一种自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法及设备

1.本技术属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法及设备。


背景技术：

2.在激光熔覆过程中，熔覆头中轴线与待加工基面的角度在垂直状态时，熔覆效果最佳。如果熔覆头中轴线与基面倾角偏斜，偏斜角较小时将影响熔覆质量，导致粉末利用率低、熔覆单道不对称；如果偏斜角较大将导致无法形成单道，熔覆失败。基于此，在激光熔覆之前，需要调整熔覆头与待加工基面垂直。
3.传统的调整熔覆头与待加工基面垂直方法包括：采用在熔覆头上平放气泡/数字水平仪，通过人工目测后不断手动交替调整熔覆头在机器人基座标系中的x向和y向的倾角来实现熔覆头与待加工基面垂直。
4.然而，上述方法仅适用于水平待加工基面，如果待加工基面是空间倾斜表面，该表面的倾角、方位均未知或不精确，这时人工调整机器人或其他运动机构，使熔覆头倾斜并与该表面垂直的操作会十分繁琐，存在难以实现完全垂直的问题。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法及设备，可以解决如果待加工基面是空间倾斜表面，该表面的倾角、方位均未知或不精确，这时人工调整机器人或其他运动机构，使熔覆头倾斜并与该表面垂直的操作会十分繁琐，存在难以实现完全垂直的问题。本技术提供如下技术方案：
6.第一方面，提供了一种自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法，包括：获取所述待加工基面的图像；对所述图像进行处理，得到目标区域图像；确定所述目标区域图像的熔覆头坐标；所述熔覆头坐标为动态坐标，基于所述熔覆头的运动而改变；对所述目标区域图像进行处理，得到目标圆环；确定所述目标圆环的中心坐标；确定所述熔覆头坐标与所述中心坐标的位置距离；基于所述位置距离控制所述熔覆头与所述待加工基面垂直。
7.可选地，所述基于所述位置距离控制所述熔覆头与所述待加工基面垂直，包括：在所述位置距离大于0的情况下，控制所述熔覆头在指定方向上基于预设旋转步长进行持续旋转；其中，所述指定方向包括第一方向和第二方向；所述预设旋转步长包括所述第一方向上的预设旋转步长和所述第二方向上的预设旋转步长；记录所述熔覆头进行持续旋转的过程中的位置距离变化数据，得到变化数据组；基于所述变化数据组确定最佳旋转方向；基于所述最佳旋转方向，控制所述熔覆头与所述待加工基面垂直。
8.可选地，所述基于所述最佳旋转方向，控制所述熔覆头与所述待加工基面垂直，包括：控制所述熔覆头基于所述最佳旋转方向和所述预设旋转步长进行旋转；记录旋转过程中的所述熔覆头坐标与所述中心坐标的至少一个第一当前位置距离；在所述第一当前位置距离等于0的情况下，确定所述熔覆头与所述待加工基面垂直。
9.可选地，所述方法还包括：在无法确定出所述第一当前距离等于0的情况下，控制所述熔覆头向所述中心坐标方向，基于预设直线步长作直线运动；记录直线运动过程中的所述熔覆头坐标与所述第二中心坐标的至少一个第二当前位置距离；在所述第二当前位置距离等于0的情况下，确定所述熔覆头与所述待加工基面垂直。
10.可选地，所述变化数据组包括至少一个方向上的位置距离数据组和所述位置距离数据组对应的梯度变化数据；所述梯度变化数据用于指示所述位置距离数据组的变化率。
11.可选地，所述对所述图像进行处理，得到目标区域图像，包括：确定所述图像中的感兴趣区域；基于所述感兴趣区域对所述图像进行裁剪，得到目标区域图像。
12.可选地，所述对所述目标区域图像进行处理，得到目标圆环，包括：对所述目标区域图像按照预设阈值进行边缘检测，得到所述目标圆环；所述预设阈值包括预设最大阈值和预设最小阈值。
13.可选地，所述对所述目标区域图像进行处理，得到目标圆环之前，还包括：对所述目标区域图像进行高斯滤波处理，以降低所述目标区域图像中的噪声。
14.可选地，所述确定所述目标圆环的中心坐标，包括：对所述目标圆环进行连通域分析，得到所述目标圆环连通域的点集信息；获取预设椭圆拟合函数；基于所述预设椭圆拟合函数对所述点集信息进行拟合，得到所述中心坐标。
15.第二方面，提供一种电子设备，包括存储器、控制器以及存储在存储器上并可在控制器上运行的计算机程序，所述控制器执行所述计算机程序时实现上述自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法的步骤。
16.本技术的有益效果至少包括：获取待加工基面的图像；对图像进行处理，得到目标区域图像；确定目标区域图像的熔覆头坐标；熔覆头坐标为动态坐标，基于熔覆头的运动而改变；对目标区域图像进行处理，得到目标圆环；确定目标圆环的中心坐标；确定熔覆头坐标与中心坐标的位置距离；基于位置距离控制所述熔覆头与所述待加工基面垂直。可以解决如果待加工基面是空间倾斜表面，该表面的倾角、方位均未知或不精确，这时人工调整机器人或其他运动机构，使熔覆头倾斜并与该表面垂直的操作会十分繁琐，存在难以实现完全垂直的问题；通过熔覆头坐标与中心坐标之间的位置距离的数据变化，确定熔覆头的最佳旋转方向，基于可调整的旋转步长和直线步长，自动控制熔覆头旋转和平移，以使熔覆头与待加工基面垂直，需要人工手动调整熔覆头，避免了人眼视觉操作带来精度误差，进而可以实现控制熔覆头与任意角度的待加工基面完全垂直。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本技术一个实施例提供的用于自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法的流程图；
19.图2是本技术一个实施例提供的熔覆头与待加工基面垂直的示意图；
20.图3是本技术一个实施例提供的待加工基面的图像的示意图；
21.图4是本技术一个实施例提供的熔覆头与待加工基面非垂直的示意图；
22.图5是本技术一个实施例提供的另一个待加工基面的图像的示意图；
23.图6是本技术一个实施例提供的自动调整熔覆头与待加工基面垂直装置的框图；
24.图7是本技术一个实施例提供的电子设备的框图。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
27.在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本技术。
28.下面对本技术提供的自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法进行详细介绍。
29.如图1所示，本技术的实施例提供一种自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法，该方法至少包括以下几个步骤：
30.步骤101，获取待加工基面的图像。
31.可选地，熔覆头中的准直光路位置安装有一片半透半反镜，半透半反镜与工业相机连接。获取待加工基面的图像，包括：开启激光器发射低功率指示红光，调整熔覆头与待加工基面的距离焦量，通过与半透半反镜连接的工业相机拍摄得到待加工基面的图像。其中，待加工基面的图像包括指示红光照射在待加工基面上的图像。
32.可选地，激光器可以为氦氖激光器、激光二极管等，本实施例不对激光器的选取作限定。
33.步骤102，对图像进行处理，得到目标区域图像。
34.由于图像是通过工业相机拍摄得到的，因此，图像中通常会存在无效图像数据，此时，需要对图像进行处理，以剔除无效图像数据，进而减少无效图像数据对调整熔覆头与待加工基面垂直的影响。
35.具体地，对图像进行处理，得到目标区域图像，包括：确定图像中的感兴趣区域；基于感兴趣区域对所述图像进行裁剪，得到目标区域图像。
36.其中，感兴趣区域中包括有效图像数据，例如指示红光对应的图像数据。
37.可选地，感兴趣区域为边长预设长度的正方形区域，且感兴趣区域位于图像的中心。
38.在实际实施中，可以根据实际情况对预设长度进行调整，本实施例不对预设长度的选取作限定。
39.步骤103，确定目标区域图像的熔覆头坐标。
40.其中，熔覆头坐标为动态坐标，基于熔覆头的运动而改变。
41.在本实施例中，熔覆头坐标初始值为目标区域图像的中心位置的坐标。
42.可选地，在确定目标区域图像的熔覆头坐标之前，还包括：以目标区域图像中的任意一点作为原点，建立x轴和y轴的直角坐标系。
43.例如，可以选取目标区域图像中的中心点作为原点，建立x轴和y轴的直角坐标系，此时，熔覆头坐标为(0,0)；或者，可以选取目标区域图像中的左下角处的任意一点作为原点，建立x轴和y轴的直角坐标系，此时，熔覆头坐标位于直角坐标系的第一象限中。
44.步骤104，对目标区域图像进行处理，得到目标圆环。
45.在一个示例中，对目标区域图像进行处理，得到目标圆环，包括：基于预设边缘检测算法，对目标区域图像按照预设阈值进行边缘检测，得到目标圆环。
46.可选地，预设边缘检测算法可以为canny边缘检测算法。
47.其中，预设阈值包括预设最大阈值和预设最小阈值，大于预设最大阈值的都被检测为边缘，而低于预设最小阈值的都被检测为非边缘。对于中间的像素点，如果与确定为边缘的像素点邻接，则判定为边缘，否则为非边缘。
48.在实际实施时，预设最大阈值和预设最小阈值可以基于实际情况进行调整，本实施例不对预设最大阈值和预设最小阈值的选取作限定。
49.另外，在熔覆头与待加工基面垂直的情况下，目标圆环为圆形；相对应的，在熔覆头与待加工基面不垂直的情况下，目标圆环为椭圆形。
50.比如：如图2所示的在熔覆头与待加工基面垂直的情况下，目标圆环如图3所示；如图4所示的在熔覆头与待加工基面不垂直的情况下，目标圆环如图5所示。
51.可选地，对目标区域图像进行处理，得到目标圆环之前，还包括：对目标区域图像进行高斯滤波处理，以降低目标区域图像中的噪声。
52.步骤105，确定目标圆环的中心坐标。
53.其中，中心坐标为目标圆环的中心位置处的坐标。
54.在本实施例中，通过对目标圆环进行连通域分析，进而确定目标圆环对应的连通域。
55.其中，连通区域分析(connected component analysis，connected component labeling)是指将图像中的各个连通区域找出并标记。
56.可选地，通过连通域分析算法对目标圆环进行连通域分析。其中，连通域分析算法包括但不限于种子填充(seed filing)算法、两遍扫描(two-pass)算法等，本实施例不对连通域分析算法的选取作限定。
57.在确定目标圆环对应的连通区域之后，基于预先建立的坐标系得到连通区域中的点集信息。
58.在得到点集信息的情况下，通过预先设置的椭圆拟合算数，对点集信息进行拟合，得到目标圆环对应的椭圆方程，进而得到椭圆的圆心坐标，即目标圆环对应的中心坐标。
59.具体地，确定目标圆环的中心坐标，包括：对目标圆环进行连通域分析，得到目标圆环连通域的点集信息；获取预设椭圆拟合函数；基于预设椭圆拟合函数对点集信息进行拟合，得到中心坐标。
60.步骤106，确定熔覆头坐标与中心坐标的位置距离。
61.在本实施例中，可以通过距离计算公式，计算得到熔覆头坐标与中心坐标的位置
距离。
62.其中，距离计算公式通过下式表示：
[0063][0064]
其中，d表示熔覆头坐标与中心坐标的位置距离，x1表示中心坐标的横坐标，y1表示中心坐标的纵坐标，x2表示熔覆头坐标的横坐标，y2表示熔覆头坐标的纵坐标；或者，x1表示熔覆头坐标的横坐标，y1表示熔覆头坐标的纵坐标，x2表示中心坐标的横坐标，y2表示中心坐标的纵坐标。
[0065]
比如：如图5所示，点o表示中心坐标，值为(x1，y1)，点p表示熔覆头坐标，值为(x2，y2)，点p到点o的距离d
po
为：
[0066][0067]
步骤107，基于位置距离控制熔覆头与待加工基面垂直。
[0068]
通过上述公式，计算得到的位置距离大于0的情况下，即熔覆头坐标与中心坐标不重合的情况下，需要控制熔覆头基于预设旋转步长，在指定方向上进行旋转，从而改变熔覆头坐标的值，进而改变熔覆头坐标与中心坐标之间的位置距离。
[0069]
其中，指定方向包括第一方向和第二方向，熔覆头在进行旋转时需要在第一方向和第二方向上同时进行旋转，以调整熔覆头的位置。
[0070]
预设旋转步长是预先设置的旋转步长，例如1度、0.5度等。其中，预设旋转步长包括第一方向上的预设旋转步长和第二方向上的预设旋转步长。其中第一方向上的预设旋转步长和第二方向上的预设旋转步长可以相同，也可以不同。
[0071]
在实际实施时，可以根据实际情况对预设旋转步长进行调整，本实施例不对预设旋转步长的选取作限定。
[0072]
在旋转熔覆头的同时，还需要实时记录因旋转熔覆头而改变的熔覆头坐标的值，并实时计算熔覆头坐标与中心坐标之间的距离d以及距离d的梯度变换，得到变化数据组。如果在实时检测时，检测到距离d变小，则熔覆头旋转方向不变；如果检测到d变大，则控制熔覆头立即朝第一方向或第二方向的反向旋转。
[0073]
可选地，变化数据组包括至少一个方向上的位置距离数据组和位置距离数据组对应的梯度变化数据。其中，梯度变化数据用于指示位置距离数据组的变化率。
[0074]
比如：如果熔覆头的旋转方向为第一方向上的正向和第二方向上的正向，在熔覆头旋转过程中，每经过一次预设时长，例如0.1秒或者0.2秒等，或者预设旋转步长，就记录一次熔覆头旋转后的熔覆头坐标与中心坐标之间的距离d，将记录的至少一个距离d作为第一方向上的正向和第二方向上的正向对应的位置距离变化数据组，并记录距离d的梯度变化数据。
[0075]
在得到变化数据组之后，将变化数据组中的数据进行比较，得到在距离d减小，且梯度变化数据最大的情况下，熔覆头对应的旋转方向，并将该旋转方向作为最佳旋转方向，控制熔覆头在该最佳旋转方向上继续旋转，以使熔覆头与待加工基面垂直。
[0076]
具体地，基于位置距离控制熔覆头与待加工基面垂直，包括：在位置距离大于0的情况下，控制熔覆头在指定方向上基于预设旋转步长进行持续旋转；其中，指定方向包括第
一方向和第二方向；预设旋转步长包括第一方向上的预设旋转步长和第二方向上的预设旋转步骤。记录熔覆头进行持续旋转的过程中的位置距离变化数据，得到变化数据组；基于变化数据组确定最佳旋转方向，控制熔覆头与所述待加工基面垂直。
[0077]
基于最佳旋转方向，控制熔覆头与待加工基面垂直，包括：控制熔覆头基于最佳旋转方向和预设旋转步长进行旋转；记录旋转过程中的熔覆头坐标与中心坐标的至少一个第一当前位置距离；在第一当前位置距离等于0的情况下，确定熔覆头与待加工基面垂直。
[0078]
在无法确定出第一当前距离等于0的情况下，控制熔覆头向中心坐标方向，基于预设直线步长作直线运动；记录直线运动过程中的熔覆头坐标与第二中心坐标的至少一个第二当前位置距离；在第二当前位置距离等于0的情况下，确定熔覆头与待加工基面垂直。
[0079]
其中，预设直线步长为预先设置的长度步长，例如0.1厘米、0.5厘米等，在实际实施时，可以基于实际情况对预设直线步长进行调整，本实施例不对预设直线步长的选取作限定。
[0080]
综上所述，本实施例提供的自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法，通过获取待加工基面的图像；对图像进行处理，得到目标区域图像；确定目标区域图像的熔覆头坐标；熔覆头坐标为动态坐标，基于熔覆头的运动而改变；对目标区域图像进行处理，得到目标圆环；确定目标圆环的中心坐标；确定熔覆头坐标与中心坐标的位置距离；基于位置距离控制所述熔覆头与所述待加工基面垂直。可以解决如果待加工基面是空间倾斜表面，该表面的倾角、方位均未知或不精确，这时人工调整机器人或其他运动机构，使熔覆头倾斜并与该表面垂直的操作会十分繁琐，存在难以实现完全垂直的问题；通过熔覆头坐标与中心坐标之间的位置距离的数据变化，确定熔覆头的最佳旋转方向，基于可调整的旋转步长和直线步长，自动控制熔覆头旋转和平移，以使熔覆头与待加工基面垂直，需要人工手动调整熔覆头，避免了人眼视觉操作带来精度误差，进而可以实现控制熔覆头与任意角度的待加工基面完全垂直。
[0081]
本实施例提供一种自动调整熔覆头与待加工基面垂直的装置，如图6所示。该装置包括至少以下几个模块：图像获取模块610、第一处理模块620、第一确定模块630、第二处理模块640、第二确定模块650、第三确定模块660和垂直控制模块670。
[0082]
图像获取模块610，用于获取待加工基面的图像；
[0083]
第一处理模块620，用于对图像进行处理，得到目标区域图像；
[0084]
第一确定模块630，用于确定目标区域图像的熔覆头坐标；熔覆头坐标为动态坐标，基于熔覆头的运动而改变；
[0085]
第二处理模块640，用于对目标区域图像进行处理，得到目标圆环；
[0086]
第二确定模块650，用于确定目标圆环的中心坐标；
[0087]
第三确定模块660，用于确定熔覆头坐标与中心坐标的位置距离；
[0088]
垂直控制模块670，用于基于位置距离控制熔覆头与待加工基面垂直。
[0089]
相关细节参考上述方法和设备实施例。
[0090]
需要说明的是：上述实施例中提供的自动调整熔覆头与待加工基面垂直装置在进行自动调整熔覆头与待加工基面垂直时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将自动调整熔覆头与待加工基面垂直装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分
功能。另外，上述实施例提供的自动调整熔覆头与待加工基面垂直装置与自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
[0091]
本实施例提供一种电子设备，如图7所示。电子设备可以为图1中的控制器。该电子设备至少包括处理器701和存储器702。
[0092]
处理器701可以包括一个或多个处理核心，比如：4核心处理器、8核心处理器等。处理器701可以采用dsp(digital signal processing，数字信号处理)、fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)、pla(programmable logic array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器701也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu(central processing unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器701可以在集成有gpu(graphics processing unit，图像处理器)，gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器701还可以包括ai(artificial intelligence，人工智能)处理器，该ai处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
[0093]
存储器702可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器702还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器702中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器701所执行以实现本技术中方法实施例提供的自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法。
[0094]
在一些实施例中，电子设备还可选包括有：外围设备接口和至少一个外围设备。处理器701、存储器702和外围设备接口之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口相连。示意性地，外围设备包括但不限于：射频电路、触摸显示屏、音频电路、和电源等。
[0095]
当然，电子设备还可以包括更少或更多的组件，本实施例对此不作限定。
[0096]
可选地，本技术还提供有一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有程序，程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的自动调整熔覆头与待加工基面垂直方法。
[0097]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0098]
显然，上述所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本技术保护的范围。