基于偏振光照明的焊缝自动追踪系统的制作方法

本发明涉及焊接领域，特别涉及一种基于偏振光照明的焊缝自动追踪系统。

背景技术：

激光自动跟踪系统是一款高效自动焊接的智能实时焊缝跟踪系统。系统采用非接触式跟踪模式，系统能够通过传感器测量焊缝偏移量，引导并控制焊枪的精确定位，从而有效降低因工件位置偏差造成焊接缺陷，大幅度提高焊缝生产率提高产品质量。

焊接自动化的过程中，焊缝的追踪一直是研究的重点，能够准确追踪到焊缝是焊接自动化的基础。焊缝追踪的准确性和实时性对焊接的质量有着重要影响。

目前搅拌摩擦焊的路径跟踪装置包括固定外壳、固定在外壳上的光源以及采集焊缝信息的摄像机，通过对摄像机采集图像的识别处理及其内部系统对焊缝进行跟踪。但是需要焊接的大多为金属材料，经过光源照射后其反光过亮，细小的焊缝受到反光影响影响摄像机对焊缝的采集。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种搅拌摩擦焊的路径跟踪装置，能够通过减弱对材料反射的光提高图摄像机对焊缝的采集的清晰度。

上述技术目的是通过以下技术方案实现的，一种基于偏振光照明的焊缝自动追踪系统，包括图像采集装置以及耦接于图像采集装置且用于控制搅拌摩擦焊路径的计算机，图像采集装置包括外壳、设置在外壳上的光源以及用于采集焊缝图像的摄像机，所述外壳上设置有分别罩设在光源发射端以及摄像机镜头上的偏振片。

通过上述技术方案，通过光源以及摄像机上的偏振光多光线进行处理，让较强的反射光减弱，进而达到让摄像采集到的图像更加清晰，从而提高焊接精度。

进一步的，外壳内设置有固定光源的光源固定支架，一个偏振片设置在外壳对应光源固定支架上。

通过上述技术方案，将光源固定在光源支架上，对光源进行固定，防止在使用过程中由于光源的晃动导致的图像不清晰，将偏振片固定在外壳上方便偏振片的安装。

进一步的，所述外壳包括截面为c形的保护板，保护板两端均连接有侧板，保护板一侧连接有照明光源底座，光源固定支架固定在照明光源底座上。

通过上述技术方案，将光源支架固定在光源底座上，让光源的发射光口朝向光源底座一侧，同时通过照明光源底座能够对光源起到保护作用。

进一步的，照明光源底座远离保护板一侧连接有摄像机底座，所述摄像机底座上对应摄像机镜头位置开设有探照槽。

通过上述技术方案，摄像机的镜头探入探照槽，被焊接材料上反射的光能够通过探照槽进入摄像机的镜头内，探照槽对镜头起到一定的保护作用，避免尽头被焊接过程中产生的废料损坏。

进一步的，所述保护板远离光源固定底座一侧设置有上盖，所述上盖上开设有供摄像机嵌入的机槽

通过上述技术方案，一方面摄像机能够从上盖的上方取出，方便摄像机的拆装，另一方面，从摄像机接出的导线能够从机槽伸出。

进一步的，摄像机底座远离保护板一端垂直设置有固定板，所述固定板两侧贴在机槽内侧，固定板与搅拌摩擦焊固定。

通过上述技术方案，通过固定板将搅拌摩擦焊与摄像机等设备固定在一起，让搅拌摩擦焊与摄像机同步运动，方便图像跟踪，与焊接路径的校准。

进一步的，还包括图像处理模块，所述图像处理模块处理图像的步骤为：

s1：将采集到的照片进行边缘点选取，并提取边缘图；

s2：将得到的边缘图进行直线拟合；

s3：将得到的直线图进一步分析，找到合适的起焊点；

s4：测量直线的角度，得到搅拌摩擦焊的运动方向。

通过上述技术方案，能够的到较清晰的直线，即焊缝所在直线，搅拌摩擦焊沿着该直线运动即可完成焊接。

进一步的，降噪处理的步骤为：

s1-4-1：预设阈值k，选取每一个点周围半径为r邻域的点的灰度形成阵列；

s1-4-2：将上述邻域分成四个区域，计算每个点左边领域点灰度的平均值m1，计算每个点右边领域灰度的点平均值m2，计算每个点上面邻域点灰度的平均值m3，计算每个点下面邻域点灰度的平均值m4，选取>k的点为垂直方向的点，选取>k，作为水平方向的点，垂直方向的点与水平方向的点作为边缘点。

通过上述技术方案，能够较好的完成降噪过程，图向更加清晰。

进一步的，选取起焊点的步骤为：

s3-1：在处理好的边缘点中选取交叉的点；

s3-2：选取每一个可能起焊点周围一定半径内的点，并分成四个邻域

s3-3：提取出每一个邻域的灰度，选取其中三个邻域的灰度小于另外一个领域的点，作为起焊点。

通过上述技术方案，通过对交叉点周围亮度的对比得到起焊点。

综上所述本发明具有以下技术效果：

1、本发明通过在光源以及摄像机上设置偏振片，将普通光过滤呈偏振光，能够削弱材料上较强的反射光，进而让焊缝更加清晰；

2、本发明通过选取每一个点周围半径为r邻域的点的灰度形成阵列并将上述邻域分成四个区域，计算每个点左边领域点灰度的平均值m1，计算每个点右边领域灰度的点平均值m2，计算每个点上面邻域点灰度的平均值m3，计算每个点下面邻域点灰度的平均值m4，选取>k的点为垂直方向的点，选取>k，作为水平方向的点，垂直方向的点与水平方向的点作为边缘点。

附图说明

图1为实施例中的机械结构示意图；

图2为实施例中机械部分爆炸图；

图3为实施例中突出偏振片的机械结构示意图；

图4为实施例中领域划分示意图；

图5为实施例中的起焊点邻域示意图。

附图标记：1、外壳；10、保护板；11、侧板；12、照明光源底座；13、摄像机底座；130、探照槽；14、上盖；15、机槽；16、固定板；17、固定孔；2、光源固定支架；3、摄像机；4、偏振片。

具体实施方式

实施例，一种基于偏振光照明的焊缝自动追踪系统，包括图像采集模块、图像处理模块、设备跟踪控制模块，其中图像采集模块包括外壳1、设置在外壳1上的ccd摄像机3以及设置在外壳1上的光源，用光源提供亮度，通过对摄像机3采集焊缝的图像信息。

为了能够更好的削弱材料表面的反射光，在光源以及摄像机3上均罩设有偏振片4，光线通过偏振片4的偏振处理能够削弱材料表面的反射光，进而是摄像机3所采集到图像的焊缝更加清楚。

结合图1、图2、图3，将光源置入圆柱形的光源固定支架2内，外壳1包括截面为c形的保护板10，保护板10两端均连接有侧板11，保护板10一侧垂直连接有照明光源底座12，照明光源底座12上固定有一个偏振片4光源固定支架2设置在照明光源底座12上，照明光源底座12上开设有供光源固定支架2嵌入的支架孔，光源的发射端朝向偏振片4，照明光源底座12远离保护板10一端连接有摄像机3底座13，摄像机3底座13两侧固接在两侧板11上，摄像机3底座13上固定有另一偏振片4，摄像机3固定在摄像机3底座13上，摄像机3镜头朝向摄像机3底座13，摄像机3底座13上开设有供摄像机3镜头嵌入的探照槽130，保护板10远离照明光源底座12一侧设置有上盖14，上盖14照射在光源和摄像机3上背离摄像机3底座13一侧。

为了方便摄像机3从外壳1内取出，在上盖14上开设有供摄像机3取放的机槽15。连接板远离保护板10一侧连接有固定板16，固定板16两侧机槽15内壁上，所述固定板16上端延伸出有固定部，固定部上开设有与搅拌摩擦焊固定的固定孔17。

为了使照明光源能够照亮摄像机3视野，光源固定支架2的中心轴与照明光源底座12之间有82度的夹角，与摄像机3中心轴共面且存在8度的夹角。

图像处理模块包括，边缘提取单元、起焊点确定单元、直线拟合单元、长度测量单元、角度确认单元。

边缘提取单元：将摄像机3采集到的图片进行一帧灰度处理，得到一组灰度阵列，通过高斯平滑处理得到焊缝的大致曲线，通过canny算子提取边缘，此时的阈值k1选取为(80-100)，但是经过canny算子提取仍然会有大量噪声，不易进行直线拟合。

结合图4，遍历一遍高亮的点，判断每一个点是否为垂直方向的边缘点，参照图1，将每一个点周围半径为r的区域分成四个邻域，分别为a、b、c、d，计算四个区域中的最大值x、最小值y的均值l、以及四个区域中所有高亮点的均值n，计算均值l和均值n的调和平均值为k作为边缘点判断的阈值k，计算其a、c两部分的高亮点灰度的平均值m1，c、d部分亮度的平均值m2，选取>k的高亮点为垂直方向的边缘点，计算a、b部分的平均值m3，c、d部分的平均值m4，选取>k的高亮点为水平方向的边缘点，选取所有的垂直方向的点和水平方向的点进行霍夫变换得到如图所示的直线。

起焊点的选取：参照图5，起焊点在交叉的点中，将两个交叉的点提取出来，将两个点周围半径为r的区域向上述方式一样进行划分，选取a、b、c区域较暗，d区较亮的点作为起焊点。

选好起焊点之后进行测量直线的角度，即确定搅拌摩擦焊的运动方向，每次更换摄像机3时，都需要进行摄像机3的标定，本实施例中采用张正友标定法进行标定，将像素距离于实际距离进行一一对应。

具体实施过程，通过计算机程序实现上述图像处理方法，将图像输入计算机中，将采集到的照片进行一帧灰度图像处理，得到的一帧灰度图像进行平滑处理，平滑处理过的图像进行边缘点提取，预设阈值k，选取每一个点周围半径为r邻域的点的灰度形成阵列，将上述邻域分成四个区域，计算每个点左边领域点灰度的平均值m1，计算每个点右边领域灰度的点平均值m2，计算每个点上面邻域点灰度的平均值m3，计算每个点下面邻域点灰度的平均值m4，选取>k的点为垂直方向的点，选取>k，作为水平方向的点，垂直方向的点与水平方向的点作为边缘点，在处理好的边缘点中选取交叉的点，选取每一个可能起焊点周围一定半径内的点，并分成四个邻域，提取出每一个邻域的灰度，选取其中三个邻域的灰度小于另外一个领域的点，作为起焊点，开始焊接。

实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。