基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙mag焊焊縫偏差識別裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置和方法，包括旋轉(zhuǎn)電弧焊炬、電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器、隔離模塊、CCD攝像機和PC機，其中PC機包括圖像采集卡、圖像去噪模塊、電弧中心識別模塊、坡口邊緣識別模塊、當前電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差提取模塊、統(tǒng)計模塊。CCD攝像機的前端設置有減光片、濾光片和UV鏡。所述方法是采用CCD攝像機并通過觸發(fā)采樣方式準確獲取每個電弧旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，電弧旋轉(zhuǎn)到坡口左、右位置的焊接圖像，并快速檢測兩幅圖的電弧、左右坡口位置來獲取焊縫偏差。本發(fā)明獲取焊縫偏差效率高，算法準確可靠，且克服坡口底部變化和電弧電信號易受干擾的影響，適用于高頻率的旋轉(zhuǎn)電弧焊接。
【專利說明】基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置和方法，屬于焊接自動化【技術領域】。
【背景技術】
[0002]旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊接，作為一種高效的焊接技術，具有坡口形狀簡單、焊縫截面積小、焊接效率高、能耗少、焊接熱輸入量低、焊接熱影響區(qū)小、接頭韌性好等優(yōu)點，在中厚板焊接領域受到廣泛的應用。為保證焊接質(zhì)量，使坡口兩側壁均勻熔透，需要保證焊炬的電弧中心與工件坡口中心的嚴格對中。因此在焊接過程中，需要進行實時有效的跟蹤控制，其關鍵是能實時可靠地提取焊縫偏差。
[0003]目前常用的傳感器有以下幾種類型:機械傳感器、電磁感應式傳感器、超聲傳感器、焊接溫度場傳感器、CCD視覺傳感器、電弧傳感等。其中，視覺傳感器因其具有與工件不接觸、信息量大、抗電磁干擾能力強、靈敏度高、適用坡口形式多等優(yōu)點，被認為是一種最有發(fā)展前景的傳感方法，在焊接領域得到了廣泛的應用。
[0004]利用視覺傳感進行焊縫跟蹤，關鍵是獲取清晰的圖像并通過有效算法確定偏差信息。關于窄間隙焊接的視覺傳感技術研究并不多，在文獻“基于面陣CCD圖像處理的窄間隙焊自動跟蹤系統(tǒng)”(張富巨等，焊接技術，2000年，第29卷，第6期，36?37頁)中，提出一種基于面陣CCD圖像處理的窄間隙自動跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用弧光的作用，使坡口內(nèi)部近坡口棱邊處(無焊槍遮擋部分)呈現(xiàn)出幾乎一致的白色，在坡口外的工件表面和棱邊處呈現(xiàn)出一致的黑色。通過計算機白色條紋到窗口邊緣的距離與標定的距離差，實現(xiàn)窄間隙焊縫跟蹤。該方法采集的圖像不是直接的電弧區(qū)域圖像，即傳感檢測位置與電弧實際位置不同步，降低了傳感檢測精度；在文獻“一種窄間隙焊接被動光視覺傳感器的研究”(許平非等，電焊機，2010年，第40卷，第3期，37?39頁)中，提出一種窄間隙紅外CCD視覺傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用紅外CCD攝像機，配用中心波長為920nm的窄帶濾光片，采集焊接區(qū)域圖像，來觀測窄間隙焊接過程。該方法僅進行窄間隙焊接過程的實時監(jiān)測，未見實現(xiàn)焊縫的同步跟蹤控制。在文獻“鋼軌窄間隙弧焊焊槍自動糾偏系統(tǒng)”(劉正文等，焊接學報，2011年，第32卷，第5期，45?48頁)中，提出一種雙視覺傳感的焊槍擺動控制方法，通過采集熔池區(qū)圖像，實時計算焊絲端部的擺動偏差和擺角偏差，并對焊槍擺動進行反饋控制。該方法只適用于頻率較低的擺動電弧窄間隙焊接，對高頻率的旋轉(zhuǎn)電弧并不適用。在文獻“基于雙視覺的窄間隙焊熔池特征分析”(顧網(wǎng)平等，焊接技術，2013年，第42卷，第2期，14?16頁)中，設計了一種窄間隙多視覺焊接熔池采集系統(tǒng)，針對采集的熔池圖像特點，提出了特征提取圖像處理方法。該方法只提取并研究了熔池圖像特征，并未對焊接過程實時監(jiān)測和進行偏差提取。
[0005]已有授權的專利中，清華大學的鄭軍，潘際鑾在專利“基于視覺檢測的窄間隙電弧焊接在線決策方法”(申請?zhí)?200910076527.1)中，提出一種焊槍偏移調(diào)整方法，通過CXD視覺傳感器監(jiān)測電弧擺動幅度中心和焊縫寬度中心，當監(jiān)測到電弧擺動中心與焊縫中心不重合時，即對焊槍位置進行調(diào)整。該方法只針對擺動電弧應用場合，工藝使用范圍窄，需要通過多次邊緣和位置檢測才能獲取焊縫偏差信息，圖像處理工作量大，影響焊縫跟蹤控制的實時性；哈爾濱工業(yè)大學的雷正龍，陳彥賓等在專利“基于掃描式激光視覺傳感的厚板窄間隙深坡口激光自動化多層焊焊接方法”(申請?zhí)?201210213371.9)中，提出一種視覺傳感方法，該方法是基于主動視覺，只適用于厚板。江蘇科技大學的王加友，朱杰等在專利“基于紅外視覺傳感的窄間隙焊接監(jiān)控及焊縫偏差檢測方法”(申請?zhí)?201210325926.9)中，以窄間隙焊接電弧光和熔池自身輻射光作為光源，利用紅外窄帶濾光系統(tǒng)濾除干擾信號并調(diào)節(jié)光強，計算機實時采集并顯示紅外CMOS攝像機獲取的焊接圖像。通過圖像截取窗口截取遠離電弧側的圖像進行處理，并通過提取坡口單側邊緣來獲取焊縫偏差信息。該方法只適用于頻率較低的擺動電弧，對高頻率的旋轉(zhuǎn)電弧焊接并不適用，而且并未獲取焊接時完整圖像，沒有提取坡口邊緣，電弧位置等典型焊接過程信息，不利于焊接過程的實時監(jiān)測及后續(xù)的焊縫跟蹤的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對上述視覺傳感應用中普遍存在的問題和缺陷，提出一種基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置和方法。在視覺傳感硬件組成的基礎上提供一種算法效率高，更加可靠的偏差提取方法。本發(fā)明是采用CCD攝像機并通過觸發(fā)采樣方式準確獲取每個電弧旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，電弧旋轉(zhuǎn)到坡口左、右位置的焊接圖像，并快速檢測兩幅圖的電弧、左右坡口位置來獲取焊縫偏差。
[0007]本發(fā)明的提出是綜合考慮了旋轉(zhuǎn)電弧MAG焊的特點和視覺傳感圖像的特點。由于電弧或焊絲端部高速旋轉(zhuǎn)，必須采用觸發(fā)方式才能快速準確獲取電弧旋轉(zhuǎn)的左右極值位置，否則需要多次采樣才有可能求取，影響偏差提取算法實時性。同時，從焊接圖像特點看，坡口母材區(qū)域亮度最暗，電弧中心最亮，而窄間隙區(qū)亮度居中，故可以設置兩個閾值用于分別檢測坡口母材區(qū)和電弧中心，同時，為克服電弧亮度變化的不利影響，基于灰度統(tǒng)計進行了閾值的自適應劃分。利用閾值分割后的電弧中心圖像可快速提取電弧中心或焊絲端部位置，利用閾值分割后的坡口母材圖像可以快速提取窄間隙坡口左右位置。
[0008]為了達到上述目的，本發(fā)明解決技術問題所采取的技術方案是:
[0009]一種基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，包括旋轉(zhuǎn)電弧焊炬、電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器、隔離模塊、CCD攝像機和PC機，其中PC機包括圖像采集卡、圖像去噪模塊、電弧中心識別模塊、坡口邊緣識別模塊、當前電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差提取模塊、統(tǒng)計模塊，所述CCD攝像機對應工件并與工件平面成一夾角安置在所述旋轉(zhuǎn)電弧焊炬前方，所述電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器安裝在所述旋轉(zhuǎn)電弧焊炬上并依次連接隔離模塊和CCD攝像機，所述CCD攝像機將所采集圖像依次輸入置于所述PC機中的圖像采集卡、圖像去噪模塊、電弧中心識別模塊、坡口邊緣識別模塊、當前電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差模塊和統(tǒng)計模塊。
[0010]上述所述電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器由凹槽式光電開關和過中心對稱開有兩個孔或槽的碼盤構成，所述凹槽式光電開關的凹槽套入所述碼盤固定于所述旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的不旋轉(zhuǎn)部位，所述碼盤固定在所述旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的旋轉(zhuǎn)部位并與電弧同步轉(zhuǎn)動；安裝時使電弧旋轉(zhuǎn)到坡口左位置和坡口右位置時，凹槽式光電開關的光路正好穿過碼盤的開孔或槽。[0011]上述所述CXD攝像機鏡頭距離電弧為200?500mm，所述CXD攝像機的前端還設置有減光片(5%?50%)、濾光片(紅外區(qū)窄帶濾光片，中心波長800nm?IlOOnm之間，寬度20nm)和 UV 鏡。
[0012]上述所述C⑶攝像機與工件平面夾角為α =20?60°。
[0013]為了達到上述目的，本發(fā)明解決技術問題所采取的另一技術方案是:
[0014]本發(fā)明的基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置的識別方法，包括以下步驟:
[0015](I)設定C⑶攝像機參數(shù)，曝光時間為2?10ms、視窗大小調(diào)節(jié)以能清楚觀察到焊接電弧和焊接熔池為宜，一般大于200 X 200，小于800 X 800，光圈大小為8?32，圖像采集模式為觸發(fā)模式；圖像采集標志量PICNO為O ;
[0016](2)起弧后，待焊接狀態(tài)穩(wěn)定后，啟動(XD攝像機的“觸發(fā)圖像米集”；
[0017](3)電弧旋轉(zhuǎn)到焊接坡口左位置和焊接坡口右位置時，電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器發(fā)出脈沖觸發(fā)信號，CCD攝像機采集焊接圖像經(jīng)圖像采集卡進入PC機，得256階灰度的焊接圖像F1,同時令圖像采集標志量PICNO加一；
[0018](4)通過圖像去噪模塊對F1濾波，以減少圖像噪聲，得圖像F2 ；
[0019](5)對步驟(4)所得圖像F2統(tǒng)計其灰度直方圖H ；
[0020](6)根據(jù)H中存在的最大灰度值減2?20中的一個數(shù)得到閾值TH1，并利用TH1對圖像F2進行閾值分割來識別電弧區(qū)域，確定電弧中心水平位置Mn，其中η等于PICNO ；
[0021](7)根據(jù)H確定自適應閾值TH2對圖像F2進行閾值分割，來識別焊接坡口母材區(qū)，并采用一階水平方向差分來計算焊接坡口左右邊緣水平位置Ln、Rn，其中η等于PICNO ；
[0022](8)如果PICNO=I,則跳至步驟(3)，如果PICN0=2，令PICNO=O,則跳至步驟(9)；
[0023](9)結合最近2幅圖像的電弧位置、左右焊接坡口位置，計算電弧旋轉(zhuǎn)中心水平位置M= (MfM2) +2，焊接坡口左邊緣水平位置L=(LfL2)+2，焊接坡口右邊緣水平位置R=(RJR2) +2，焊接坡口中心水平位置P=(L+M) +2，M和P的偏差即當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差，可根據(jù)實際焊接坡口寬度或圖像標定確定實際焊縫偏差值，該焊縫偏差值用于替換最近k個的電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值中最舊的值；
[0024]( 10)計算最近k個電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差，取平均值法或中值法等統(tǒng)計方法作為最終的焊縫偏差值輸出，以提高算法的抗干擾能力。，若有中止命令，則退出，若沒有中止命令，則跳至步驟(3)。
[0025]上述步驟(7)所述的自適應閾值分割的具體方法是:
[0026]I)在灰度直方圖H灰度值O到100范圍內(nèi)確定最大值點A ；
[0027]2)在灰度值A到A+100范圍內(nèi)確定第一個上升點B ；
[0028]3)在灰度值B到B+100范圍內(nèi)確定最大值點C ；
[0029]4)在灰度值A到C范圍內(nèi)確定最小值點D ；
[0030]5)在D-5?D+5范圍內(nèi)確定自適應閾值點TH2。
[0031]上述步驟(7)所述的一階水平方向差分的具體方法是:
[0032]I)在步驟(6)所得電弧中心水平位置Mn上方距離(O?1/4)個焊接坡口寬度的范圍內(nèi)取i條水平線，其中i為奇數(shù)；
[0033]2)在每條水平線從左到右依次計算當前像素點灰度值(其值為O或I)與臨近右邊像素點灰度值(其值為O或I)差值，作為當前像素點的灰度值；
[0034]3)每條水平線從左到右第一次出現(xiàn)差值為I的點為左邊緣點，每條水平線從右到左第一次出現(xiàn)差值為I的點為右邊緣點；
[0035]4)對i條水平線所得左邊緣點求取中值作為焊接坡口的左邊緣水平位置Ln，對i條水平線所得右邊緣點求取中值作為焊接坡口的右邊緣水平位置Rn。
[0036]本發(fā)明的有益效果:
[0037]本發(fā)明的基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置和方法，由于采用CCD攝像機并通過觸發(fā)采樣方式準確獲取每個電弧旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，電弧旋轉(zhuǎn)到坡口左、右位置的焊接圖像，并快速檢測兩幅圖的電弧、左右坡口位置來獲取焊縫偏差。本發(fā)明獲取焊縫偏差效率高，準確可靠，且可克服坡口底部變化和電弧電信號易受干擾的影響，適用于高頻率的旋轉(zhuǎn)電弧焊接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明的一種基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙氣保焊焊縫偏差識別裝置的構造框圖；
[0039]圖2為旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙焊接的坡口左右側邊緣及電弧中心位置圖像；
[0040]圖3為焊接圖像的灰度直方圖；
[0041]圖4為自適應閾值分割算法流程圖；
[0042]圖5為通過閾值分割確定電弧中心流程圖；
[0043]圖6為通過一階水平方向差分算法確定坡口邊緣位置流程圖；
[0044]圖7中:(a)為具體實施例中所獲焊接圖像；(b)為電弧區(qū)域識別圖；(C)為坡口邊緣識別圖。
【具體實施方式】
[0045]為了加深對本發(fā)明的理解，下面結合附圖對本發(fā)明的的具體實施作進一步的詳細敘述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0046]如圖1所示，為本發(fā)明的一種基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙氣保焊焊縫偏差識別裝置，包括旋轉(zhuǎn)電弧焊炬1、電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2、隔離模塊3、(XD攝像機4和PC機6，其中PC機6包括圖像采集卡7、圖像去噪模塊8、電弧中心識別模塊9、坡口邊緣識別模塊
10、當前電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差提取模塊11、統(tǒng)計模塊13、(XD攝像機4、減光和濾光系統(tǒng)5。
[0047]所述CXD攝像機4鏡頭前加裝減光片、濾光片、UV鏡5后與旋轉(zhuǎn)電弧焊炬I相對固定，放置在旋轉(zhuǎn)電弧焊炬I前方與工件地面呈α=30°的夾角，采用電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2獲得的信號作為觸發(fā)源，為了避免雜波信號的誤觸發(fā)，位置信號的輸出端需加裝隔離模塊3，通過觸發(fā)信號采集焊接圖像，電弧旋轉(zhuǎn)到左右位置分別觸發(fā)攝像機拍攝一張焊接圖像。
[0048]所述電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2由碼盤2-1和凹槽式光電開關2-2構成,碼盤2_1固定在焊炬的旋轉(zhuǎn)部分與電弧同步轉(zhuǎn)動，凹槽式光電開關2-2固定于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬I的不旋轉(zhuǎn)部分，安裝時使電弧旋轉(zhuǎn)到焊接左右位置時，凹槽式光電開關2-2的光路正好穿過碼盤2-1的開孔，從而通過電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2輸出電平的變化能判斷電弧處于焊接左右方位置。[0049]所述CXD攝像機4所得焊接圖像進入圖像采集卡7 ;圖像采集卡7置于PC機6中；在PC機6中，經(jīng)過圖像去噪模塊8進行中值濾波減少圖像噪聲的干擾，對濾波后圖像經(jīng)電弧中心識別模塊9，提取電弧中心位置；經(jīng)坡口邊緣識別模塊10，提取左右坡口邊緣，通過求取電弧中心到坡口中心的距離獲取焊縫偏差；經(jīng)當前電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差模塊11提取當前電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差，并更新最近η個電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差12，經(jīng)統(tǒng)計模塊13，輸出焊縫偏差結果。
[0050]本發(fā)明的基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置的識別方法，包括以下步驟:
[0051](I)設定C⑶攝像機參數(shù)，曝光時間為5ms、視窗大小為544X544，光圈大小為11，圖像采集模式為觸發(fā)模式；圖像采集標志量PICNO為O ;
[0052](2)起弧后，待焊接狀態(tài)穩(wěn)定后，啟動(XD攝像機的“觸發(fā)圖像米集”；
[0053](3)電弧旋轉(zhuǎn)到坡口左位置和坡口右位置時，電弧位置傳感器發(fā)出脈沖觸發(fā)信號，CCD攝像機采集焊接圖像(如圖7 (a))經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡進入PC機，得256階灰度的焊接圖像F1,同時令圖像采集標志量PICNO加一；
[0054](4)通過圖像去噪模塊對F1濾波，以減少圖像噪聲，得圖像F2 ；
[0055](5)對步驟(4)所得圖像F2統(tǒng)計其灰度直方圖H (如圖3所示)；
[0056](6)如圖5所示，根據(jù)H中存在的最大灰度值減10中的一個數(shù)得到閾值1^=245，并利用TH1對圖像F2進行閾值分割來識別電弧區(qū)域，確定電弧中心(如圖7 (b))水平位置Mn，其中η等于PICNO ；
[0057](7)如圖4所示，根據(jù)H確定自適應閾值TH2對圖像F2進行閾值分割，來識別焊接坡口母材區(qū)(如圖7 (c ))，并采用一階水平方向差分(如圖6 )來計算焊接坡口左右邊緣水平位置Ln、Rn，其中η等于PICNO ；
[0058]I)在灰度直方圖H灰度值O到100范圍內(nèi)確定最大值點Α，此處Α=27 ;
[0059]2)在灰度值A到A+100范圍內(nèi)確定第一個上升點B，此處Β=31 ；
[0060]3)在灰度值B到Β+100范圍內(nèi)確定最大值點C，此處C=43 ；
[0061]4)在灰度值A到C范圍內(nèi)確定最小值點D，此處D=31 ；
[0062]5)在D-5~D+5范圍內(nèi)確定自適應閾值點TH2，此處TH2=D=31。
[0063]6)在步驟(6)所得電弧中心水平位置Mn上方距離(O~1/4)個坡口寬度的范圍內(nèi)取i=3條水平線(如圖2中測量曲線1、2、3)；
[0064]7)在每條線從左到右依次計算當前像素點灰度值(其值為O或I)與臨近右邊像素點灰度值(其值為O或I)差值，作為當前像素點的灰度值；
[0065]8)每條線從左到右第一次出現(xiàn)差值為I的點為左邊緣點，每條線從右到左第一次出現(xiàn)差值為I的點為右邊緣點；
[0066]9)對3條線所得左邊緣點求取中值作為坡口的左邊緣水平位置Ln，對η條線所得右邊緣點求取中值作為坡口的右邊緣水平位置Rn，如圖2中坡口左側邊緣、坡口右側邊緣。
[0067](8)如果PICNO=I,則跳至步驟(3)，如果PICN0=2，令PICNO=O,則跳至步驟(9)；
[0068](9)結合最近2幅圖像的電弧位置、左右焊接坡口位置，計算電弧旋轉(zhuǎn)中心水平位置M= (MfM2) +2，焊接坡口左邊緣水平位置L=(LfL2)+2，焊接坡口右邊緣水平位置R=(RJR2) +2，焊接坡口中心水平位置P=(L+M) +2，M和P的偏差即當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差，可根據(jù)實際焊接坡口寬度或圖像標定確定實際焊縫偏差值，該焊縫偏差值用于替換最近k個的電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值中最舊的值；
[0069]( 10)計算最近k個電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差，取平均值法或中值法等統(tǒng)計方法作為最終的焊縫偏差值輸出，以提高算法的抗干擾能力。，若有中止命令，則退出，若沒有中止命令，則跳至步驟(3)。
[0070]為克服偶然因素的干擾，本實例計算k=10個旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差，然后求取平均值作為最終焊縫偏差輸出，供顯示和后續(xù)焊縫糾偏裝置使用。
[0071]上述實施例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，包括旋轉(zhuǎn)電弧焊炬、電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器、隔離模塊、CXD攝像機和PC機，其特征在于，所述PC機包括圖像采集卡、圖像去噪模塊、電弧中心識別模塊、坡口邊緣識別模塊、當前電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差提取模塊、統(tǒng)計模塊；所述CCD攝像機對應工件并與工件平面成一夾角安置在所述旋轉(zhuǎn)電弧焊炬前方，所述電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器安裝在所述旋轉(zhuǎn)電弧焊炬上并依次連接隔離模塊和CCD攝像機，所述CCD攝像機將所采集圖像依次輸入置于所述PC機中的圖像采集卡、圖像去噪模塊、電弧中心識別模塊、坡口邊緣識別模塊、當前電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差模塊和統(tǒng)計模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，其特征在于，所述電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器由凹槽式光電開關和過中心對稱開有兩個孔或槽的碼盤構成，所述凹槽式光電開關的凹槽套入所述碼盤固定于所述旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的不旋轉(zhuǎn)部位，所述碼盤固定在所述旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的旋轉(zhuǎn)部位并與電弧同步轉(zhuǎn)動；安裝時使電弧旋轉(zhuǎn)到坡口左位置和坡口右位置時，凹槽式光電開關的光路正好穿過碼盤的開孔或槽。
3.根據(jù)權利要求1所述基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，其特征在于，所述CXD攝像機的鏡頭距離電弧為200~500mm，CXD攝像機的前端還設置有減光片、濾光片和UV鏡。
4.根據(jù)權利要求1所述基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，其特征在于，所述夾角為α =20~60°。
5.一種如權利要求1所述基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置的識別方法，其特征在于包括以下步驟: (1)設定CCD攝像機參數(shù)，曝光時間為2~10ms、視窗大小調(diào)節(jié)以能清楚觀察到焊接電弧和焊接熔池為宜，一般大于200 X 200，小于800 X 800，光圈大小為8~32，圖像采集模式為觸發(fā)模式；圖像采集標志量PICNO為O ; (2)起弧后，待焊接狀態(tài)穩(wěn)定后，啟動CCD攝像機的“觸發(fā)圖像米集”； (3)電弧旋轉(zhuǎn)到焊接坡口左位置和焊接坡口右位置時，電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器發(fā)出脈沖觸發(fā)信號，CCD攝像機采集焊接圖像經(jīng)圖像采集卡進入PC機，得256階灰度的焊接圖像F1,同時令圖像采集標志量PICNO加一； (4)通過圖像去噪模塊對F1濾波，以減少圖像噪聲，得圖像F2； (5)對步驟(4)所得圖像F2統(tǒng)計其灰度直方圖H； (6)根據(jù)H中存在的最大灰度值減2~20中的一個數(shù)得到閾值TH1，并利用TH1對圖像F2進行閾值分割來識別電弧區(qū)域，確定電弧中心水平位置Mn，其中η等于PICNO ； (7)根據(jù)H確定自適應閾值TH2對圖像F2進行閾值分割，來識別焊接坡口母材區(qū)，并采用一階水平方向差分來計算焊接坡口左右邊緣水平位置Ln、Rn，其中η等于PICNO ； (8)如果PICNO=I,則跳至步驟(3)，如果PICN0=2，令PICNO=O,則跳至步驟(9)； (9)結合最近2幅圖像的電弧位置、左右焊接坡口位置，計算電弧旋轉(zhuǎn)中心水平位置M= (MfM2) +2，焊接坡口左邊緣水平位置L=(LJL2) +2，焊接坡口右邊緣水平位置R=(RJR2) +2，焊接坡口中心水平位置P=(L+M) +2，M和P的偏差即當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差，可根據(jù)實際焊接坡口寬度或圖像標定確定實際焊縫偏差值，該焊縫偏差值用于替換最近k個的電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值中最舊的值；(10)計算最近k個電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差，取平均值法或中值法作為最終的焊縫偏差值輸出，以提高算法的抗干擾能力，若有中止命令，則退出，若沒有中止命令，則跳至步驟(3)。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置的識別方法，其特征在于:步驟(7)所述的自適應閾值分割的具體方法是: 1)在灰度直方圖H灰度值O到100范圍內(nèi)確定最大值點A； 2)在灰度值A到A+100范圍內(nèi)確定第一個上升點B； 3)在灰度值B到B+100范圍內(nèi)確定最大值點C； 4)在灰度值A到C范圍內(nèi)確定最小值點D； 5)在D-5~D+5范圍內(nèi)確定自適應閾值點TH2。
7.根據(jù)權利要求5所述的基于視覺傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置的識別方法，其特征在于:步驟(7)所述的一階水平方向差分的具體方法是: 1)在步驟(6)所得電弧中心水平位置Mn上方距離(O~1/4)個焊接坡口寬度的范圍內(nèi)取i條水平線，其中i為奇數(shù)； 2)在每條水平線從左到右依次計算當前像素點灰度值(其值為O或I)與臨近右邊像素點灰度值(其值為O或I)差值，作為當前像素點的灰度值； 3)每條水平線從左到右第一次出現(xiàn)差值為I的點為左邊緣點，每條水平線從右到左第一次出現(xiàn)差值為I的點為右邊緣點； 4)對i條水平線所得左邊緣點求取中值作為焊接坡口的左邊緣水平位置Ln，對i條水平線所得右邊緣點求取中值作為焊接坡口的右邊緣水平位置Rn。
【文檔編號】B23K9/16GK103464869SQ201310375369
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權日:2013年8月26日
【發(fā)明者】黎文航, 高凱, 王加友, 楊峰, 朱杰 申請人:江蘇科技大學