一种用于三维焊缝跟踪的光学系统及方法与流程

技术特征：
1.一种用于三维焊缝跟踪的光学系统，其特征在于，所述系统包括圆形弧光导入系统、隔光系统、光路校准系统和视觉采集处理系统；所述圆形弧光导入系统，包括凹透镜、凸透镜、锥形导光筒和金属反射面，用于投射圆形平行束弧光到焊件焊缝上；隔光系统，包括隔光罩、隔光阻燃布帘和磁条，用于隔离弧光；光路校准系统，包括电机、锥齿轮、滑动齿条、圆柱齿轮、转动轴和固定座；用于对工业相机和锥形导光筒的角度进行校准，保证投射到焊缝上的圆形平行束弧光处在工业相机所采集图像的正中位置；视觉采集处理系统，由工业相机和嵌入式图像处理器组成；用于采集图像，并将采集到的圆形平行束弧光畸变图像进行处理。2.如权利要求1所述的用于三维焊缝跟踪的光学系统，其特征在于，所述锥形导光筒内设置有插槽，所述凹透镜与凸透镜均安装在插槽内；所述锥形导光筒与隔光罩的内壁均镀有黑色吸光材料，用于消除内壁的漫反射和镜面反射；所述金属反射面表面涂有异十六烷聚二甲基硅氧烷，焊接飞溅溅到表面自然滑落，不粘附在表面。3.如权利要求1所述的用于三维焊缝跟踪的光学系统，其特征在于，所述隔光阻燃布帘用于阻挡并隔离隔光罩与焊件间隙的弧光；隔光阻燃布帘采用二氧化硅含量为98％的高硅氧布，且隔光阻燃布帘与隔光罩连接，其下垂部分的中间位置设置有磁条，与焊件产生吸附作用，保证隔光阻燃布帘的下垂形态，加强隔光效果；所述工业相机与嵌入式图像处理器集成一体并安装于同一外壳内，工业相机与嵌入式图像处理器两者的内部电路板通过排线连接。4.如权利要求1所述的用于三维焊缝跟踪的光学系统，其特征在于，所述圆形平行束弧光畸变图像进行处理包括：计算灰度直方图，经过k近邻均值滤波平滑后得到灰度直方图的最小值，以该最小值作为阈值分割得到弧光畸变特征点和弧光畸变轮廓。5.如权利要求1所述的用于三维焊缝跟踪的光学系统，其特征在于，在开始焊接启弧后，光路校准系统自动对工业相机和锥形导光筒的角度进行校准，电机带动工业相机顺时针转，通过锥齿轮、转动轴、圆柱齿轮、滑动齿条综合作用，锥形导光筒也顺时针转动；当校准算法确定所投射的弧光位于工业相机所采集图像的正中位置时，校准完成。6.一种用于三维焊缝跟踪的光学方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤a设置三维焊缝跟踪的光学系统于初始位置；步骤b焊接启弧后，使圆形平行束弧光投射到焊件焊缝上，采集焊缝上的圆形平行束弧光畸变图像；对采集装置及导光筒的角度进行校准，使投射到焊件焊缝上的圆形平行束弧光位于采集装置所采集的图像的正中位置；步骤c将采集到的焊缝上的圆形平行束弧光畸变图像通过算法进行处理，得到弧光畸变特征点和弧光畸变轮廓信息；步骤d将得到的弧光畸变特征点和弧光畸变轮廓信息传送到执行机构，进而进行三维焊缝的跟踪；在焊接过程中，弧光畸变特征点的变化，用于执行机构水平方向的纠偏；弧光畸变轮廓的移位，用于执行机构高度方向的纠偏。
7.如权利要求6所述的用于三维焊缝跟踪的光学方法，其特征在于，三维焊缝跟踪系统通过夹具固定于焊枪上，包括圆形弧光导入系统、隔光系统、光路校准系统和视觉采集处理系统；所述圆形弧光导入系统包括凹透镜、凸透镜、锥形导光筒和金属反射面，金属反射面表面涂有异十六烷聚二甲基硅氧烷；所述隔光系统包括隔光罩、隔光阻燃布帘和磁条；光路校准系统包括电机、锥齿轮、滑动齿条、圆柱齿轮、转动轴和固定座；视觉采集处理系统，由工业相机和嵌入式图像处理器组成。8.如权利要求6或7所述的用于三维焊缝跟踪的光学方法，其特征在于，所述三维焊缝跟踪系统初始位置的设置包括：调整夹具，使隔光罩的中心线与焊件焊缝初始的中心线对齐；调整夹具使隔光罩离焊件表面的高度为1厘米；在光路校准系统未进行校准前，使工业相机与垂线的夹角为20度。9.如权利要求6所述的用于三维焊缝跟踪的光学方法，其特征在于，在开始焊接启弧后，光路校准系统自动对工业相机和锥形导光筒的角度进行校准，电机带动工业相机顺时针转，通过锥齿轮、转动轴、圆柱齿轮、滑动齿条综合作用，锥形导光筒也顺时针转动；当校准算法确定所投射的弧光位于工业相机所采集图像的正中位置时，校准完成。10.如权利要求6所述的用于三维焊缝跟踪的光学方法，其特征在于，所述圆形平行束弧光畸变图像进行运算处理包括：计算灰度直方图，经过k近邻均值滤波平滑后得到灰度直方图的最小值，以该最小值作为阈值分割得到弧光畸变特征点和弧光畸变轮廓；所述圆形平行束弧光畸变图像包括：圆形弧光投射到直线焊缝v型坡口上后产生的畸变图像、圆形弧光投射到曲线焊缝v型坡口上后产生的畸变图像以及圆形弧光投射到折线焊缝即v型坡口上后产生的畸变图像。

技术总结
本发明公开了一种用于三维焊缝跟踪的光学系统及方法，所述系统包括圆形弧光导入系统、隔光系统、光路校准系统和视觉采集处理系统；圆形弧光导入系统，包括凹透镜、凸透镜、锥形导光筒和金属反射面，用于投射圆形平行束弧光到焊件焊缝上；隔光系统，包括隔光罩、隔光阻燃布帘和磁条，用于隔离弧光；光路校准系统，包括电机、锥齿轮、滑动齿条、圆柱齿轮、转动轴和固定座，用于对工业相机和锥形导光筒的角度进行校准，保证投射到焊缝上的圆形平行束弧光处在工业相机所采集图像的正中位置；视觉采集处理系统，由工业相机和嵌入式图像处理器组成；用于采集图像，将采集到的圆形平行束弧光畸变图像进行处理。图像进行处理。图像进行处理。


技术研发人员：郭波
受保护的技术使用者：南昌工程学院
技术研发日：2021.09.18
技术公布日：2021/12/3