基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于焊接檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法；克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)判焊接程序是否可達(dá)到理想焊接效果的問(wèn)題；包括以下步驟：1、搭建基于立體視覺(jué)的焊接路徑檢測(cè)系統(tǒng)；2、進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定；3、利用攝像機(jī)獲取焊點(diǎn)圖像；4、預(yù)處理焊點(diǎn)圖像；5、獲取焊點(diǎn)空間坐標(biāo)；6、將焊點(diǎn)空間坐標(biāo)擬合成圖像并分析圖像；本發(fā)明準(zhǔn)確獲得焊接軌跡、焊接方向、各方向焊接進(jìn)量和焊接速度參數(shù)，獲取以上參數(shù)不受焊接人員經(jīng)驗(yàn)水平主觀因素限制，提高了準(zhǔn)確率；在結(jié)構(gòu)上采用雙目立體視覺(jué)技術(shù)，提高了焊接執(zhí)行參數(shù)的檢測(cè)效率；本發(fā)明所獲取的實(shí)驗(yàn)曲線直觀準(zhǔn)確，便于分析得出是否可達(dá)到理想焊接效果的結(jié)論。
【專利說(shuō)明】
基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于焊接檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種針對(duì)點(diǎn)焊機(jī)器人焊接執(zhí)行參數(shù)的在線檢 測(cè)方法，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的汽車點(diǎn)焊機(jī)器人，焊槍的焊接路徑在程序的控制下運(yùn)動(dòng)，路徑是固定不變 的，即使焊接件存在一定缺陷時(shí)，焊槍的焊接位置也不能夠及時(shí)有效的進(jìn)行校正，從而在最 終焊接完成之后，使實(shí)際的焊接位置偏離了理想焊接位置，從而造成各種點(diǎn)焊質(zhì)量問(wèn)題，達(dá) 不到理想的焊接效果。資料顯示有是焊接誤差可達(dá)到5mm-10mm，從而導(dǎo)致最終的焊點(diǎn)出現(xiàn) 各種各樣的缺陷，使焊接的強(qiáng)度和剛度達(dá)不到要求，影響白車身的剛度和強(qiáng)度，對(duì)汽車的正 常行駛影響可能不大，但是卻在汽車發(fā)生緊急情況時(shí)留下安全隱患;還將影響轎車白車身 的造型美觀以及誤差、裝配精度等，進(jìn)而影響汽車整車的質(zhì)量安全和使用性能。
[0003] 目前，對(duì)車身零部件大多采用人工目測(cè)的方法進(jìn)行焊接缺陷檢測(cè)，但是由于焊接 缺陷多種類別以及檢測(cè)技術(shù)員的技術(shù)水平差異都決定了焊接缺陷檢測(cè)不僅受客觀因素的 影響，同時(shí)也會(huì)受主觀因素的影響;為了達(dá)到理想的焊接效果，需要在焊接時(shí)同步檢測(cè)焊接 執(zhí)行參數(shù)，包括焊接方向、焊接各方向進(jìn)量以及焊接速度，預(yù)估是否可以達(dá)到預(yù)定效果，從 而選擇繼續(xù)焊接還是停止焊接，便可以實(shí)施對(duì)焊接執(zhí)行過(guò)程的監(jiān)控，保證焊接質(zhì)量。
[0004] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)在工業(yè)生 產(chǎn)中的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，而且其檢測(cè)精度也有了大幅度的提高。所謂視覺(jué)檢測(cè)即把圖像 當(dāng)作檢測(cè)和傳遞信息的手段或載體加以利用的檢測(cè)方法。由于視覺(jué)檢測(cè)主要采用智能化、 數(shù)字化的處理技術(shù)，在檢測(cè)過(guò)程中需要人為控制的部分很少，能夠滿足在線檢測(cè)的要求，具 有非接觸、測(cè)量速度快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，為在線檢測(cè)提供了新的途徑。
[0005] 針對(duì)點(diǎn)焊接執(zhí)行參數(shù)的檢測(cè)，沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行非接觸檢 測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)判焊接程序是 否可達(dá)到理想焊接效果的問(wèn)題，提供了一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1:搭建基于立體視覺(jué)的焊接路徑檢測(cè)系統(tǒng)；
[00?0]步驟2:進(jìn)彳丁攝像機(jī)標(biāo)定；
[0011] 步驟3:利用攝像機(jī)獲取焊點(diǎn)圖像；
[0012] 步驟4:預(yù)處理焊點(diǎn)圖像；
[0013] 步驟5:獲取焊點(diǎn)空間坐標(biāo)；
[0014] 步驟6:將焊點(diǎn)空間坐標(biāo)擬合成圖像并分析圖像。
[0015] 技術(shù)方案步驟1中所述的搭建基于立體視覺(jué)的焊接路徑檢測(cè)系統(tǒng)是指：
[0016] 設(shè)置位于焊接件正上方的兩部攝像機(jī)，攝像機(jī)內(nèi)部存在固定坐標(biāo)系，攝像機(jī)位置 需滿足如下條件:攝像機(jī)相對(duì)世界坐標(biāo)系y軸旋轉(zhuǎn)角Φ;兩臺(tái)攝像機(jī)內(nèi)部坐標(biāo)系y軸保持與 世界坐標(biāo)系y軸平行對(duì)齊。
[0017] 技術(shù)方案步驟2中所述的進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定包括以下步驟：
[0018] 1)采用CAD軟件繪制標(biāo)定模版：
[0019] 標(biāo)定模板是一個(gè)9 X 9的棋盤(pán)格，其規(guī)格尺寸是270_ X 270_;
[0020] 2)獲取特征角點(diǎn)圖像坐標(biāo)：
[0021] 將兩部攝像機(jī)固定保持不動(dòng)，不斷變換標(biāo)定模版與成像平面之間的角度與方位， 兩部攝像機(jī)對(duì)標(biāo)定模版采集16幅圖像；
[0022] 將拍攝得到的16幅圖像中左下角的攝像機(jī)棋盤(pán)格標(biāo)靶圖像進(jìn)行特征角點(diǎn)提取，每 個(gè)攝像機(jī)棋盤(pán)格標(biāo)靶圖像能夠提取100個(gè)角點(diǎn)，16幅圖像總共得到1600個(gè)特征角點(diǎn)圖像坐 標(biāo)；
[0023] 3)利用matalab標(biāo)定工具箱完成攝像機(jī)標(biāo)定：
[0024] 在得到標(biāo)定平面上棋盤(pán)格標(biāo)靶圖像特征角點(diǎn)坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)點(diǎn)的空間坐標(biāo)以后，利 用matalab工具箱完成標(biāo)定，計(jì)算得到兩部攝像機(jī)的內(nèi)外部參數(shù)。
[0025] 所述攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)有八個(gè)，分別為攝像機(jī)光軸與圖像的交點(diǎn)（cx，cy)，攝像機(jī) 鏡頭在X軸y軸方向的焦距(fX，f y)，攝像機(jī)鏡頭的徑向畸變(Iu，k2)，攝像機(jī)鏡頭的切向畸變 (p!，p2)，兩臺(tái)攝像機(jī)共16個(gè)內(nèi)部參數(shù)；
[0026] 所述攝像機(jī)的外部參數(shù)有三個(gè)，分別為攝像機(jī)繞世界坐標(biāo)系y軸的旋轉(zhuǎn)角Φ，攝像 機(jī)在世界坐標(biāo)系中x、z方向的位移為T(mén)X，T Z。
[0027] 技術(shù)方案步驟3中所述利用攝像機(jī)獲取焊點(diǎn)圖像是指：
[0028] 利用兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)獲取焊點(diǎn)圖像，利用左攝像機(jī)獲取的圖像稱之為左圖像，利 用右攝像機(jī)獲取的圖像稱之為右圖像。
[0029]技術(shù)方案步驟4中所述的預(yù)處理焊點(diǎn)圖像包括以下步驟：
[0030] 1)調(diào)整所獲每副圖像的灰度閾值，去除圖像中除亮點(diǎn)以外的圖像背景；
[0031] 2)移除金屬镕滴，通過(guò)計(jì)算區(qū)域內(nèi)的亮點(diǎn)，只保留與焊接有關(guān)的最大亮點(diǎn)，移除其 他全部亮點(diǎn)。
[0032] 技術(shù)方案步驟5中所述的獲取焊點(diǎn)空間坐標(biāo)包括以下步驟：
[0033] 1)獲取左右圖像中焊點(diǎn)二維坐標(biāo)(x，y):
[0034]利用重心算法計(jì)算出經(jīng)預(yù)處理后圖像中焊點(diǎn)的坐標(biāo)，左圖像中的焊點(diǎn)坐標(biāo)表示為 (1，7)1^，右圖像中焊點(diǎn)坐標(biāo)表示為(1，7)[?;
[0035] 2)對(duì)于步驟1)中的焊點(diǎn)二維坐標(biāo)進(jìn)行校正，得到校正坐標(biāo)(Xn，yn):
[0036] 利用鏡頭光軸與坐標(biāo)軸的關(guān)系，將獲取的圖像的二維坐標(biāo)(x，y)帶入等式（1)進(jìn)行 計(jì)算，獲得(Xn，yn)為校正過(guò)的坐標(biāo)
[0037]
(1)
[0038]其中（Cx，cy)為攝像機(jī)光軸與圖像相交的點(diǎn)，（fx，f y)是鏡頭分別在X軸y軸的焦距；
[0039] 3)對(duì)步驟2)中經(jīng)過(guò)校正的二維坐標(biāo)(χη，yn)進(jìn)行畸變修正，得到畸變修正(x。、yc):
[0040] 將上一步所獲得(Xn，yn)代入以下迭代程序(2)，進(jìn)行畸變修正： 則
⑵
[0042] 其中，程序(2)中的(Xc；、y。)是進(jìn)行畸變修正過(guò)的焊點(diǎn)坐標(biāo);kr是與lu、k 2有關(guān)的徑向 畸變；A Xt和Δ yt是與P1、P2相關(guān)的分別在X軸、y軸的切向畸變量;工差t〇l = 10_6;
[0043] 經(jīng)迭代程序運(yùn)算，所獲得的經(jīng)過(guò)畸變修正的焊點(diǎn)二維坐標(biāo)為(xc、yc);
[0044] 4)計(jì)算焊點(diǎn)空間坐標(biāo)P:
[0045] 焊點(diǎn)的空間坐標(biāo)是通過(guò)左右圖像焊點(diǎn)的二維坐標(biāo)(^ + ^^^丄并結(jié)合攝像機(jī) 的相對(duì)位置計(jì)算得到；
[0046] 空間坐標(biāo)計(jì)算方法采用P = Zr · (Xhyc^l)R方法計(jì)算；
[0047]求得焊點(diǎn)空間坐標(biāo)P只需求得右攝像機(jī)坐標(biāo)系Z軸系數(shù)Zr;
[0048] 將^力九、（叉。力)[?帶入等式(3)中，求得2[?，求得焊點(diǎn)空間坐標(biāo)？；
[0049]
(3).
[0050] 其中，Φ為攝像機(jī)繞y軸的旋轉(zhuǎn)角，T=(TX，TZ)'表示攝像機(jī)在x-z平面的位移。
[0051] 技術(shù)方案步驟6中所述將焊點(diǎn)空間坐標(biāo)擬合成圖像并分析圖像是指：
[0052] 1)在獲取焊點(diǎn)三維坐標(biāo)后，由χ，ζ坐標(biāo)生成X-Z圖，X-Z圖與攝像機(jī)有相同視角，通 過(guò)X-Z圖能夠清楚地了解焊接是如何執(zhí)行的，能夠知道焊接電極的移動(dòng)路徑；
[0053] 2)在獲取焊點(diǎn)三維坐標(biāo)后，由y，z坐標(biāo)生成的Y-Z圖，通過(guò)Y-Z圖顯示了電極的垂直 移動(dòng)，能夠知道電極頭在垂直方向進(jìn)量；
[0054] 3)在獲取焊點(diǎn)三維坐標(biāo)后，由δα)與z(i)生成的δ(ζ)圖，δ(ζ)圖顯示一段垂直線 段波動(dòng)，通過(guò)這段垂直線段的形狀和斜率，能夠判斷出焊接是否勻速和焊接方向：
[0055] 如果垂直線段的形狀是線性的，表明焊接是勻速進(jìn)行的，反之則是變速的；
[0056]斜率表明焊接方向；
[0057] Z(i)表示第i個(gè)焊點(diǎn)的Z坐標(biāo)，δ(?)表示當(dāng)前焊接長(zhǎng)度所占焊接總長(zhǎng)度的百分比；
[0058] δα)的計(jì)算如公式(4)所示：
[0059]
⑷
[0060] 其中η表示所有的焊點(diǎn)數(shù)量，參數(shù)i和j分別從0遍歷到η、從0遍歷到指定位置。
[0061] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：
[0062] 1、本發(fā)明所述的基于立體視覺(jué)焊接執(zhí)行參數(shù)檢測(cè)方法可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，可在焊接 執(zhí)行的同時(shí)準(zhǔn)確獲得焊接軌跡、焊接方向、各方向焊接進(jìn)量和焊接速度，這些參數(shù)的獲取不 受焊接人員經(jīng)驗(yàn)水平等主觀因素限制，提高了準(zhǔn)確率。
[0063] 2、本發(fā)明所述的基于立體視覺(jué)焊接執(zhí)行參數(shù)檢測(cè)方法在結(jié)構(gòu)上采用雙目立體視 覺(jué)技術(shù)，提高了焊接執(zhí)行參數(shù)的檢測(cè)效率。
[0064] 3、本發(fā)明所述的基于立體視覺(jué)焊接執(zhí)行參數(shù)檢測(cè)方法所獲取的實(shí)驗(yàn)曲線直觀準(zhǔn) 確，便于分析得出是否可達(dá)到理想焊接效果的結(jié)論。
【附圖說(shuō)明】
[0065] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明：
[0066] 圖1是本發(fā)明所述的基于立體視覺(jué)焊接執(zhí)行參數(shù)檢測(cè)方法的總體流程圖；
[0067] 圖2是本發(fā)明所述的基于立體視覺(jué)焊接執(zhí)行參數(shù)檢測(cè)方法獲取焊點(diǎn)圖像裝置的示 意圖；
[0068] 圖3-a為本發(fā)明所做試驗(yàn)所獲得的焊接圖像的X(Z)圖；
[0069] 圖3-b為本發(fā)明所做試驗(yàn)所獲得的焊接圖像的Y(Z)圖；
[0070] 圖3-C為本發(fā)明所做試驗(yàn)所獲得的焊接圖像的δ(ζ)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0071] 下面結(jié)合實(shí)例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案說(shuō)明如下：
[0072] 現(xiàn)有一塊開(kāi)槽的鋼板，但槽型附近有兩個(gè)孔，且兩個(gè)孔的直徑大于槽的寬度，在利 用焊接機(jī)器人自動(dòng)焊接時(shí)，由于這個(gè)缺陷的存在，且在焊接過(guò)程中沒(méi)有及時(shí)調(diào)整焊接執(zhí)行 參數(shù)，極其容易出現(xiàn)如裂紋，熔渣，小氣泡等焊接缺陷?，F(xiàn)在以此鋼板為例進(jìn)行試驗(yàn)。
[0073] 參閱圖1，一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程主要分 成4個(gè)階段：1.搭建基于立體視覺(jué)的焊接路徑檢測(cè)系統(tǒng)；2 .進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定;3 .利用攝像機(jī) 獲取焊點(diǎn)圖像;4.預(yù)處理焊點(diǎn)圖像;5.獲取焊點(diǎn)空間坐標(biāo);6.將焊點(diǎn)空間坐標(biāo)擬合成圖像并 分析圖像。
[0074] 具體內(nèi)容如下：
[0075] 1、搭建基于立體視覺(jué)的焊接路徑檢測(cè)系統(tǒng)
[0076] 參閱圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化 示意圖，6為焊接件的焊縫示意圖，焊接電極5正在實(shí)施焊接工序，利用對(duì)稱設(shè)置的一號(hào)攝像 機(jī)1和二號(hào)攝像機(jī)2分別采集焊點(diǎn)3的左右兩幅圖像。
[0077]檢測(cè)時(shí)，一號(hào)攝像機(jī)1和二號(hào)攝像機(jī)2均位于焊接件正上方1.5米處，兩者間的水平 距離為0.5m。一號(hào)攝像機(jī)1和二號(hào)攝像機(jī)2采用的是北京大恒圖像設(shè)備公司生產(chǎn)的型號(hào)為 DH-HV1302UM-T，分辨率為 1248*1024和焦距為 12.5-75mm 的 CCTV&VIDEO 攝像機(jī)鏡頭。
[0078]世界坐標(biāo)系如圖2中所示，攝像機(jī)內(nèi)部存在固定坐標(biāo)系，攝像機(jī)位置需滿足如下條 件:攝像機(jī)相對(duì)世界坐標(biāo)系y軸旋轉(zhuǎn)角Φ ;兩臺(tái)攝像機(jī)內(nèi)部坐標(biāo)系y軸保持與世界坐標(biāo)系y軸 平行對(duì)齊。為了避免電火花和過(guò)多的熱量損傷鏡頭，要求將中性密度片安裝在鏡頭前。 [0079] 2、進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定；
[0080] 必須首先對(duì)一號(hào)攝像機(jī)1和二號(hào)攝像機(jī)2進(jìn)行標(biāo)定，獲取攝像機(jī)的相關(guān)內(nèi)外參數(shù)， 才能建立起實(shí)際待測(cè)物空間位置和圖像坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)的非線性關(guān)系，利用這種非線性關(guān) 系，才能計(jì)算檢測(cè)圖像特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)。
[0081] 對(duì)于每部攝像機(jī)有八個(gè)內(nèi)部參數(shù)要確定，攝像機(jī)光軸與圖像的交點(diǎn)（Cx，Cy)，攝像 機(jī)鏡頭在X軸y軸方向的焦距(f X，f y )，攝像機(jī)鏡頭的徑向畸變(Iu，k2 )，攝像機(jī)鏡頭的切向畸 變(Pl，p2)，兩臺(tái)攝像機(jī)共16個(gè)內(nèi)部參數(shù)。
[0082] 對(duì)于每部攝像機(jī)有三個(gè)外部參數(shù)要確定，攝像機(jī)繞世界坐標(biāo)系y軸的旋轉(zhuǎn)角Φ，攝 像機(jī)在世界坐標(biāo)系中x、z方向的位移為T(mén)X，T Z。
[0083] 標(biāo)定步驟如下所示；
[0084] 1)采用CAD軟件繪制標(biāo)定模版：
[0085] 標(biāo)定模板是一個(gè)9 X 9的棋盤(pán)格，其規(guī)格尺寸是270mm X 270mm。
[0086] 2)獲取特征角點(diǎn)圖像坐標(biāo)：
[0087] 將兩攝像機(jī)1、2固定在適當(dāng)位置并保持不動(dòng)，之后不斷變換標(biāo)定模版與成像平面 之間的角度與方位，兩攝像機(jī)對(duì)標(biāo)定模版采集16幅圖像。
[0088] 將拍攝得到的16幅圖像中左下角的攝像機(jī)棋盤(pán)格標(biāo)靶圖像進(jìn)行特征角點(diǎn)提取，每 個(gè)攝像機(jī)棋盤(pán)格標(biāo)靶圖像可以提取100個(gè)角點(diǎn)，16幅圖像總共得到1600個(gè)特征角點(diǎn)圖像坐 標(biāo)。
[0089] 3)利用matalab標(biāo)定工具箱完成攝像機(jī)標(biāo)定
[0090] 在得到標(biāo)定平面上棋盤(pán)格標(biāo)靶圖像特征角點(diǎn)坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)點(diǎn)的空間坐標(biāo)以后，即 可利用matalab工具箱完成標(biāo)定，計(jì)算得到攝像機(jī)1、2的內(nèi)外部參數(shù)。
[0091] 3、利用攝像機(jī)獲取焊點(diǎn)圖像
[0092] 利用兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)獲取焊點(diǎn)圖像，利用左攝像機(jī)獲取的圖像稱之為左圖像，利 用右攝像機(jī)獲取的圖像稱之為右圖像。
[0093] 4.、預(yù)處理焊點(diǎn)圖像
[0094]焊點(diǎn)圖像預(yù)處理的具體步驟包括：
[0095] 1)調(diào)整所獲每副圖像的灰度閾值，目的是為了去除圖像中除亮點(diǎn)以外的圖像背 景；
[0096] 2)移除金屬镕滴:移除金屬镕滴的具體方法為通過(guò)計(jì)算區(qū)域內(nèi)的亮點(diǎn)，只保留與 焊接有關(guān)的最大殼點(diǎn)，移除其他全部殼點(diǎn)。
[0097] 5、獲取焊點(diǎn)空間坐標(biāo)
[0098] 1)獲取左右圖像中焊點(diǎn)二維坐標(biāo)(x，y)
[0099] 利用重心算法計(jì)算出經(jīng)預(yù)處理后圖像中焊點(diǎn)的坐標(biāo)，左圖像中的焊點(diǎn)坐標(biāo)表示為 (1，7)1^，右圖像中焊點(diǎn)坐標(biāo)表示為(1，7)[?。
[0100] 2)對(duì)于步驟1)中的焊點(diǎn)二維坐標(biāo)進(jìn)行校正，得到校正坐標(biāo)(Xn，yn)
[0101] 利用鏡頭光軸與坐標(biāo)軸的關(guān)系，將獲取的圖像的二維坐標(biāo)U，y)帶入等式（1)進(jìn)行 計(jì)算，獲得(xn, yn)為校正過(guò)的坐標(biāo)，
[0102]
⑴
[0103]其中（Cx，cy)為攝像機(jī)光軸與圖像相交的點(diǎn)，（fx，f y)是鏡頭分別在X軸y軸的焦距。 [0104] 3)對(duì)步驟2)中經(jīng)過(guò)校正的二維坐標(biāo)(Xn，y n)進(jìn)行畸變修正，得到畸變修正（X。、yc) 將上一步所獲得(Xn，yn)代入以下迭代程序(2)，進(jìn)行畸變修正 則
⑶
[0106] 其中，程序(2)中的(Xc；、y。)是進(jìn)行畸變修正過(guò)的焊點(diǎn)坐標(biāo);kr是與lu、k 2有關(guān)的徑向 畸變；八^和八7*是與1)1、1)2相關(guān)的分別在1軸、7軸的切向畸變量;工差切1 = 1(^6;經(jīng)迭代程 序運(yùn)算，我們所獲得的經(jīng)過(guò)畸變修正的焊點(diǎn)二維坐標(biāo)為(x。、^)。
[0107] 4)計(jì)算焊點(diǎn)空間坐標(biāo)P;
[0108] 焊點(diǎn)的空間坐標(biāo)是通過(guò)左右圖像焊點(diǎn)的二維坐標(biāo)(^，^^、（^^。^并結(jié)合攝像機(jī) 的相對(duì)位置計(jì)算得來(lái)的，
[0109] 空間坐標(biāo)計(jì)算方法為P = Zr · (xc，yc，l)R亦可用P = Zl · (1。，7。，1)1^，以下采用？= Zr ·(叉。，7。，1)[?方法計(jì)算。
[0110] 故可知求得焊點(diǎn)空間坐標(biāo)P只需求得右攝像機(jī)坐標(biāo)系Z軸系數(shù)Zr。
[0111 ] 將(叉。，7。九、（叉。，7。)[?帶入等式(3)中，求得2[?，即求得焊點(diǎn)空間坐標(biāo)？。
[0112]
⑶
[0113] 其中，Φ為攝像機(jī)繞y軸的旋轉(zhuǎn)角，Τ=(Τχ，Τζ)τ表示攝像機(jī)在x-z平面的位移。
[0114] 6、將焊點(diǎn)空間坐標(biāo)擬合成圖像并分析圖像
[0115] 1)在獲取焊點(diǎn)三維坐標(biāo)后，由χ，ζ坐標(biāo)生成X-Z圖，X-Z圖與攝像機(jī)有相同視角，通 過(guò)X-Z圖可以清楚地了解焊接是如何執(zhí)行的，即能夠知道焊接電極的移動(dòng)路徑；
[0116] 2)在獲取焊點(diǎn)三維坐標(biāo)后，由y，z坐標(biāo)生成的Y-Z圖，通過(guò)Y-Z圖顯示了電極的垂直 移動(dòng)，能夠知道電極頭在垂直方向進(jìn)量；
[0117] 3)在獲取焊點(diǎn)三維坐標(biāo)后，由δα)與Z(i)生成的δ(Ζ)圖，δ(Ζ)圖會(huì)顯示一段垂直 線段波動(dòng)，通過(guò)這段垂直線段的形狀和斜率，可以判斷出焊接是否勻速和方向。
[0118] 如果垂直線段的形狀是線性的，那么表明焊接是勻速進(jìn)行的，反之則是變速的。
[0119] 斜率表明焊接方向。
[0120] Z(i)表示第i個(gè)焊點(diǎn)的Z坐標(biāo)，δ(?)表示當(dāng)前焊接長(zhǎng)度所占焊接總長(zhǎng)度的百分比。δ (i)的計(jì)算如公式(4)所示，
[0121]
.⑷
[0122]其中η表示所有的焊點(diǎn)數(shù)量，參數(shù)i和j分別從0遍歷到η，從0遍歷到指定位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:搭建基于立體視覺(jué)的焊接路徑檢測(cè)系統(tǒng)； 步驟2:進(jìn)彳丁攝像機(jī)標(biāo)定； 步驟3:利用攝像機(jī)獲取焊點(diǎn)圖像； 步驟4:預(yù)處理焊點(diǎn)圖像； 步驟5:獲取焊點(diǎn)空間坐標(biāo)； 步驟6:將焊點(diǎn)空間坐標(biāo)擬合成圖像并分析圖像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在 于： 步驟1中所述的搭建基于立體視覺(jué)的焊接路徑檢測(cè)系統(tǒng)是指： 設(shè)置位于焊接件正上方的兩部攝像機(jī)，攝像機(jī)內(nèi)部存在固定坐標(biāo)系，攝像機(jī)位置需滿 足如下條件:攝像機(jī)相對(duì)世界坐標(biāo)系y軸旋轉(zhuǎn)角Φ ;兩臺(tái)攝像機(jī)內(nèi)部坐標(biāo)系y軸保持與世界 坐標(biāo)系y軸平行對(duì)齊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在 于： 步驟2中所述的進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定包括以下步驟： 1) 采用CAD軟件繪制標(biāo)定模版： 標(biāo)定模板是一個(gè)9 X 9的棋盤(pán)格，其規(guī)格尺寸是270mm X 270mm; 2) 獲取特征角點(diǎn)圖像坐標(biāo)： 將兩部攝像機(jī)固定保持不動(dòng)，不斷變換標(biāo)定模版與成像平面之間的角度與方位，兩部 攝像機(jī)對(duì)標(biāo)定t旲版米集16幅圖像； 將拍攝得到的16幅圖像中左下角的攝像機(jī)棋盤(pán)格標(biāo)靶圖像進(jìn)行特征角點(diǎn)提取，每個(gè)攝 像機(jī)棋盤(pán)格標(biāo)靶圖像能夠提取100個(gè)角點(diǎn)，16幅圖像總共得到1600個(gè)特征角點(diǎn)圖像坐標(biāo)； 3) 利用matalab標(biāo)定工具箱完成攝像機(jī)標(biāo)定： 在得到標(biāo)定平面上棋盤(pán)格標(biāo)靶圖像特征角點(diǎn)坐標(biāo)以及對(duì)應(yīng)點(diǎn)的空間坐標(biāo)以后，利用 matalab工具箱完成標(biāo)定，計(jì)算得到兩部攝像機(jī)的內(nèi)外部參數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在 于： 所述攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)有八個(gè)，分別為攝像機(jī)光軸與圖像的交點(diǎn)（cx，cy)，攝像機(jī)鏡頭 在X軸y軸方向的焦距(f X，f y )，攝像機(jī)鏡頭的徑向畸變(lu，k2 )，攝像機(jī)鏡頭的切向畸變(P1， P2)，兩臺(tái)攝像機(jī)共16個(gè)內(nèi)部參數(shù)； 所述攝像機(jī)的外部參數(shù)有三個(gè)，分別為攝像機(jī)繞世界坐標(biāo)系y軸的旋轉(zhuǎn)角Φ，攝像機(jī)在 世界坐標(biāo)系中χ、ζ方向的位移為T(mén)X，TZ。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在 于： 步驟3中所述利用攝像機(jī)獲取焊點(diǎn)圖像是指： 利用兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)獲取焊點(diǎn)圖像，利用左攝像機(jī)獲取的圖像稱之為左圖像，利用右 攝像機(jī)獲取的圖像稱之為右圖像。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在 于： 步驟4中所述的預(yù)處理焊點(diǎn)圖像包括以下步驟： 1) 調(diào)整所獲每副圖像的灰度閾值，去除圖像中除亮點(diǎn)以外的圖像背景； 2) 移除金屬镕滴，通過(guò)計(jì)算區(qū)域內(nèi)的亮點(diǎn)，只保留與焊接有關(guān)的最大亮點(diǎn)，移除其他全 部亮點(diǎn)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在 于： 步驟5中所述的獲取焊點(diǎn)空間坐標(biāo)包括以下步驟： 1) 獲取左右圖像中焊點(diǎn)二維坐標(biāo)(x，y): 利用重心算法計(jì)算出經(jīng)預(yù)處理后圖像中焊點(diǎn)的坐標(biāo)，左圖像中的焊點(diǎn)坐標(biāo)表示為(X， 7)1，右圖像中焊點(diǎn)坐標(biāo)表示為&，7)1?; 2) 對(duì)于步驟1)中的焊點(diǎn)二維坐標(biāo)進(jìn)行校正，得到校正坐標(biāo)(xn，yn): 利用鏡頭光軸與坐標(biāo)軸的關(guān)系，將獲取的圖像的二維坐標(biāo)(x，y)帶入等式（1)進(jìn)行計(jì) 算，獲得(χη，yn)為校正過(guò)的坐標(biāo)其中（cx，Cy)為攝像機(jī)光軸與圖像相交的點(diǎn)，（fx，fy)是鏡頭分別在X軸y軸的焦距； 3) 對(duì)步驟2)中經(jīng)過(guò)校正的二維坐標(biāo)(Xn，yn)進(jìn)行畸變修正，得到畸變修正(X。、yc): 將上一步所獲得(Xn，yn)代入以下迭代程序(2)，進(jìn)行畸變修正：其中，程序(2)中的（Xc；、y。)是進(jìn)行畸變修正過(guò)的焊點(diǎn)坐標(biāo);kr是與有關(guān)的徑向畸 變；Δ以和Δ yt是與P1、P2相關(guān)的分別在X軸、y軸的切向畸變量;工差t〇l = l(T6; 經(jīng)迭代程序運(yùn)算，所獲得的經(jīng)過(guò)畸變修正的焊點(diǎn)二維坐標(biāo)為(x。、^); 4) 計(jì)算焊點(diǎn)空間坐標(biāo)P: 焊點(diǎn)的空間坐標(biāo)是通過(guò)左右圖像焊點(diǎn)的二維坐標(biāo)(^^。^、（^^。^并結(jié)合攝像機(jī)的相 對(duì)位置計(jì)算得到； 空間坐標(biāo)計(jì)算方法采用P = Zr · 方法計(jì)算； 求得焊點(diǎn)空間坐標(biāo)P只需求得右攝像機(jī)坐標(biāo)系Z軸系數(shù)Zr; 將(χ。，y。)L、（χ。，y。)R帶入等式⑶中，求得ZR，求得焊點(diǎn)空間坐標(biāo)P; 其中，Φ為攝像機(jī)繞y軸的旋轉(zhuǎn)角，Τ=(Τχ，Τζ)τ表示攝像機(jī)在x-z平面的位移。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于立體視覺(jué)的焊接執(zhí)行參數(shù)在線檢測(cè)方法，其特征在 于： 步驟6中所述將焊點(diǎn)空間坐標(biāo)擬合成圖像并分析圖像是指： 1) 在獲取焊點(diǎn)三維坐標(biāo)后，由x，z坐標(biāo)生成X-Z圖，X-Z圖與攝像機(jī)有相同視角，通過(guò)X-Z 圖能夠清楚地了解焊接是如何執(zhí)行的，能夠知道焊接電極的移動(dòng)路徑； 2) 在獲取焊點(diǎn)三維坐標(biāo)后，由y，z坐標(biāo)生成的Y-Z圖，通過(guò)Y-Z圖顯示了電極的垂直移 動(dòng)，能夠知道電極頭在垂直方向進(jìn)量； 3) 在獲取焊點(diǎn)三維坐標(biāo)后，由δ(?)與Z(i)生成的δ(Ζ)圖，δ(Ζ)圖顯示一段垂直線段波 動(dòng)，通過(guò)這段垂直線段的形狀和斜率，能夠判斷出焊接是否勻速和焊接方向： 如果垂直線段的形狀是線性的，表明焊接是勻速進(jìn)行的，反之則是變速的； 斜率表明焊接方向； Z(i)表示第i個(gè)焊點(diǎn)的Ζ坐標(biāo)，δ(?)表示當(dāng)前焊接長(zhǎng)度所占焊接總長(zhǎng)度的百分比； S(i)的計(jì)算如公式(4)所示：其中η表示所有的焊點(diǎn)數(shù)量，參數(shù)i和j分別從0遍歷到η、從0遍歷到指定位置。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK106056603SQ201610367047
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】崔岸, 楊宇佳, 駱亞微, 張晗, 張士展, 李彬, 張世廣, 戴文碩
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)