復雜曲面薄壁板材細微拼縫激光測量焊接跟蹤方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種激光測量焊接跟蹤方法，尤其涉及一種復雜曲面薄壁板材細微拼縫激光焊接跟蹤方法。涉及專利分類號B23機床；其他類目中不包括的金屬加工B23K釬焊或脫焊；焊接；用釬焊或焊接方法包覆或鍍敷；局部加熱切割，如火焰切割；用激光束加工B23K9/00電弧焊接或電弧切割B23K9/095監測或自動控制焊接參數。
【背景技術】
[0002]目前針對復雜曲面薄壁板材細微拼縫焊接及跟蹤的視覺傳感器的研宄或商品化產品都存在各種不足，主要原因是測量及跟蹤精度不足。如果兩拼板因上道工序的加工精度不足。導致搭拼有錯縫，則焊縫的法矢量面難以測量，如果拼縫小于0.05mm,并經過拼縫打磨后，則通常的激光三角測量方法或雙目立體視覺測量原理的視覺傳感器都不能準確、穩定獲取拼縫的完整信息。當板的厚度很薄時，如果焊接速度過低，焊槍在一點處停留時間過長，會使薄板溫度升高，從而產生變形。
[0003]經過對現有的技術文獻的查閱，王克鴻等人在《焊接學報》(2006年第八期，Vol.27,No8)上發表了“基于激光雙目視覺的接縫三維重建”。文中以坡類型的拼縫進行了拼縫信息的測量實驗，但沒有解決線型拼縫，尤其是拼縫間隙小于0.05mm,以及拼縫打磨后測量問題。
【發明內容】
[0004]本發明針對以上問題的提出，而研制的復雜曲面薄壁板材細微拼縫激光測量焊接跟蹤方法，具有如下步驟:
[0005]首先，考慮到首次采集圖像時，需要滿足抗干擾性能及采集速度，故采用長波段激光照射待測量拼縫區域，同時采用攝像頭I采集拼縫區域的圖像I ;相對于現有直接獲取圖像或者采用一般波段激光照射后獲取圖像，可以有效的減少環境條件比如背景光的干擾，測量結果更加準確，掃描速度更快。
[0006]然后，考慮到由于金屬表面的凸凹不平及有雜質等原因，會使反射光發散，CCD采集到的圖像效果不好。使用液態反光劑涂抹所述的拼縫區域。本發明所采用的反光液具有一定的粘度，可有效的附著在焊縫區域，同時要求反光性能優異，便于光學設備識別，而且在圖像采集后，要求能夠迅速揮發，以保證對后續的焊接作業不造成影響。另外，對于焊縫而言，拼縫的中心是主要關心的，而反光液本身就具備一定的流動性，它會以中心線縫為中心流動，這樣更容易準確確定中心線縫。
[0007]考慮到，短波激光更便于清晰的測量表面焊縫表面細微特征，使用短波段激光照射涂有反光劑的拼縫區域，同時采用攝像頭II采集拼縫區域的圖像II。由于圖像II需要獲取拼縫圖像的精確圖像信息，故采用精度高的短波段激光進行照射。
[0008]然后，多維融合所述的圖像I和圖像II，得出至少包含真實寬度、中心線矢量、拼縫曲面法矢量的圖像信息，構建所述拼縫的三維形貌廓形。所述的多維融合根據二維信息的特征值來判斷三維信息的特征。比如，對于同一條焊縫，在CCD的測量范圍內，當CCD距被測物體不同高度時，反應在鏡頭內的寬度是不一樣的，而該寬度值和測量距離存在一定的數學關系，可以通過實驗的方法，針對不同的CCD，標定出相應的數學關系式，這樣就把二維測量的信息和三維信息有機的結合起來了。
[0009]最后，控制焊槍姿態、方位和焊接速度、沿焊縫的三維形貌廓形運動，完成焊接測量跟蹤。
[0010]更進一步的，采集到圖像II后，還具有對圖像II的線結構光亞像素提取步驟:
[0011]一通過對比圖像中的像素的灰度值，獲得代表焊縫的光帶的粗略中心；
[0012]一根據光帶的寬度，對光帶寬度范圍內的像素灰度值進行平滑濾波和冪次變換，修正灰度的不均勾高斯分布和高頻噪聲對光帶中心位置確定的影響；
[0013]一根據修正后的光帶灰度，通過自適應閾值法確定光帶邊界處的閾值，得到光帶的邊界位置；
[0014]一對光帶邊界以內的像素進行灰度值的微分計算，得到該行上光帶中心位置的亞像素值；
[0015]一重復上一步驟，得出每行像素上的光帶中心亞像素，得到圖像的光帶中心。
[0016]更進一步的，所述步驟“通過對比圖像中的像素的灰度值，獲得代表焊縫的光帶的粗略中心”具體包括如下步驟:
[0017]一針對像素大小為M行XN列的圖像II，設定行索引i = 0、1、2......N-1 ;列索引
j = 0、1、2……M-1，第i行j列的像素灰度值為G(i，j)，設定，
[0018]Hijj= I G(i，j) — G(i+1，j) I
[0019]—逐行計算圖像II中各列的Hi,」值，比對相鄰Hi,」值；
[0020]—當(Hi,廠H i _ 1; j)/E ^ I (I)
[0021](Hi+1；J-Hi；J)/E^E (2)
[0022](I)和⑵均成立的時候，(i，j)處為所在行的粗略中心，即光帶的粗略中心。
[0023]更進一步的，在使用攝像頭I和攝像頭II之前將所述的攝像頭I和攝像頭II統一到世界坐標系下。在攝像頭I中標定涂抹反光劑的刷頭；在攝像頭II中標定焊槍槍頭。
[0024]所述的長波段激光的波長多700nm，所述短波段激光的波長< 500nm。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚的說明本發明的實施例或現有技術的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本發明的流程圖
【具體實施方式】
[0027]為使本發明的實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚完整的描述:
[0028]如圖1所示:一種復雜曲面薄壁板材細微拼縫激光測量焊接跟蹤方法，主要過程如下:
[0029]首先，采用波長為700nm的長波段激光照射待測量拼縫區域，同時采用CCD攝像頭I采集拼縫區域的圖像I。
[0030]然后，使用液態反光劑涂抹所述的拼縫區域。
[0031]再后，使用500nm的短波段激光照射涂有反光劑的拼縫區域，同時采用CCD攝像頭II采集拼縫區域的圖像II。
[0032]針對像素大小為M行XN列的圖像II，設定行索引i = 0、1、2......N-1 ;列索引j
=0、1、2……M-1，第i行j列的像素灰度值為G(i，j)，設定，
[0033]Hi, j = I G(i，j) — G(i+1，j) I
[0034]逐行計算圖像II中各列的Hi，j值，比對相鄰Hi，j值；
[0035]當(Hi,j - H1-1, j)/E 彡 I (I)
[0036](Hi+1, j - Hi, j) /E 彡 E (2)
[0037]式(I)和⑵均成立的時候，(i，j)處為所在行的粗略中心，即光帶的粗略中心。其中E和I是根據實驗得到的經驗數值，E為0.1-0.3 ;1為0.25-0.55。
[0038]通過對比圖像II中的像素的灰度值，獲得圖像中代表焊縫的光帶的粗略中心。然后根據光帶的寬度，對光帶寬度范圍內的像素灰度值進行平滑濾波和冪次變換，修正灰度的不均勻高斯分布和高頻噪聲對光帶中心位置確定的影響；
[0039]根據修正后的光帶灰度，通過自適應閾值法確定光帶邊界處的閾值，得到光帶的邊界位置；
[0040]對光帶邊界以內的像素進行灰度值的微分計算，得到該行上光帶中心位置的亞像素值；
[0041 ] 重復上一步驟，得出每行像素上的光帶中心亞像素，得到圖像的光帶中心。
[0042]然后，多維融合所述的圖像I和圖像II，得出至少包含真實寬度、中心線矢量、拼縫曲面法矢量的圖像信息，構建所述拼縫的三維形貌廓形。所述的多維融合根據二維信息的特征值來判斷三維信息的特征。比如，對于同一條焊縫，在CCD的測量范圍內，當CCD距被測物體不同高度時，反應在鏡頭內的寬度是不一樣的，而該寬度值和測量距