一种视觉定位导引激光焊接方法及系统与流程

本发明涉及机器视觉领域，具体涉及一种视觉定位导引激光焊接方法及系统。

背景技术：

1、激光焊接是激光加工技术应用的重要方面之一，主要应用于微小零件的精密焊接。激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、功率密度和重复频率等参数，使工件融化，形成特定的熔池。

2、焊缝一般具有一定的宽度，在传统的焊接过程中，难以保证焊接头始终保持在焊缝的中心。当焊接头偏离焊接头中心时，会造成焊缝两侧受热不均，影响焊接质量。同时实际焊接应用中，焊缝两侧边缘形状可能不规则，存在锯齿状或是在一定长度内具有多个起伏的边缘，造成在短距离内具有多个中心点，焊接头在焊接过程中会出现频繁的抖动，即影响焊接效率，也影响焊接质量。

技术实现思路

1、本发明提供一种视觉定位导引激光焊接方法及系统，能够减少焊接头移动的距离，从而提高焊接效率和焊接质量。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种视觉定位导引激光焊接方法，包括以下步骤：

4、s1、相机采集待焊接物件焊缝表面图像，并对图像进行处理，得到焊缝边缘轮廓图；

5、s2、手动擦除非焊缝边缘区域，只留下焊缝内外边缘轮廓图像；

6、s3、提取焊缝外边缘轮廓形心c，连接形心c与外轮廓点pw，得到与内轮廓的交点pn，取pw与pn的中点为该处的焊缝点pc；

7、s4、按照步骤s3的方法，依次遍历所有外轮廓点，获取焊缝的中心点集set(pc)，并将其转换成物理坐标点集w-set(pc)；

8、s5、利用拟合算法对中心点集w-set(pc)进行曲线拟合，得到平滑的焊缝曲线；

9、s6、控制焊接头按拟合后的路径进行焊接。

10、作为上述方案的优选，步骤s1包括：首先控制高清ccd相机运动至待焊接物件上方，通过调节焦距，拍摄清晰的焊缝图像，并对图像进行预处理、灰度化、图像增强处理；对处理后的图像进行分割，将焊缝图像从背景中分割出来；对分割出来的焊缝图像进行边缘检测操作，并提取轮廓点，得到焊缝轮廓图片。

11、作为上述方案的优选，步骤s2包括：利用鼠标在图像上采用类似“橡皮擦”功能，将分割出来的焊缝图像中的其他干扰轮廓擦除，其原理为光标在图像上移动是获取图像像素坐标，当光标移动到干扰轮廓时，将以光标为中心一定区域内的像素置0，从而将白色的轮廓变为黑色，实现将干扰轮廓擦除。

12、作为上述方案的优选，步骤s3、s4包括：获取焊缝外轮廓的形心c坐标，连接形心与外轮廓点pw，连接与内轮廓相交于点pn，取pw和的pn中点作为该处的焊接点pc，采用同样的方式遍历所有的外轮廓点，得到焊接中心点集set(pc)，该点集坐标为图像坐标，还需要将图像坐标转换为物理坐标，利用“九点标定”法，得到图像坐标系与物理坐标系之间的转换关系，通过对应的转换关系，推算出焊缝中心点的物理坐标w-set(pc)。

13、作为上述方案的优选，步骤s5包括：对离散的焊缝中心点集w-set(pc)进行三次b样条拟合，得到平滑的曲线。

14、作为上述方案的优选，步骤s6包括：将拟合后的曲线作为焊接路径传送给运动控制器，运动控制器控制焊接头按焊缝路径运动，完成激光焊接。

15、一种视觉定位导引激光焊接系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，处理器执行计算机程序以实现上述方法。

16、由于具有上述结构，本发明的有益效果在于：

17、通过视觉检测焊缝边缘，提取焊缝中心，确定焊接路径；同时采用三次b样条插值算法对焊接路径进行拟合，得到较为平滑的焊接路径。通过以上两点改进，即保证焊接过程中焊接头始终处于焊缝中心处，也保证了焊接过程中，焊接头不会出现频繁的抖动，减少焊接头移动的距离，从而提高焊接效率和焊接质量。

技术特征：

1.一种视觉定位导引激光焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种视觉定位导引激光焊接方法，其特征在于：步骤s1包括：首先控制高清ccd相机运动至待焊接物件上方，通过调节焦距，拍摄清晰的焊缝图像，并对图像进行预处理、灰度化、图像增强处理；对处理后的图像进行分割，将焊缝图像从背景中分割出来；对分割出来的焊缝图像进行边缘检测操作，并提取轮廓点，得到焊缝轮廓图片。

3.根据权利要求1所述的一种视觉定位导引激光焊接方法，其特征在于：步骤s2包括：利用鼠标在图像上采用类似“橡皮擦”功能，将分割出来的焊缝图像中的其他干扰轮廓擦除，其原理为光标在图像上移动是获取图像像素坐标，当光标移动到干扰轮廓时，将以光标为中心一定区域内的像素置0，从而将白色的轮廓变为黑色，实现将干扰轮廓擦除。

4.根据权利要求1所述的一种视觉定位导引激光焊接方法，其特征在于：步骤s3、s4包括：获取焊缝外轮廓的形心c坐标，连接形心与外轮廓点pw，连接与内轮廓相交于点pn，取pw和的pn中点作为该处的焊接点pc，采用同样的方式遍历所有的外轮廓点，得到焊接中心点集set(pc)，该点集坐标为图像坐标，还需要将图像坐标转换为物理坐标，利用“九点标定”法，得到图像坐标系与物理坐标系之间的转换关系，通过对应的转换关系，推算出焊缝中心点的物理坐标w-set(pc)。

5.根据权利要求1所述的一种视觉定位导引激光焊接方法，其特征在于：步骤s5包括：对离散的焊缝中心点集w-set(pc)进行三次b样条拟合，得到平滑的曲线。

6.根据权利要求1所述的一种视觉定位导引激光焊接方法，其特征在于：步骤s6包括：将拟合后的曲线作为焊接路径传送给运动控制器，运动控制器控制焊接头按焊缝路径运动，完成激光焊接。

7.一种视觉定位导引激光焊接系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于：处理器执行计算机程序以实现权利要求1-6任意一项权利要求所述方法。

技术总结
本发明公开了一种视觉定位导引激光焊接方法及系统，包括采集待焊接物件焊缝表面图像并对图像进行处理，得到焊缝边缘轮廓图；擦除非焊缝边缘区域，获得焊缝内外边缘轮廓图像；提取焊缝外边缘轮廓形心坐标，连接形心C与外轮廓点P<subgt;w</subgt;，得到与内轮廓的交点P<subgt;N</subgt;，取P<subgt;w</subgt;与P<subgt;N</subgt;的中点为该处焊缝点P<subgt;C</subgt;；按照上述方法依次遍历所有外轮廓点，获取焊缝的中心点集Set(P<subgt;C</subgt;)，并将其转换成物理坐标点集W<subgt;‑</subgt;Set(P<subgt;C</subgt;)；利用拟合算法对中心点集进行曲线拟合，得到平滑的焊缝曲线；控制焊接头按拟合后的路径进行焊接。本发明获取焊缝内外边缘图形，得到焊缝中心路径作为焊接路径，提升焊接精度；同时采用三次B样条曲线拟合算法，得到较为平滑的焊接路径，减少焊接头的抖动，提升焊接质量。

技术研发人员：柳邦,李少寒,周鹏,周杰,余杨杰,汪伟
受保护的技术使用者：湖北三江航天红峰控制有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11