專利名稱：多結(jié)構(gòu)光雙目復(fù)合視覺焊縫跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多結(jié)構(gòu)光雙目復(fù)合視覺焊縫跟蹤裝置，涉及自動焊接技術(shù)領(lǐng)域，特 別是焊接機器人視覺傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，應(yīng)用于焊接機器人上的傳感方式多種多樣，在這些傳感方法之中，由視覺傳 感方式具有信息量大、非接觸、快速、高精度及檢測范圍大等優(yōu)點，受到廣大焊接工作 者的喜愛，目前已成為機器人焊接傳感器方面的研究熱點。目前國內(nèi)外研究比較成熟的 是采用激光或者結(jié)構(gòu)光的視覺傳感方式，這種傳感方式測量準(zhǔn)確，抗干擾能力強，但存 在測量點和施焊點有一段距離的不足之處，在跟蹤曲線焊縫時易產(chǎn)生導(dǎo)前誤差。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索分析，發(fā)現(xiàn)譚民等人在專利"一種基于激光結(jié)構(gòu)光的焊縫跟 蹤視覺傳感器"(申請?zhí)?00410009931.4)中介紹的視覺傳感器具有一定的代表性，該發(fā) 明是一種基于激光結(jié)構(gòu)光的焊縫跟蹤視覺傳感器，采用激光作為結(jié)構(gòu)光的光源，由激光 發(fā)生器、攝像機、監(jiān)視器和處理單元等組成。利用激光束經(jīng)過柱面鏡形成激光平面，投 射到焊槍前方的工件焊縫上產(chǎn)生激光條紋，視覺傳感器采集焊縫激光圖像，通過圖像處 理計算焊縫位置，并轉(zhuǎn)換成模擬信號或無線通信輸出，以達到控制焊接機器人實現(xiàn)焊縫 自動跟蹤的目的。但由于所計算的焊縫位置是焊槍前方一段距離處的焊縫位置，因此， 以此位置作為焊縫跟蹤較正基準(zhǔn)會使得該傳感器在跟蹤曲線焊縫時易產(chǎn)生導(dǎo)前誤差。呂 名昊等人在《機械設(shè)計與制造》(2008， No.7:123—125)上發(fā)表的"基于結(jié)構(gòu)光的螺旋鋼 管埋弧焊焊縫跟蹤系統(tǒng)研究"中采用了多結(jié)構(gòu)光技術(shù)進行焊縫跟蹤，但該技術(shù)與單結(jié)構(gòu)
光技術(shù)沒有本質(zhì)差別，仍不能消除在跟蹤曲線焊縫時產(chǎn)生的導(dǎo)前誤差。周律等人在專利 "燥接機器人伺服雙目視覺傳感器"(申請?zhí)?00410067328.1)中介紹的視覺傳感器雖 然使用了雙目視覺，但實際上只是把其中一目用于焊縫跟蹤，而且，由于該目攝像機采 用自然光或電弧光照明，精度低，抗干擾能力差。而把另一目用于焊縫熔透控制，而不是用于焊縫跟蹤。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種跟蹤精度高、抗干擾能力強的多結(jié)構(gòu)光雙目復(fù)合視覺焊 縫跟蹤方法及裝置。
一種多結(jié)構(gòu)光雙目復(fù)合視覺焊縫跟蹤方法，其特征在于包括以下歩驟
(1) 、采用三線激光器所發(fā)激光照射焊縫，產(chǎn)生激光結(jié)構(gòu)光平面，在焊槍路徑前方 形成結(jié)構(gòu)光條紋，其中照射在焊縫上的三條結(jié)構(gòu)光條紋與焊縫交叉點依照離焊槍位置由
遠到近的順序定義為焊點1、焊點2、焊點3，其中焊點l、焊點2、焊點3、焊槍之間 間距相等，設(shè)間距為d;
(2) 、利用加裝濾光透鏡的攝像機A以時間間隔t采集、處理焊槍前的焊縫特征激 光條紋圖像，并由控制器獲取和存儲焊縫位置關(guān)系，即焊點l、焊點2、焊點3的相對 坐標(biāo)，其中激光結(jié)構(gòu)光平面與攝像機A攝像頭中心軸線成30。 60。角，鏡頭朝下；
(3) 、利用攝像機B攝取激光條紋以外的其它圖像并計算焊槍運動速度與方向，再 根據(jù)d和t計算并找到與當(dāng)前焊槍實際位置相對應(yīng)的焊縫位置關(guān)系記錄，具體方式為
設(shè)Vd為焊槍沿垂直結(jié)構(gòu)光條紋方向的速度分量，n= (d/Vd) /t，前第n條焊縫位置關(guān)系
信息記錄即為所對應(yīng)的那條焊縫位置關(guān)系記錄；
(4) 、進一步利用當(dāng)前三條激光線所反映的焊點2和焊點3的相對位置分別與第G) 步所找到的那條焊縫位置關(guān)系記錄中焊點1和焊點2相對位置匹配，該條焊縫位置關(guān)系 記錄中所記錄的焊點3的位置即為當(dāng)前焊槍的理想位置；
(5) 、焊槍理想位置與焊槍當(dāng)前實際位置相比較即可獲得焊槍的位置偏差，以操控
焊接機器人或工件上位置校正系統(tǒng)進行位置校正，實現(xiàn)焊縫跟蹤；燥槍當(dāng)前實際位覽可 根據(jù)焊槍與攝像機之間的固聯(lián)關(guān)系確定；
(6) 、上述激光器、攝像機B、攝像機A隨焊槍固聯(lián)系在一起， 一起運動。 --種多結(jié)構(gòu)光雙目復(fù)合視覺焊縫跟蹤裝置，其特征在于
包括用于向焊縫區(qū)域投射結(jié)構(gòu)光條紋的多線激光發(fā)生器、裝有窄帶濾光片和中性減
光片A的用于采集焊縫特征激光條紋圖像的攝像機A、裝有帶通濾光片和中性減光片B 的用于采集激光條紋以外圖像的攝像機B、與攝像機A、攝像機B相連的控制器組成。 本發(fā)明的有益效果是，采用激光結(jié)構(gòu)光作為照明光源，可有效提高焊縫跟蹤系統(tǒng)的抗千擾性能它利用兩個攝像機分別獲取多線結(jié)構(gòu)光圖像與普通圖像信息并進行信息熔合，計算 出焊槍的位置進行焊縫跟蹤，能夠有效消除傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)跟蹤曲線焊縫是產(chǎn)生的導(dǎo) 前誤差問題，能廣泛應(yīng)用于曲線焊縫的焊縫跟蹤；并提供模擬量輸出接口和網(wǎng)絡(luò)接口， 可以網(wǎng)絡(luò)設(shè)置傳感器工作參數(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)信號或無線網(wǎng)絡(luò)通信輸出焊縫位置；可以適應(yīng)各 種焊縫類型和工藝，提供焊縫位置信號，是通用、靈活和獨立的焊縫跟蹤視覺傳感器； 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、跟蹤精度高等優(yōu)點，可廣泛用？機器人或自制自動化焊接設(shè)備等。


圖1是多結(jié)構(gòu)光復(fù)合視覺焊縫跟蹤裝置簡圖。
圖中標(biāo)號名稱l.窄帶濾光片2.中性減光片A 3.攝像機A 4.焊槍5.防濺擋板
6.工件7.攝像機B 8.帶通濾光片9.中性減光片B IO.多線激光器ll.控制器。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明的多結(jié)構(gòu)光復(fù)合視覺焊縫跟蹤裝置包括窄帶濾光片1，中性減 光片A，攝像機A，防濺擋板5，攝像機B，帶通濾光片8 (能透過波長650nm的光波)， 中性減光片B，多線激光器IO，控制器ll。兩個攝像機均采用工業(yè)攝像機。其中，激 光器、攝像機封裝在一起，和焊槍4剛性連接于一框架上，攝像機攝像頭帶有減光片和 濾光片，該焊縫跟蹤裝置和焊槍固接，兩者中心軸線平行，共處于同一平面，該平面與 焊縫所成平面相交，且與被焊工件表面垂直；攝像機通過信號線與控制器電纜連接。
上述控制器ll，包括計算機及其部件、監(jiān)視器和信號線，計算機分別與控制面板、 監(jiān)視器和信號線電纜連接，兩個攝像機與計算機的圖像采集卡相連接，控制器還設(shè)有模 擬量輸出接口和無線網(wǎng)絡(luò)接口。該接口將(水平方向和豎直方向)焊縫位置偏移量信息 以標(biāo)準(zhǔn)模擬信號輸出或通過無線網(wǎng)絡(luò)輸出。
計算機還與焊縫圖像處理模塊電連接，焊縫圖像處理模塊具有多種焊縫類型的資料， 用于提取焊縫特征點坐標(biāo)，并具有擴展功能。利用網(wǎng)絡(luò)或通過控制面板按鍵選擇，可針 對焊縫類型進行設(shè)定、調(diào)整。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是傳感器以計算機為中心。多線激光器 發(fā)出的多束線光源，構(gòu)成多結(jié)構(gòu)光平面，投射到工件表面，形成結(jié)構(gòu)光條紋。兩臺CCD 攝像機接收到結(jié)構(gòu)光圖像和普通圖像后，將視頻信號送入圖像采集卡，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換.成數(shù)字信號進行處理。按照焊縫類型和工藝，或通過無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的系統(tǒng)參數(shù)，調(diào)用相 應(yīng)的圖像處理程序，得到焊縫偏差信號后，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到控制信號，經(jīng)模擬量輸出接口和 網(wǎng)絡(luò)接口 ，焊縫位置偏移量信息可以以標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(1-5V， 4 20mA)輸出或無線網(wǎng)卡 通信輸出為執(zhí)行機構(gòu)提供控制信號輸出，以達到實時偏差調(diào)整的目的。激光結(jié)構(gòu)光平面 和攝像機經(jīng)過標(biāo)定，由結(jié)構(gòu)光條紋特征點的坐標(biāo)經(jīng)計算機計算出焊縫的偏移量。
權(quán)利要求1、一種多結(jié)構(gòu)光雙目復(fù)合視覺焊縫跟蹤裝置，其特征在于包括用于向焊縫區(qū)域投射結(jié)構(gòu)光條紋的多線激光發(fā)生器(10)、裝有窄帶濾光片(1)和中性減光片A(2)的用于采集焊縫特征激光條紋圖像的攝像機A(3)、裝有帶通濾光片(8)和中性減光片B(9)的用于采集激光條紋以外圖像的攝像機B(7)、與攝像機A(3)、攝像機B(7)相連的控制器(11)組成。
專利摘要本實用新型涉及一種多結(jié)構(gòu)光雙目復(fù)合視覺焊縫跟蹤裝置，涉及自動焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是焊接機器人視覺傳感技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括用于向焊縫區(qū)域投射結(jié)構(gòu)光條紋的多線激光發(fā)生器(10)、裝有窄帶濾光片(1)和中性減光片A(2)的用于采集焊縫特征激光條紋圖像的攝像機A(3)、裝有帶通濾光片(8)和中性減光片B(9)的用于采集激光條紋以外圖像的攝像機B(7)、與攝像機A(3)、攝像機B(7)相連的控制器(11)組成。綜合兩攝像機的圖像信息可以計算出焊槍當(dāng)前理想位置，得到與實際位置的差值，并由控制器轉(zhuǎn)換成模擬信號或無線通信輸出，控制焊槍糾偏電動機，實現(xiàn)焊縫自動跟蹤的目的。
文檔編號B23K9/028GK201357275SQ20092003743
公開日2009年12月9日 申請日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者劉極峰, 肖增文 申請人:南京工程學(xué)院