专利名称：基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接过程视觉传感技术，特别是一种基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统，它适用于弧焊过程焊接熔池表面形状检测。
背景技术：
焊接作为一种重要的先进制造技术具有举足轻重的地位，机器人化、焊接智能化已经成为焊接技术的发展趋势。焊接机器人智能化技术是指在焊接机器人上装配各种传感器，使焊接机器人对外界环境具有了一定的感知能力，从而使焊接机器人可以自主地适应环境，根据环境的变化，对自身下一步操作自主调整。焊缝成形控制是机器人焊接智能化技术的一个重要分支，其目的是保证工件可靠熔透、获得均勻一致的焊缝成形，其主要过程是通过检测焊接过程的状况，实时调整焊接参数，保证焊接质量稳定。熔池的形状和大小直接决定着焊缝的成形和内在质量。焊接过程中熔池背面的形状无法直接观测，但是可以通过观测熔池正面的形状参数来预测背面的形状参数。熟练的焊接工人通过观测正面熔池特征参数、工件的接头形式、电弧的形状和熔滴过渡形式等来预测背面的形状和尺寸参数，通过调节焊接参数实现熔透的控制，保证焊接质量的稳定。因此熔池正面形状信息的提取对于焊接过程控制具有非常重要的作用。目前熔池形状参数的提取主要集中在熔池的二维信息，但是熔池的表面形状更能反映焊缝熔透与背面成形情况，与焊缝余高有一定的对应关系，对于熔池形状的控制具有非常重要的作用。但是由于焊接过程中存在着声、光、电、磁、高温、飞溅和烟尘的干扰，同时焊接熔池具有体积小、重量轻、温度高且分布不均勻、高温存在时间短、冷却速度快、熔池受到各种力的作用处于动态运动过程中、填充金属的熔化和凝固过程同时存在等特点，因此熔池表面形状测量非常困难。由于焊接过程的电磁干扰和熔池的高温特点，熔池表面不能采用机械和电磁的方法来测量熔池表面高度。随着机器视觉和图像处理技术的发展，光学传感技术在焊接熔透信息的传感中获得了极大的进步，可以用来测量熔池表面的高度。

发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题在于提出了一种基于双目视觉传感的焊接熔池表面形状获取方法和传感系统，用于在线检测焊接熔池表面形状。本发明是基于以下技术方案得以实现的，一种基于双目视觉传感的焊接熔池表面形状获取方法和传感系统，包括CCD摄像机模块、复合光路模块和实时计算模块，其创新点在于该系统由两个光路系统组成，分别采集熔池左右两侧的图像，通过复合光路模块汇聚在CCD摄像机模块的同一个靶面，形成同时同幅系统，CCD摄像机模块将采集的图像经过图像采集卡传送到实时计算模块进行图像处理、熔池表面高度恢复计算。优选地，本发明上述基于双目视觉传感的焊接熔池表面形状获取方法和传感系统中，所述C⑶摄像机模块由可调焦光学镜头、CXD摄像机组成。光学镜头焦距为5-50mm可调，CCD摄像机为WAT-902H。摄像机与镜头、中性减光片、宽带滤光片同轴安装。
优选地，本发明上述基于双目视觉传感的焊接熔池表面形状获取方法和传感系统中，所述复合光路由隔离光学镜片、中性滤光片、宽带滤光片和镀膜光学镜片组成，所述宽带滤光片波长范围为580nm-720nm，峰值透过率为25%，所述中性减光片透过率为10%。优选地，本发明上述基于双目视觉传感的焊接熔池表面形状获取方法和传感系统中，所述实时计算模块由计算机和图像采集卡组成，图像采集卡采用CG400图像采集卡，计算机为工业控制计算机。优选地，本发明上述基于双目视觉传感的焊接熔池表面形状获取方法和传感系统还包括辅助模块，所述辅助模块由传感器外壳、光学隔离镜片安装支架、中性滤光片安装支架、宽带滤光片支架和镀膜光学镜片安装支架、CCD摄像机安装支架和连接支架。传感器外壳、光学隔离镜片安装支架、中性滤光片安装支架、宽带滤光片支架和镀膜光学镜片安装支架、CCD摄像机安装支架通过连接支架与焊枪相连。宽带滤光片支架和中性滤光片安装支架做成可拆卸状态，便于安装，调试。本发明提出了基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统，可以提取熔池表面形状，为焊接建模和智能控制提供信息。


图1是本发明基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统的结构示意图。图2是本发明基于双目视觉的表面熔池形状获取软件流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。如图1所示，本发明较佳实施例提供的基于双目视觉传感的焊接熔池表面形状获取方法和传感系统，包括CCD摄像机模块、复合光路模块、实时计算模块、辅助模块，其特征在于该传感器由两个光路系统组成，分别采集熔池左右两侧的图像，通过光路汇聚在摄像机的同一个靶面，形成同时同幅系统，CCD摄像机将采集的图像经过图像采集卡传送到计算机进行图像处理、熔池表面高度恢复计算。所述的CXD摄像机模块由可调焦光学镜头10、CXD摄像机8组成。可调焦光学镜头10焦距为5-50mm，CXD摄像机8为WAT-902H。CXD摄像机8与可调校光学镜头10、中性减光片12、宽带滤光片11同轴安装。所述复合光路模块由中性减光片12、宽带滤光片11和两个光路组成，左光路由隔离光学镜片5、镀膜光学反光镜1，镀膜光学反光镜2组成，右光路由隔离光学镜片6、镀膜光学反光镜3、镀膜光学反光镜4组成，两个光路将焊接熔池左右两侧的图像同时传送给CCD 摄像机8的同一个靶面，形成同时同幅图像。所述宽带滤光片波长范围为580nm-720nm，峰值透过率为25%，所述中性减光片透过率为10%。所述实时计算模块由工业控制计算机15和图像采集卡14组成，图像采集卡14为CG400图像采集卡，图像采集卡14将CXD摄像机获取的同时同幅图像传送给工业控制计算机15，进行图像处理和焊接熔池表面高度计算。所述辅助模块由传感器外壳7、光学隔离镜片安装支架、中性滤光片安装支架、宽带滤光片支架和镀膜光学镜片安装支架、CCD摄像机安装支架和连接支架13。传感器外壳 7、光学隔离镜片安装支架、中性滤光片安装支架、宽带滤光片支架和镀膜光学镜片安装支架、CCD摄像机安装支架通过连接支架13与焊枪9相连。宽带滤光片支架和中性滤光片安装支架做成可拆卸状态，便于安装，调试。所述传感器外壳7采用2B12铝合金，用于屏蔽焊接过程中的电磁场，同时减轻重量，外壳表面经过着亮黑色处理，减少光路系统的多次反射，减少光路的干扰。所述反光镜1安装中心位置为00，120，90)，反光镜1表面法线为(126°，90°， 108° )。所述反光镜2安装位置为^)，120，90)，反光镜2表面法线为(-126°，90°， 108° )。所述反光镜3安装位置为(40，10，90)，反光镜3表面法线位置为(90°，45°， 45° )。所述反光镜4安装位置为00，-10，90)，反光镜4表面法线位置为(90°，135°， 45° )。以下结合附图1-2具体描述一种基于双目视觉的表面高度计算方法，包括如下步骤1)对熔池图像进行基于小波分析的图像增强处理；

f{x, 7) = X CjJjn (χ, >0 + Σ Σ SkJk,n￥k,n y)
其中，f(x, y)、φ (X，y)、ψ (X，y)分别是熔池图像、尺度函数和小波函数，j为图像分解层次，gk,n为增益系数，Cj, n为小波系数2)对熔池图像进行边缘检测；选择高斯函数为尺度函数，其一、二阶导数为小波函数，构成多尺度小波变换。
权利要求
1.一种基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统，包括CCD摄像机模块、复合光路模块和实时计算模块，其特征在于该系统由两个光路系统组成，分别采集熔池左右两侧的图像，通过复合光路模块汇聚在CCD摄像机模块的同一个靶面，形成同时同幅系统， CXD摄像机模块将采集的图像经过图像采集卡传送到实时计算机模块进行图像处理、熔池表面高度恢复计算。
2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统，其特征在于还包括辅助模块模块，所述辅助模块包括传感器外壳、光学隔离镜片安装支架、中性滤光片安装支架、宽带滤光片支架和镀膜光学镜片安装支架、CCD摄像机安装支架和连接支架；传感器外壳、光学隔离镜片安装支架、中性滤光片安装支架、宽带滤光片支架和镀膜光学镜片安装支架、CCD摄像机安装支架通过连接支架与焊枪相连；宽带滤光片支架和中性滤光片安装支架做成可拆卸。
3.根据权利要求1所述的基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统，其特征在于所述CXD摄像机模块由可调焦光学镜头、CXD摄像机组成；光学镜头焦距为550mm可调，CCD摄像机为WAT-902H ；CCD摄像机与可调焦光学镜头、中性减光片、宽带滤光片同轴安装。
4.根据权利要求1所述的基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统，其特征在于所述复合光路模块由中性减光片、宽带滤光片和两个光路组成，左光路由隔离光学镜片、镀膜光学反光镜1和镀膜光学反光镜2组成，右光路由隔离光学镜片、镀膜光学反光镜3 和镀膜光学反光镜4组成，两个光路将焊接熔池左右两侧的图像同时传送给CCD摄像机的同一个靶面，形成同时同幅图像。
5.根据权利要求4所述的基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统，其特征在于宽带滤光片波长范围为580nm-720nm，峰值透过率为25%，中性减光片透过率为 10%。
6.根据权利要求4或5所述的基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统，其特征在于镀膜光学反光镜1安装中心位置为G0，120，90)，镀膜光学反光镜1表面法线为 (126°，90°，108° )；镀膜光学反光镜2安装位置为00，-120，90)，镀膜光学反光镜2表面法线为(-126°，90°，108° )；镀膜光学反光镜3安装位置为(40，10，90)，镀膜光学反光镜3表面法线位置为(90°，45°，45° )；镀膜光学反光镜4安装位置为00，-10，90)， 镀膜光学反光镜4表面法线位置为(90°，135°，45° )。
7.一种基于双目视觉的表面高度计算方法，其特征在于包括如下步骤1)对熔池图像进行基于小波分析的图像增强处理；幻对图像进行边缘检测；幻对两幅图像上同一点进行计算。
全文摘要
本发明公开了一种基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统，包括CCD摄像机模块、复合光路模块和实时计算模块，其创新点在于该系统由两个光路系统组成，分别采集熔池左右两侧的图像，通过复合光路模块汇聚在CCD摄像机模块的同一个靶面，形成同时同幅系统，CCD摄像机模块将采集的图像经过图像采集卡传送到实时计算机模块进行图像处理、熔池表面高度恢复计算。本发明适用于弧焊过程焊接熔池表面形状检测。
文档编号G01B11/24GK102478390SQ20101056620
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者侯正全, 卫善春, 李乐州, 李来平, 杨学勤, 林涛, 陈善本, 马宏波 申请人:上海航天精密机械研究所