焊缝的梯形焊缝为例）：
[0090] (1)激光采集数据的预处理：梯形焊缝的形状实际上是由五条激光线组成，如图 4a所示，每条激光线的连接点是一个奇异点。首先对数据求解一阶差分，并做平均值处理， 将每一个数据都去掉平均值，如图4b所示。
[0091] (2)选择高斯小波函数：高斯小波函数的原函数、一阶导数、二阶导数的图像如 下：
[0095] 利用高斯函数对预处理后的数据进行平滑处理，处理后的结果如图4c所示。
[0096] (3)利用高斯小波函数的一阶导数对平滑后的数据进行小波变换处理，通过搜索 小波变换后的局部最大值和局部最小值，初步确定焊缝的特征点位置，如图4d所示。
[0097] (4)根据（3)所获得的激光数据的特征点，将激光数据分成五组，分别代表梯形焊 缝横截面的五条边，对每一组激光数据进行直线拟合，并通过求直线的交点对焊缝的特征 点进行精确定位，如图5所示。
[0098] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于激光传感器的焊缝自动跟踪测试装置，其特征在于，包括：焊接机器人模 块、激光传感器模块、焊接模块和特征检测模块； 所述焊接机器人模块包括：机器人控制柜、机器人示教器和机器人本体，机器人示教器 和机器人本体均与机器人控制柜连接； 所述激光传感器模块包括：MTI2d激光传感器、安装支架和挡光板，MTI2d激光传感 器和挡光板均与安装支架连接；所述安装支架连接与机器人本体末端的法兰相连接； 所述焊接模块包括：LORCH焊机、送丝结构和焊枪；所述LORCH焊机、送丝结构和焊枪依 次连接； 所述特征检测模块包括：控制器和检测单元，所述检测单元嵌入在控制器内；所述检 测单元采用小波变换模极大值理论和最小二乘法提取焊缝的特征点并计算焊缝的中心。2. 根据权利要求1所述的基于激光传感器的焊缝自动跟踪测试装置，其特征在于，所 述机器人本体具有6轴垂直多关节的开环链式结构，采用交流伺服驱动的方式驱动所述机 器人本体，所述机器人本体的有效载荷为8Kg，所述机器人本体的安装方式为地面安装； 所述检测单元提取焊缝的特征点并计算焊缝的中心的方法为： 首先对由激光传感器模块采集得到的激光原始数据y(t)进行一阶差分：dy(t) =y(t)-y(t-1),t= 1, 2,. . .n, 其中，y为所述激光传感器模块采集得到的激光原始数据的纵坐标，dy为所述激光传 感器模块采集得到的激光原始数据求解一阶差分的数据，t为激光点的横坐标； 再次，利用高斯小波函数对dy进行卷积计算： Yi(t) = 0 (t)*dy(t), 其中，t为激光点的横坐标，a为小波变换尺度因子，0为高斯小波函数值，yi为所述 激光传感器模块采集得到的激光原始数据的一阶差分数据与高斯小波函数卷积计算的结 果； 接着利用高斯小波函数的一阶导数?上述的卷积计算的结果再 次进行卷积计算： y2(t) = 0 1(t)*y1(t), 其中，t为激光点的横坐标，a为小波变换尺度因子，01为高斯小波函数的一阶导数， 72为高斯小波函数的一阶导数与所述激光传感器模块采集得到的激光原始数据的一阶差 分数据与高斯小波函数的卷积计算结果； 然后对上述的卷积计算结果搜索局部最大值和局部最小值，以V型焊缝为例，卷积后 可以搜索到两个局部最大值和两个局部最小值，以这四个局部最值对激光传感器模块采集 的激光原始数据进行分组，可以分成五小部分，分别利用最小二乘法对每一组激光数据进 行最小二乘法拟合，具体如下： 假设拟合的直线方程为：y=ax+b， 其中，a为直线的斜率；b为直线的截距；x为所述激光传感器模块采集的激光数据的横 坐标；y为所述激光传感器模块采集的激光数据的纵坐标； 假设上述激光数据中的某一组激光数据为： (x1；yj), (x2,y2). . . (xn,yn), 那么该组激光数据满足上述待拟合的直线方程，则得到以下方程组：其中，Xi,x2, . . .，xnS待拟合的激光数据的横坐标；yy2, . . .，yn为待拟合的激光数据 的纵坐标，n为正整数； 将上述的方程组写成矩阵形式，如下：即： Ax=b， 其中，将方程左右两边分别左乘以矩阵A的转置AT，得到： (ATA)x=ATb， 那么该方程组的解为：x= (ATA)_1ATb, 分别对上述分组的激光数据进行最小二乘法拟合，可以得到每一组激光数据所代表的V型焊缝的边缘：其中，apa2,a3,a4, 85分别为每一条激光线的斜率；bpb2,b3,b4,135分别为每一条激光线 的截距； 最后利用直线相交求焊缝的四个特征点，以前两条激光直线为例：求解方程组：其中，X为特征点的横坐标，Y为特征点的纵坐标。3. 根据权利要求1所述的基于激光传感器的焊缝自动跟踪测试装置，其特征在于，所 述焊接机器人模块设定焊接路径的起始点和终点，带动焊枪和激光传感器模块沿着机器人 本体的运动路径进行扫描。4. 根据权利要求1所述的基于激光传感器的焊缝自动跟踪测试装置，其特征在于，所 述激光传感器模块通过对MTI2d激光传感器进行标定，确定MTI2d激光传感器与机器人 本体基坐标系的关系；所述激光传感器模块通过激光照射工件表面，返回激光点在MTI2d 激光传感器坐标系下的坐标给控制器，返回的所述激光点构成焊缝的横截面信息。5. -种应用于权利要求1所述的基于激光传感器的焊缝自动跟踪测试装置的测试方 法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 所述特征检测模块根据MTI2d激光传感器所采集的数据，对MTI2d激光传感器所 采集的数据求取一阶差分； (2) 所述特征检测模块对所述求取差分后的数据，采用高斯小波函数对所述求取差分 后的数据进行小波变换，即对差分后的数据进行平滑处理； (3) 所述特征检测模块对小波变换后的数据采用高斯小波函数的一阶导数对数据进行 小波变换，搜索局部最大值和局部最小值，并记录其位置； (4) 所述特征检测模块根据搜索到的局部最大值和局部最小值，将MTI2d激光传感器 采集的数据分组，对每一组MTI2d激光传感器采集的数据采用最小二乘法进行直线拟合 并求取直线交点，确定为焊缝的特征点，同时计算出焊缝的宽度、高度以及焊缝中心位置； (5) 所述特征检测模块根据所计算的焊缝宽度和高度信息，与实际焊缝的宽度、高度做 比较并计算误差。
【专利摘要】本发明公开了一种基于激光传感器的焊缝自动跟踪测试装置及其测试方法，该装置包括焊接机器人模块、激光传感器模块、焊接模块和特征检测模块；焊接机器人模块采用广州数控公司生产的RB08焊接机器人，激光传感器模块由MTI 2d激光传感器、挡光板、安装支架组成，MTI 2d激光传感器通过安装支架连接机器人本体的末端法兰；焊接模块包括焊机、送丝结构以及焊枪，特征检测模块包括控制器和检测单元，激光传感器模块可检测焊缝坡口的二维数据；检测单元选择焊缝的类型，调用处理该焊缝类型的特征识别算法，并将焊缝中心返回到机器人控制器柜，机器人本体带动焊枪实时对准焊缝中心。具有实现了对焊缝的自动跟踪，保证了焊接质量等优点。
【IPC分类】B23K9/127
【公开号】CN104985289
【申请号】CN201510468500
【发明人】李琳, 林炳强, 邹焱飚
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年7月31日