一种焊缝跟踪处理方法

本发明涉及焊接，尤其涉及一种焊缝跟踪处理方法。

背景技术：

1、在两个板材进行焊接时，有时板材的边缘并非完全平直，而是会有一定程度的弯曲，导致两个板材之间的焊缝也不是平直的焊缝。在自动化焊接时，为确保焊接的效果，需要焊接设备追踪着焊缝进行焊接，为此提出一种基于视觉的焊缝跟踪处理方法。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种焊缝跟踪处理方法，能够从焊缝图像中获取焊缝光条的中心线，以引导焊接设备沿焊缝前移。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明的一种焊缝跟踪处理方法，包括以下步骤：步骤s1：通过视觉传感器获取原始的焊缝图像；步骤s2：对原始的焊缝图像进行预处理，消除图像的噪点，并将包含焊缝特征的条纹与周围背景分离，提取出焊缝光条；步骤s3：获取焊缝光条轮廓的中心线，提取出焊缝光条的轮廓；步骤s4：根据焊缝光条的轮廓，提取轮廓关键点，再对轮廓关键点的法向量进行计算，再利用灰度质心法提出焊缝光条的中心线，焊接设备的焊头沿焊缝光条的中心线前移。

3、进一步地，在步骤s2中，先采用感兴趣区域提取法截取焊缝所在区域的图像，再采用高斯滤波器消除截取图像中的噪点。

4、进一步地，在步骤s2中，采用图像分割算法将包含焊缝特征的激光条纹与周围背景分离，以提取出焊缝光条，具体如下：

5、将灰度值小于阈值的背景板材区域的灰度值变为0，将灰度值大于阈值的激光条纹区域的灰度值变为255；其数学表达式为：

6、

7、式中，f(x，y)为经过预处理后的焊缝图像像素灰度值，g(x，y)为焊缝图像处理后的像素灰度值，t为确定的最佳分割范围而算得的阈值。

8、进一步地，采用最大类间方差法来进行图像二值化处理，以确定t的最佳阈值，包括如下步骤：步骤t1：对图像的灰度级进行直方图统计，并计算出每个灰度级出现的概率；步骤t2：从灰度级最小值开始，计算每个灰度级处的类间方差；步骤t3：找到类间方差最大的灰度级作为t的最佳阈值，将图像进行二值化处理。

9、进一步地，在步骤s3中，利用灰度质心法得到焊缝光条轮廓的中心线，先通过阈值分割或边缘检测得到轮廓，对轮廓进行细化，以得到一个像素宽度的线；对于每个像素，计算其灰度质心，将所有灰度质心连接起来，即可得到焊缝光条轮廓的中心线。

10、进一步地，在步骤s4中，轮廓点曲率的具体定义方法如下：

11、设逆时针方向为正方向，轮廓上的任意一点p左侧有n个点分别为p0，p1，…，pn，则该点的左侧方向矢量pl定义为：

12、

13、同样假设点p右侧n个点，q0，q1，…，qn，则该点右侧方向矢量pr定义为：

14、

15、则点p的曲率为：

16、

17、采用轮廓多边形的方法对轮廓进行分段处理，再提取轮廓关键点，步骤如下：步骤r1：选取合适的n值，计算每个点的变化率r(p)，将所有的点标记为0；步骤r2：计算所有标记为0轮廓点的平均变化率rˉ(p)，按照顺时针方向判断所有未标记为0的轮廓点，若被判断轮廓点变化率不大于rˉ(p)，则将其标记为1；步骤r3：扫描所有被标记为1的轮廓点，按照其连续性对其分段，即如果两个相邻轮廓点均标记为1，则认为它们属于同一分段；按顺时针方向取每一个分段上的起始点ps为分段关键点，将ps加入轮廓关键点集合u＝u∪ps，并标记该分段上的点为已分类；步骤r4：若所有的轮廓点均已被标记为1且已分类，则终止分段，轮廓关键点集合u即为所得，否则跳转至步骤r2。

18、进一步地，在步骤s4中，在轮廓分段的基础上，以相邻两个轮廓关键点的分段为单位进行法向量的提取，同一分段上的每一个数据点，均采用相同的法向量；设顺时针方向为正方向，具体计算方法为：

19、

20、

21、

22、式中cx和cy分别代表轮廓两个关键点之间分段的中心x和y的方向坐标，w代表以cx和cy为中心的w×w子块，pij代表轮廓分段区间上的点，且如果或为0，则θ(cx，cy)为0，则分段法方向为：

23、

24、进一步地，在步骤s4中，利用灰度质心法提取激光条纹初始中心，条纹中心计算方法如下：

25、

26、

27、式中gth为焊缝光条轮廓提取的灰度阈值，xpi和ypi分别为pi对应像素点的x和y坐标，f(pi)为焊缝光条原始图像中扫描线上pi像素点所对应的灰度值。

28、进一步地，在焊缝路径上有曲形面，使焊缝光条的中心线要经过平面区段和曲面区段；焊接设备在平面区段时为平面行进模式，平面行进模式下，焊接设备的焊头沿焊缝光条的中心线以速度v1匀速前移；焊接设备在曲面区段时为曲面行进模式，曲面行进模式下，焊接设备仍沿焊缝光条的中心线前移，但焊接设备根据曲面形状进行升降，且焊接设备的前移速度对应调整。

29、进一步地，当曲面区段为内凹曲面时，焊接设备先降低后升高，焊接设备的前移速度相较平面行进模式下降至v2；当曲面区段为外凸曲面时，焊接设备先升高后降低，焊接设备的前移速度相较平面行进模式下降至v3，且v3小于v2。

30、有益效果：本发明的一种焊缝跟踪处理方法，在获取焊缝图像后，利用算法得到焊缝光条的中心线，焊接设备的焊头沿着焊缝光条的中心线前移，能够提高焊接效果。

技术特征：

1.一种焊缝跟踪处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种焊缝跟踪处理方法，其特征在于：在步骤s2中，先采用感兴趣区域提取法截取焊缝所在区域的图像，再采用高斯滤波器消除截取图像中的噪点。

3.根据权利要求1所述的一种焊缝跟踪处理方法，其特征在于：在步骤s2中，采用图像分割算法将包含焊缝特征的激光条纹与周围背景分离，以提取出焊缝光条，具体如下：

4.根据权利要求3所述的一种焊缝跟踪处理方法，其特征在于：采用最大类间方差法来进行图像二值化处理，以确定t的最佳阈值，包括如下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种焊缝跟踪处理方法，其特征在于：在步骤s3中，利用灰度质心法得到焊缝光条轮廓的中心线，先通过阈值分割或边缘检测得到轮廓，对轮廓进行细化，以得到一个像素宽度的线；对于每个像素，计算其灰度质心，将所有灰度质心连接起来，即可得到焊缝光条轮廓的中心线。

6.根据权利要求1所述的一种焊缝跟踪处理方法，其特征在于：在步骤s4中，轮廓点曲率的具体定义方法如下：

7.根据权利要求6所述的一种焊缝跟踪处理方法，其特征在于：在步骤s4中，在轮廓分段的基础上，以相邻两个轮廓关键点的分段为单位进行法向量的提取，同一分段上的每一个数据点，均采用相同的法向量；设顺时针方向为正方向，具体计算方法为：

8.根据权利要求7所述的一种焊缝跟踪处理方法，其特征在于：在步骤s4中，利用灰度质心法提取激光条纹初始中心，条纹中心计算方法如下：

9.根据权利要求1所述的一种焊缝跟踪处理方法，其特征在于：在焊缝路径上有曲形面，使焊缝光条的中心线要经过平面区段和曲面区段；

10.根据权利要求9所述的一种焊缝跟踪处理方法，其特征在于：当曲面区段为内凹曲面时，焊接设备先降低后升高，焊接设备的前移速度相较平面行进模式下降至v2；当曲面区段为外凸曲面时，焊接设备先升高后降低，焊接设备的前移速度相较平面行进模式下降至v3，且v3小于v2。

技术总结
本发明公开了一种焊缝跟踪处理方法，包括以下步骤：步骤S1：通过视觉传感器获取原始的焊缝图像；步骤S2：对原始的焊缝图像进行预处理，消除图像的噪点，并将包含焊缝特征的激光条纹与周围背景分离，提取出焊缝光条；步骤S3：获取焊缝光条轮廓的中心线，提取出焊缝光条的轮廓；步骤S4：根据焊缝光条的轮廓，提取轮廓关键点，再对轮廓关键点的法向量进行计算，再利用灰度质心法提出焊缝光条的中心线，焊接设备的焊头沿焊缝光条的中心线前移。本发明在获取焊缝图像后，利用算法得到焊缝光条的中心线，焊接设备的焊头沿着焊缝光条的中心线前移，能够提高焊接效果。

技术研发人员：田军委,张震,赵鹏,苏宇,李锦涛,李高宏,曹庚杰
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31