交叉式双线激光视觉传感焊枪高度实时识别系统及识别方法
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接技术领域，涉及机器人自动焊接时焊枪高度实时识别系统及识别方法。
【背景技术】
[0002]焊接自动化对于减轻工人劳动强度，提高焊接质量有着重要的意义。焊缝跟踪传感器是实现其自动化的重要部件，而视觉传感器是一种主要的焊缝跟踪传感器，目前视觉焊缝跟踪传感器主要用于焊缝偏差识别；但自动化焊接时，不仅需要识别焊缝偏差，而且需要实现焊枪的初始位置的自动识别，对于易变形的薄板焊接还需要实时识别焊缝跟踪过程中高度变化。目前，焊枪初始位置高度识别完全依赖人工观察焊枪与焊缝位置来实现，该方法不仅效率、精度差；对于一些人不易到达的场合，如水下焊接、狭小空间中焊接及非连续性焊缝的焊枪初始位置识别更是连人工方法都无法实现。而对于焊接过程中焊枪高度的实时识别目前还没有，因此，提出一种能够自动、实时地识别焊枪高度的视觉传感器对于提高焊接智能化程度及焊接质量有着重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种交叉式双线激光视觉传感焊枪高度实时识别系统及识别方法，实现焊枪初始高度与焊接过程中高度的实时识别。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0005]本发明所述的交叉式双线激光视觉传感焊枪高度实时识别系统包括交叉式双线激光视觉传感器(1)、焊枪(9)、计算机(11)等。焊枪(9)固定于交叉式双线激光视觉传感器(I)的左侧，工件(5)位于交叉式双线激光视觉传感器(I)的正下方。交叉式双线激光视觉传感器⑴由左线激光器(2)、右线激光器(4)、摄像机(3)及滤光器(10)组成，左线激光器(2)与右线激光器(4)布置在摄像机(3)的左右两侧，滤光器(10)布置于摄像机(3)前端，左线激光器(2)与右线激光器(4)发射的线激光交叉式投射至工件(5)上，右线激光器(4)投射的在工件(5)上的为线激光(7)，左激光器(2)投射至工件(5)上的为线激光
(8)，摄像机(3)经滤光器(10)将投射至工件(5)上的图像采集至计算机(11)中。
[0006]本发明所述的交叉式双线激光视觉传感焊枪高度实时识别方法的具体实施步骤如下:
[0007]步骤1:对交叉式双线激光视觉传感器(I)的参数进行标定，其参数包括:摄像机
(3)视场角α、左线激光器(2)与右线激光器⑷发射面间夹角Θ、摄像机⑶焦点f相对工件(5)初始位置PO的高度h0、焊枪(9)底端与摄像机(3)焦点f间距离ΔΗ ;
[0008]步骤2:左线激光器(2)与右线激光器⑷以交叉方式将激光线投射至工件(5)上;
[0009]步骤3:当焊枪(9)处理检测位置Pi时，由摄像机(3)将左线激光器(2)与右线激光器(4)投射至工件(5)上的图像采集至计算机(11);
[0010]步骤4:所采集图像经计算机图像处理后，获得图像中两激光线的距离Xi;
[0011]步骤5:按照下列计算公式，计算该位置焊枪的高度h1:
[0012]hj= h J (1-Xjtan ( θ /2) / (Nptan ( α /2))) - Δ H
[0013]其中，Np为采集图像宽度方向(垂直于两激光线的方向)像素个数。
[0014]步骤6:当需要继续计算下一位置焊枪(9)的高度时，重复步骤2-步骤5即可。
[0015]本发明方法在标定交叉式双线激光视觉传感器I基本参数后，只需对检测位置时的两线激光图像采集并处理获得其距离Xi即可运用步骤(5)中公式计算得焊枪当前的高度；该方法简单、识别速度快、精度高，特别适合于焊缝自动焊缝时焊枪高度实时识别。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的系统原理示意图。图中:1为交叉式双线激光视觉传感器；2为左线激光器；3为摄像机；4为右线激光器；5为工件；6为摄像机视场；7为右线激光器投射至工件5上的线激光；8为左线激光器投射至工件5上的线激光；9为焊枪；10为滤光器，11为计算机。
[0017]图2为本发明的计算模型图。图中:α为摄像机3的视场角；Θ为两激光器发射的激光面间的夹角；f为摄像机3的焦点；匕为工件5初始位置；P i为工件5处于检测时的位置出^为摄像机3焦点f相对于工件5初始位置P ^的高度；△ h为工件5的检测位置与初始位置间的高度差；△ H为焊枪9底端与摄像机3焦点f间的距离；Xi为采集图像中两激光线间的距离。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0019]图1为本发明所用交叉式双线激光视觉传感焊枪高度识别系统原理示意图，该识别系统包括:交叉式双线激光视觉传感器1、焊枪9、工件5及计算机11。焊枪9固定于交叉式双线激光视觉传感器I的左侧，工件5位于交叉式双线激光视觉传感器I的正下方。交叉式双线激光视觉传感器I由左线激光器2、右线激光器4、摄像机3及滤光器10组成，左线激光器2与右线激光器4布置在摄像机3的左右两侧，滤光器10布置于摄像机3前端，左线激光器2与右线激光器发射的线激光交叉式投射至工件5上，右线激光器4投射在工件5上的为线激光7，左线激光器2投射至工件5上的为线激光8，摄像机器的视场为6。摄像机3经滤光器10将投射至工件5上的图像采集至计算机11中。
[0020]图2为本发明的计算模型图，该计算模型图包括:摄像机3的视场角α、两激光器发射的激光面间的夹角Θ、摄像机3的焦点f、工件5初始位置Ptl、工件5处于检测时的位置Pp摄像机3焦点f相对于工件5初始位置Ptl的高度h ^、工件5的检测位置与初始位置间的高度差ΔΚ焊枪9底端与摄像机3焦点f间的距离ΔΗ、采集图像中两激光线间的距离'。焊枪9的高度实时识别具体步骤如下:
[0021]步骤1:对交叉式双线激光视觉传感器I的参数进行标定，其参数包括:摄像机3视场角α、左线激光器2与右线激光器4发射面间夹角Θ、摄像机3焦点f相对工件5初始位置P。的高度h C1、焊枪9底端与摄像机3焦点f间距离Δ H ；
[0022]步骤2:左线激光器2与右线激光器4以交叉方式将激光线投射至工件5上；
[0023]步骤3:当焊枪9处理检测位置Pi时，由摄像机3将左线激光器2与右激光器4投射至工件5上的图像采集至计算机11 ;
[0024]步骤4:所采集图像经计算机11图像处理后，获得图像中两激光线的距离Xi;
[0025]步骤5:按照本发明所提出的计算公式:
[0026]hj= h J (1-Xjtan ( θ /2) / (Nptan ( α /2))) - Δ Η,
[0027]Νρ:采集图像宽度方向(垂直于两激光线的方向)像素个数
[0028]步骤6:当需要继续计算下一位置焊枪9的高度时，重复步骤2-步骤5即可。
【主权项】
1.交叉式双线激光视觉传感焊枪高度实时识别系统，其特征是包括交叉式双线激光视觉传感器(1)、焊枪(9)、计算机(11);焊枪(9)固定于交叉式双线激光视觉传感器(I)的左侧，工件(5)位于交叉式双线激光视觉传感器(I)的正下方；交叉式双线激光视觉传感器(I)由左线激光器(2)、右线激光器(4)、摄像机(3)及滤光器(10)组成，左线激光器(2)与右线激光器(4)布置在摄像机(3)的左右两侧，滤光器(10)布置于摄像机(3)前端，左线激光器(2)与右线激光器(4)发射的线激光交叉式投射至工件(5)上，右线激光器(4)投射的在工件(5)上的为线激光(7)，左激光器(2)投射至工件(5)上的为线激光(8)，摄像机(3)经滤光器(10)将投射至工件(5)上的图像采集至计算机(11)中。
2.权利要求1所述的交叉式双线激光视觉传感焊枪高度实时识别系统的识别方法，其特征是步骤如下: 步骤1:对交叉式双线激光视觉传感器(I)的参数进行标定:摄像机(3)视场角α、左线激光器(2)与右线激光器(4)发射面间夹角Θ、摄像机(3)焦点f相对工件(5)初始位置P。的高度Iitl、焊枪(9)底端与摄像机(3)焦点f间距离ΔΗ ; 步骤2:左线激光器(2)与右线激光器(4)以交叉方式将激光线投射至工件(5)上； 步骤3:当焊枪(9)处理检测位置Pi时，由摄像机(3)将左线激光器(2)与右线激光器(4)投射至工件(5)上的图像采集至计算机(11); 步骤4:所采集图像经计算机图像处理后，获得图像中两激光线的距离xi; 步骤5:按照下列计算公式，计算该位置焊枪的高度h1:hi = h 0/(1-Xitan( Θ /2)/(Nptan( α /2)))-ΔΗ 其中，Np为采集图像宽度方向(垂直于两激光线的方向)像素个数； 步骤6:当需要继续计算下一位置焊枪(9)的高度时，重复步骤2-步骤5。
【专利摘要】交叉式双线激光视觉传感焊枪高度实时识别系统及识别方法，系统包括：交叉式双线激光视觉传感器、焊枪、计算机等；传感器固定在焊枪的右侧且与计算机相连，其正下方为工件。传感器由分布于摄像机两侧的左线激光器、右线激光器及前端滤光器组成；识别方法：对摄像机视场角α、两激光器的激光面夹角θ、摄像机焦点f至工件的初始高度h0、及到焊枪底端的距离ΔH等系统参数进行标定；两激光器以交叉方式将激光线投射至工件，焊枪处于检测位置Pi时，由摄像机采集图像送至计算机处理，获得图像中两激光线间的距离xi；焊枪高度hi为：hi＝h0/(1-xitan(θ/2)/(Nptan(α/2)))-ΔH，重复上述步骤，可实时识别焊枪高度。本发明简单，识别速度快，精度高，特别适合焊缝跟踪时对焊枪高度实时识别要求。
【IPC分类】B23K9-127, B23K9-12
【公开号】CN104668738
【申请号】CN201510050920
【发明人】毛志伟
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月2日