本發(fā)明屬于焊接機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種焊縫輪廓特征識(shí)別及其焊道實(shí)時(shí)規(guī)劃的方法。

背景技術(shù)：

焊道規(guī)劃是指控制系統(tǒng)能自動(dòng)地為下一次焊接選擇合適的焊接位置，它應(yīng)該包括兩個(gè)方面。其一是為焊槍在接下來(lái)的焊接決策出初始焊接點(diǎn)，其二是焊接中實(shí)時(shí)為焊槍決策出合理的焊接點(diǎn)。目前解決焊道規(guī)劃的方法主要有三種：基于模型計(jì)算法、基于cad法和基于視覺(jué)修正法。

基于模型計(jì)算法指的是根據(jù)焊接參數(shù)與焊道成形后的橫截面積的近似關(guān)系，計(jì)算出焊道橫截面作為三角形和梯形的近似橫截面積，然后根據(jù)等面積(所有焊道的橫截面積看作相等)或者等高(所有焊道的余高相等)原則來(lái)匹配設(shè)計(jì)好的接頭坡口形狀完成焊道規(guī)劃。與基于模型計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)在線焊道規(guī)劃不同的是，基于cad方式的焊道規(guī)劃采用的是離線方式，因?yàn)樵摲绞揭柚嚓P(guān)專業(yè)軟件來(lái)模擬焊道規(guī)劃過(guò)程。基于模型計(jì)算方式和基于cad方式的焊道規(guī)劃在實(shí)際使用中不得不對(duì)事先規(guī)劃好的軌跡進(jìn)行校正，在實(shí)際焊接過(guò)程中由于焊件受熱會(huì)發(fā)生微小的變形，且隨著焊道數(shù)目的增加該變形量會(huì)疊加，因此精確性不高。現(xiàn)有技術(shù)中，基于視覺(jué)修正法通過(guò)視覺(jué)方式將上述偏移量轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)最終確定下一焊接焊槍的位置，雖然采用了焊縫輪廓視覺(jué)信息，但是每次焊道規(guī)劃仍然采用模型計(jì)算方式近似獲取焊槍偏移量，精確性有待提高。

綜上所述，對(duì)于模型計(jì)算方式，采用的近似模型有較大的系統(tǒng)誤差，誤差會(huì)隨著焊道數(shù)目的增加而迅速增大；對(duì)于cad方式，采用離線化的優(yōu)化焊道編排順序，造成無(wú)法實(shí)時(shí)根據(jù)實(shí)際焊接情況作出調(diào)整；對(duì)于視覺(jué)修正法，每次焊道規(guī)劃仍然采用模型計(jì)算方式，仍然存在精確性不高的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種焊縫輪廓特征識(shí)別及其焊道實(shí)時(shí)規(guī)劃的方法，本發(fā)明通過(guò)視覺(jué)修正的方法獲取焊縫的單調(diào)斜率區(qū)間和斜率突變點(diǎn)，根據(jù)斜率突變點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種焊道實(shí)時(shí)規(guī)劃的方法，實(shí)時(shí)決策出合理的焊接位置，解決了焊道規(guī)劃精確性不高的問(wèn)題，達(dá)到了實(shí)時(shí)規(guī)劃焊道的目的。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種焊縫輪廓特征識(shí)別的方法，包括如下步驟:

s11：采用激光視覺(jué)傳感器照射焊縫，得到焊縫輪廓的灰度圖像；

s12：對(duì)所述灰度圖像進(jìn)行處理，得到所述焊縫輪廓的綜合顯著圖；

s13：對(duì)所述綜合顯著圖進(jìn)行處理，得到激光條紋；

s14：對(duì)所述激光條紋進(jìn)行處理，得到所述激光條紋的單調(diào)斜率區(qū)間和斜率突變點(diǎn)。

進(jìn)一步的，所述s11具體為：

采用ccd成像技術(shù)對(duì)所述焊縫進(jìn)行激光照射，得到所述焊縫的實(shí)時(shí)圖像，對(duì)所述實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行灰度處理，得到所述焊縫輪廓的灰度圖像。

進(jìn)一步的，所述s12具體為：

建立視覺(jué)注意模型，利用所述視覺(jué)注意模型對(duì)所述灰度圖像進(jìn)行處理，所述視覺(jué)注意模型包括方向特征處理模型和亮度特征處理模型，將所述方向特征處理模型的結(jié)果和所述亮度特征處理模型的結(jié)果進(jìn)行線性合成，得到所述綜合顯著圖。

進(jìn)一步的，所述方向特征處理模型包括多方向gabor濾波處理和非均勻性度量處理，將所述灰度圖像經(jīng)過(guò)所述多方向gabor濾波處理得到多方向特征方向合成圖，將所述多方向特征方向合成圖經(jīng)過(guò)非均勻性度量處理得到方向顯著圖。

進(jìn)一步的，所述多方向gabor濾波處理的公式如下：

xo＝xcosθ+ysinθ

yo＝y(tǒng)cosθ-xsinθ

其中，x和y是所述灰度圖像中各元素的坐標(biāo)，σy是濾波頻率，θ是濾波角度，σx、σy是標(biāo)準(zhǔn)方差。

進(jìn)一步的，對(duì)灰度圖像進(jìn)行θ＝0°和θ＝90°的gabor濾波處理，得到所述多方向合成方向特征圖。

進(jìn)一步的，所述非均勻性度量處理的公式如下：

δfi1＝|fi^old(x,y)-fi^old(x-1,y)|

δfi2＝|fi^old(x+1,y)-fi^old(x,y)|

其中，x和y是所述多方向合成方向特征圖中各元素的坐標(biāo)，fi^old(x,y)為所述多方向合成方向特征圖，fi^new(x,y)為方向顯著圖。

進(jìn)一步的，所述亮度特征處理模型對(duì)所述灰度圖像進(jìn)行突變性度量，所述突變性度量的公式如下：

其中，a為度量系數(shù)，kj(i)為第j列不同行i的亮度的突變，f(i,j)為所述灰度圖像，f'(i,j)為經(jīng)過(guò)所述突變性度量處理后得到的亮度顯著圖，m為每列kj(i)的數(shù)目，n為激光條紋在所述灰度圖像中覆蓋列的數(shù)目。

進(jìn)一步的，所述線性合成公式如下：

其中，fc(x,y)為所述綜合顯著圖。

進(jìn)一步的，所述s13具體為：

包括二值化處理和提取處理，所述二值化處理對(duì)所述綜合顯著圖進(jìn)行二值化處理得到二值圖，所述提取處理對(duì)所述二值圖中灰度值為255的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行聚類。

進(jìn)一步的，所述二值化處理采用局部區(qū)域灰度最大閾值分割法將所述綜合顯著圖進(jìn)行分割，分割的單元為5×5的像素單元，對(duì)每個(gè)所述像素單元進(jìn)行灰度平均值計(jì)算，以每個(gè)所述像素單元的灰度平均值作為閾值對(duì)所述綜合顯著圖進(jìn)行二值化，得到所述二值圖。

進(jìn)一步的，所述提取處理采用最近鄰聚類算法對(duì)所述二值圖灰度值255的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行聚類，得到每個(gè)類的空間跨度，保留超過(guò)平均跨度的所述類，將沒(méi)有超過(guò)平均跨度的所述類的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為灰度值0，得到所述激光條紋。

進(jìn)一步的，所述s14具體為：對(duì)所述激光條紋進(jìn)行斜率計(jì)算，得到所述激光條紋的若干單調(diào)斜率區(qū)間，計(jì)算公式如下：

其中，y(j)表示所述激光條紋數(shù)據(jù)所在行的坐標(biāo)，x(j)表示所述激光條紋數(shù)據(jù)所在列的坐標(biāo)。

進(jìn)一步的，對(duì)每個(gè)所述單調(diào)斜率區(qū)間的斜率求和后計(jì)算均值，得到大于所述斜率均值的大斜率單調(diào)區(qū)間，對(duì)所述大斜率單調(diào)區(qū)間的跨度采用大津閾值分割法進(jìn)行分割，得到大于大津閾值的區(qū)間，將所述大于大津閾值的區(qū)間的中點(diǎn)作為斜率突變點(diǎn)。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種焊道實(shí)時(shí)規(guī)劃的方法，包括：

s21：選擇第i-1個(gè)斜率突變點(diǎn)，當(dāng)i＝1時(shí)，執(zhí)行s22步驟，當(dāng)i≥2時(shí)，執(zhí)行s23步驟，

s22：選擇第i個(gè)斜率突變點(diǎn)為下一焊接的起弧點(diǎn)，

s23：計(jì)算第i-1個(gè)和第i個(gè)斜率突變點(diǎn)之間在水平、豎直方向上的距離，執(zhí)行s24；

s24：判斷第i-1個(gè)和第i個(gè)斜率突變點(diǎn)之間在水平、豎直方向上的距離是否同時(shí)比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)焊縫輪廓對(duì)應(yīng)的距離大，如果判斷結(jié)果為“是”時(shí)執(zhí)行s25，如果判斷結(jié)果為“否”時(shí)，取i值為i－1，執(zhí)行s21；

s25：選擇第i-1個(gè)突變點(diǎn)為下一焊接的起焊點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種焊縫輪廓特征識(shí)別及其焊道實(shí)時(shí)規(guī)劃的方法，具有以下有益效果：

1、采用視覺(jué)識(shí)別的方法提取焊縫圖像，并對(duì)焊縫圖像進(jìn)行處理得到了焊縫輪廓的特征，依據(jù)焊縫輪廓的特征指導(dǎo)焊接，提高了焊接的精確性。

2、根據(jù)焊縫輪廓的特征對(duì)焊道進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)劃，提高了焊接的效率，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種焊縫輪廓特征識(shí)別方法的灰度圖像和綜合顯著圖處理流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種焊縫輪廓特征識(shí)別方法的激光條紋處理流程圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種焊道實(shí)時(shí)規(guī)劃方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描述。根據(jù)下列描述和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

請(qǐng)參閱圖1和圖2，本發(fā)明公開(kāi)了一種焊縫輪廓特征識(shí)別方法，包括以下步驟：

s11：采用激光視覺(jué)傳感器照射焊縫，得到焊縫輪廓的灰度圖像；

s12：對(duì)灰度圖像進(jìn)行處理，得到焊縫輪廓的綜合顯著圖；

s13：對(duì)綜合顯著圖進(jìn)行處理，得到激光條紋；

s14：對(duì)激光條紋進(jìn)行處理，得到激光條紋的單調(diào)斜率區(qū)間和斜率突變點(diǎn)。

優(yōu)選地，在s11中采用ccd成像技術(shù)對(duì)預(yù)焊接的焊縫進(jìn)行激光照射，得到預(yù)焊接焊縫的實(shí)時(shí)圖像，對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行灰度處理，得到焊縫輪廓的灰度圖像。

優(yōu)選地，在s12中建立視覺(jué)注意模型，利用視覺(jué)注意模型對(duì)灰度圖像進(jìn)行處理，視覺(jué)注意模型包括方向特征處理模型和亮度特征處理模型，將方向特征處理模型的結(jié)果和亮度特征處理模型的結(jié)果進(jìn)行線性合成，得到綜合顯著圖。

優(yōu)選地，方向特征處理模型包括多方向gabor濾波處理和非均勻性度量處理，將灰度圖像經(jīng)過(guò)多方向gabor濾波處理得到多方向特征方向合成圖，然后將多方向特征方向合成圖經(jīng)過(guò)非均勻性度量處理得到方向顯著圖。

優(yōu)選地，多方向gabor濾波處理的公式如下：

xo＝xcosθ+ysinθ

yo＝y(tǒng)cosθ-xsinθ

其中，x和y是灰度圖像中各元素的坐標(biāo)，f是濾波頻率，θ是濾波角度，σx、σy是標(biāo)準(zhǔn)方差，根據(jù)發(fā)明人的試驗(yàn)，優(yōu)選地，將f設(shè)置為1/7.82，σx、σy設(shè)置為σx＝σy＝4.12。

優(yōu)選地，對(duì)灰度圖像進(jìn)行θ＝0°和θ＝90°的gabor濾波，得到多方向合成方向特征圖。

優(yōu)選地，將多方向合成方向特征圖進(jìn)行非均勻性度量處理，計(jì)算公式如下：

δfi1＝|fi^old(x,y)-fi^old(x-1,y)|

δfi2＝|fi^old(x+1,y)-fi^old(x,y)|

其中，x和y是多方向合成方向特征圖中各元素的坐標(biāo)，fi^old(x,y)為多方向合成方向特征圖，fi^new(x,y)為方向顯著圖。

優(yōu)選地，采用亮度特征處理模型對(duì)灰度圖像進(jìn)行突變性度量，突變性度量的公式如下：

其中，a為度量系數(shù)，kj(i)為第j列不同行i的亮度的突變，f(i,j)為灰度圖像，f'(i,j)為經(jīng)過(guò)突變性度量處理后得到的亮度顯著圖，m為每列kj(i)的數(shù)目，n為激光條紋在灰度圖像中覆蓋列的數(shù)目，優(yōu)選地，根據(jù)發(fā)明人試驗(yàn)，a＝3。

優(yōu)選地，將方向顯著圖和亮度顯著圖進(jìn)行線性合成，公式如下：

其中，fc(x,y)為綜合顯著圖。

優(yōu)選地，在s13中對(duì)綜合顯著圖進(jìn)行處理，其包括二值化處理和提取處理，首先對(duì)綜合顯著圖進(jìn)行二值化處理得到二值圖，然后對(duì)二值圖中灰度值為255的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行聚類。

優(yōu)選地，二值化處理采用局部區(qū)域灰度最大閾值分割法，分割的單元為5×5的像素單元，按照列排布的方式在已獲取的綜合顯著圖上進(jìn)行，每進(jìn)行到一個(gè)單元求取該像素單元區(qū)域內(nèi)的灰度平均值，以每個(gè)像素單元的灰度平均值作為已覆蓋區(qū)域的閾值進(jìn)行分割，將每個(gè)像素單元進(jìn)行閾值分割，最終將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，采用此方法，降低了數(shù)據(jù)處理量。

優(yōu)選地，提取處理采用最近鄰聚類算法對(duì)灰度值255的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行聚類，首先獲取每個(gè)類的空間跨度(第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與最后一個(gè)點(diǎn)之間的距離)，將超過(guò)平均跨度的類保留下來(lái)(灰度值255)，將沒(méi)有超過(guò)平均跨度的類的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為灰度值0，在二值圖中以數(shù)據(jù)縱坐標(biāo)值作為參考來(lái)獲得分段單調(diào)的區(qū)間，提取屬于激光條紋分段的類，進(jìn)行獲得激光條紋，采用此方法，根據(jù)這些類數(shù)據(jù)的空間位置來(lái)消除其他的干擾數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，在s14中對(duì)激光條紋進(jìn)行斜率計(jì)算，得到激光條紋的若干單調(diào)斜率區(qū)間，計(jì)算公式如下：

其中，y(j)表示激光條紋數(shù)據(jù)所在行的坐標(biāo)，x(j)表示激光條紋數(shù)據(jù)所在列的坐標(biāo)。

優(yōu)選地，對(duì)每個(gè)單調(diào)斜率區(qū)間的斜率求和后計(jì)算均值，得到得到大于斜率均值的大斜率單調(diào)區(qū)間，對(duì)大斜率單調(diào)區(qū)間的跨度采用大津閾值分割法進(jìn)行分割，即按照?qǐng)D像的灰度特性，將圖像分成背景和目標(biāo)兩個(gè)部分。背景和目標(biāo)之間的類間方差越大，說(shuō)明構(gòu)成圖像的兩個(gè)部分的差別越大，把背景和目標(biāo)的分割閾值記作t。屬于目標(biāo)的像素點(diǎn)數(shù)占整幅圖像的比例記為ω0，其平均灰度μ0；屬于背景像素點(diǎn)數(shù)占整幅圖像的比例為ω1，其平均灰度為μ1。圖像的總平均灰度記為μ，類間方差記為g。設(shè)圖像的大小為m×n，圖像中像素的灰度值小于閾值t的像素個(gè)數(shù)記作n0，像素灰度大于閾值t的像素個(gè)數(shù)記作n1，大津閾值分割法的公式如下；

ω0＝n0/m×n

ω1＝n1/m×n

n0+n1＝m×n

ω0+ω1＝1

μ＝ω0*μ0+ω1*μ1

g＝ω0*(μ0-μ)^2+ω1*(μ1-μ)^2

g＝ω0*ω1*(μ0-μ1)^2

將上述公式聯(lián)立后，采用遍歷的方法得到使類間方差最大的閾值t，然后進(jìn)行閾值分割得到大于分割閾值t的區(qū)間，將此區(qū)間的中點(diǎn)作為斜率突變點(diǎn)。

請(qǐng)參閱圖3，圖3為本發(fā)明公開(kāi)的一種焊道實(shí)時(shí)規(guī)劃方法的流程圖，包括以下幾個(gè)步驟：

s21：選擇第i-1個(gè)斜率突變點(diǎn)，當(dāng)i＝1時(shí)，執(zhí)行s22步驟，當(dāng)i≥2時(shí)，執(zhí)行s23步驟，

s22：選擇第i個(gè)斜率突變點(diǎn)為下一焊接的起弧點(diǎn)，

s23：計(jì)算第i-1個(gè)和第i個(gè)斜率突變點(diǎn)之間在水平、豎直方向上的距離，執(zhí)行s24；

s24：判斷第i-1個(gè)和第i個(gè)斜率突變點(diǎn)之間在水平、豎直方向上的距離是否同時(shí)比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)焊縫輪廓對(duì)應(yīng)的距離大，如果判斷結(jié)果為“是”時(shí)執(zhí)行s25，如果判斷結(jié)果為“否”時(shí)，取i值為i－1，執(zhí)行s21；

s25：選擇第i-1個(gè)突變點(diǎn)為下一焊接的起焊點(diǎn)。

綜上，在本發(fā)明實(shí)施例提供了一種焊縫輪廓特征識(shí)別及其焊道實(shí)時(shí)規(guī)劃的方法，首先利用激光視覺(jué)傳感器實(shí)時(shí)獲取焊縫輪廓圖像，進(jìn)行灰度處理獲得灰度圖像，然后建立視覺(jué)注意模型，將灰度圖像經(jīng)過(guò)視覺(jué)注意模型處理，進(jìn)而獲取綜合顯著圖，結(jié)合大津閾值分割法和最近鄰聚類算法提取激光條紋，接著將提取的激光條紋基于單調(diào)斜率的區(qū)間跨度進(jìn)行分割，獲得單調(diào)斜率區(qū)間和斜率突變點(diǎn)，最后依據(jù)單調(diào)斜率區(qū)間和斜率突變點(diǎn)來(lái)制定算法規(guī)劃焊道，解決了目前焊道規(guī)劃精度低的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了焊道實(shí)時(shí)規(guī)劃。

上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不對(duì)本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動(dòng)，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。