饋模型、相對運動算法，可以實現高精度焊縫，通過激光反饋系統反饋設置，實現焊縫的二次檢測，大大提高了對焊縫的檢測精度，實現了在生產線上架構成本低廉但在檢測方面效率很高、精準度很強的高精度的激光輔助焊縫智能尋跡系統；實現多個焊縫、多角度或者多個焊接物體進行同時檢測，實時檢測其焊接質量，將各種焊縫精度信息傳送給機器人控制系統，以實時調整焊接機器人的焊接位置、角度、速度來增加焊接精度與準確度。

附圖說明

圖1為本發明的激光輔助焊縫智能尋跡系統的簡要示意圖；

圖2示出了具有濾光片和照明設備的激光輔助反饋模塊的結構示意圖；

圖3為本發明中邊緣檢測方法的流程示意圖；

圖4為本發明的焊接機器人模塊部分工作原理流程圖；

其中：1、雙目立體定位模塊，2、焊接機器人模塊， 3、激光輔助反饋模塊，31、激光傳感器，32、單目攝像機，33、照明設備，4、微型計算機， 311、濾光片。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

圖1示出了本發明的激光輔助焊縫智能尋跡系統的簡要示意圖，該激光輔助焊縫智能尋跡系統包括：雙目立體視覺定位模塊1、焊接機器人模塊2以及激光輔助反饋模塊3。

雙目立體定位模塊2通過支架被固定，并且被安裝固定為能夠拍攝到焊縫的立體信息。雙目立體定位模塊2由支架固定好的雙目攝像機或雙目相機構成，主要負責采集焊縫立體信息的視覺信息，實現對焊縫深度信息的檢測，也根據視差原理采集被測焊縫的立體信息。在本實施方案中，雙目立體定位模塊2為雙目立體相機，在使用雙目立體相機前，需要對其進行標定，主要是對雙目相機獲取相機的內參（焦距，圖像中心，畸變系數等）和外參（旋轉矩陣、平移矩陣等）。進行標定以后，對焊縫進行圖像采集，圖3示出了邊緣檢測方法的流程示意圖。雙目立體定位模塊對圖像進行進一步的圖像處理后，定位到焊縫的起點、終點、中間點等特征點；同時識別空間兩個焊接邊緣的邊緣信息，得到兩個連續的空間曲線，然后擬合出它們的中心線。雙目立體定位模塊采用此快速定位模式，能夠迅速識別焊縫的特征點信息，并且將所找到的焊縫中心線信息發送到焊接機器人模塊。為了可以有效地消除噪音，在更大程度上避免關鍵像素的損傷和忽略，準確地檢測到目標的邊緣并保持目標的更好的連接邊緣，雙目立體定位模塊采取基于高斯-拉普拉斯算子的邊緣檢測算法。高斯-拉普拉斯邊緣檢測算法是高斯邊緣檢測算法與拉普拉斯邊緣檢測算法的結合，既具備高斯算子的平滑特點又具備拉普拉斯算子銳化特點，該算法可以有效地消除噪音，在更大程度上避免了關鍵像素的損傷和忽略，準確地檢測到目標的邊緣并保持目標的更好的連接邊緣，增強了對于整體圖像邊緣細節的把握。

再次參照圖1，所述焊接機器人模塊2包括DSP控制系統、焊槍調節裝置和焊槍，且焊接機器人模塊2與雙目立體定位模塊1之間能夠實現信號通信，雙目立體定位模塊1將采集和獲取的焊縫信息發送給焊接機器人模塊2，焊接機器人模塊2將收到的信息進行處理后，響應于雙目立體定位模塊1發送的參數信息進行動作。如圖4所示，在接收到由雙目立體定位模塊1發送的焊縫位置信息后，主要包括焊縫點和焊縫中心線的信息，DSP控制系統基于動力學模型對焊縫點和焊縫中心線信息進行求解處理，將處理后的信息發送給焊槍調解裝置，調整焊槍的位置，使焊槍執行焊接操作。焊搶的執行機構可以為串聯、并聯或者直線機器人。其中，動力學模型的建模步驟主要是：

第一步：絕對位置的逆解。首先獲取雙目信息，基于最小二乘擬合算法，得到絕對位置的信息；

第二步：相對位置的逆解。焊槍的執行機構為串聯、并聯或者直線機器人，運用相對算法進行逆向求解獲得其相對位置；

第三步：對獲得的絕對位置和相對位置進行驗證；

根據獲取的信息，進行逆向求解獲得其運動軌跡。

再次參照圖1，激光輔助反饋模塊3包括激光傳感器31和單目攝像機32，其中激光輔助反饋模塊3與雙目立體定位模塊1和焊接機器人模塊2分別信號連接，激光輔助反饋模塊3將檢測到的參數反饋至所述雙目立體定位模塊1和所述焊接機器人模塊2。優選地，單目攝像機32、激光傳感31器通過支架固定至所述焊槍。所述單目攝像機32、激光傳感器31、焊槍固定在一起，使得激光輔助反饋模塊3能夠跟隨焊槍一起移動，實時掃描檢測焊接的焊接信息。雙目相機可以獲取準確的3D視覺信息，單目攝像機32用以解除立體視覺環境中的視場小、立體匹配難的不足之處，采用激光標定算法合理的融合單目相機和激光傳感器兩種傳感器的數據信息，可以有效解決焊縫檢測中的各種視角、精度的問題，以實現其輔助雙目立體定位模塊，使焊槍進行更加精確的焊接的功能。

根據本發明的一個優選實施方案，在焊接過程中會產生大量的弧光，首先，產生的弧光會嚴重影響雙目立體定位模塊1和激光輔助反饋模塊3的視覺采集，因此會影響焊縫數據分析和對焊縫的精確定位；其次，產生的弧光對于單目攝像機設備造成損害，會縮短單目攝像機設備的使用壽命。為了緩解弧光造成的影響，需要在激光輔助反饋模塊的單目攝像機上和雙目立體定位模塊的雙目相機上安裝有濾光片，尤其是在單目攝像機上安裝濾光片，對單目攝像機和雙目相機起保護作用，同時濾掉弧光對單目攝像機和雙目相機的影響。圖2示出了具有濾光片和照明設備的激光輔助反饋模塊的結構示意圖。激光輔助反饋模塊3的單目攝像機32的鏡頭上安裝有濾光片311，濾光片311對單目攝像機32起保護作用，并且能夠濾掉焊接產生的弧光，使單目攝像機32的圖像采集更為清晰和準確。優選地，激光輔助反饋模塊3還包括一個單獨的照明設備33，這是為了進一步緩解弧光造成的視覺影響，為單目攝像機32提供更好的照明條件和圖像采集條件。另外，雙目立體定位模塊1的雙目相機雖然距離焊縫相對較遠，但也會受到焊接產生的弧光的影響，因此優選地，在雙目立體定位模塊1的雙目相機上也安裝有濾光片，保護鏡頭和濾掉弧光。濾光片需要根據激光傳感器發出的激光的波長和頻率來進行選型，確保不會將激光傳感器發出的激光濾掉。

編寫導航焊縫中心線提取程序，提取激光焊縫導航中心線和視覺焊縫導航中心線，分別與兩坐標軸交點的坐標以及截距信息，建立相同位置點的激光導航中線和視覺導航中線的映射關系，所以提出一種激光標定方法。激光輔助反饋模塊3的控制部分采用激光標定算法。其中，激光標定算法是單目攝像機和激光傳感器的數據融合，應當完成兩者之間的數據的統一標定的算法。標定的目的是確定激光傳感器空間掃描面以及光源在世界坐標系中的位置，從而有效測量焊縫測量信息，為此提出一種激光標定算法，使用單目攝像機組成的立體視覺系統完成對激光傳感器的標定工作。對采集的圖像信息進行了圖像預處理，選用Lab空間中的a分量作為最終的色彩空間模型，通過3×3尺寸的卷積模板，進行中值濾波；運用Otsu閾值分割法分割圖像，應用先膨脹后腐蝕的形態學方法處理獲得的信息。運用圖像透視原理篩選邊界點的方法提取圖像的邊界點，最終基于最小二乘的直線擬合方法擬合出邊界線，進一步提取出焊縫中心線。

優選地，所述焊接機器人模塊2還包括擺動掃描裝置，所述擺動掃描裝置連接至所述激光傳感器31，能夠所述激光傳感器31動作（見圖3）。所述掃描擺動裝置在必要時驅動激光傳感器動作，能夠對焊縫的質量進行檢測。

優選地，本發明的激光輔助焊縫智能尋跡系統還包括報警裝置。當反饋的焊縫信息與雙目立體定位模塊獲取的信息相比偏差大于設定好的預定值時，報警裝置發出警報，提醒操作人員對焊接操作進行及時調整，從而保證的焊接質量，實現其高精度焊縫追蹤。

本發明的激光輔助焊縫智能尋跡系統能實現多個焊縫、多角度或者多個焊接物體進行同時檢測，實時檢測其焊接質量，將各種焊縫精度信息傳送給機器人控制系統，以實時調整焊接機器人的焊接位置、角度、速度等。

具體地，本發明在使用時，首先在雙目相機各架支架，對雙目立體相機進行標定；將單目攝像機和激光傳感器固定至焊槍的對應位置上，使得單目攝像機和激光傳感器能夠對焊縫進行掃描和檢測；雙目立體相機對焊縫的立體信息進行采集，識別焊縫起點、終點以及焊縫的中心點，并且識別空間兩個焊接邊緣的邊緣信息，得到兩個連續的空間曲線，然后擬合出它們的中心線；雙目立體相機將焊縫中心線信息傳遞給焊接機器人模塊，焊接機器人模塊根據雙目立體相機傳遞的信息，進行逆向求解獲得其運動軌跡，控制焊槍執行焊接操作；在焊槍進行焊接操作的同時，激光輔助反饋模塊對焊槍的運動進行跟蹤，使用相機采用激光掃描進行輔助反饋。在焊接過程中，雙目立體相機被遮擋時，激光輔助反饋模塊對焊槍進行激光掃描定位，同時將信息反饋給雙目立體相機，雙目立體相機根據反饋的信息進行調整。對焊縫進行質量檢測，實現遠程的焊縫檢測以及對比，建立焊接機器人的焊接精度模型，同時實現多個焊縫、多角度或者多個焊接物體進行同時檢測，實時檢測其焊接質量，同時將各種焊縫精度信息傳送給焊接機器人模塊，以實時調整焊槍的焊接位置、角度、速度等。同時將雙目立體定位模塊獲取的焊縫中心線和激光輔助反饋模塊激光掃描獲取的中心線的相對位置誤差精度進行對比，若超出預定值，即設定的誤差許可范圍，可以觸發報警，使操作人員盡快對焊接進行調整，從而保障了焊縫的質量。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。