CN115055806A - 基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接技术领域，揭露了一种基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法，包括：捕获激光反射图像帧集；判断是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧；若不存在，则重新捕获；若存在，则提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧；并进行滤波处理和二值化处理，得到二值化激光反射图像帧；提取上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；根据上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出当前焊缝中心点坐标，得到所述焊接工件的焊接轨迹。本发明还提出一种基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪装置、电子设备以及计算机可读存储介质。本发明可以解决焊枪偏离焊接位置从而降低焊接质量和焊接效率的问题。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
随着工业及材料科学的发展，焊接自动化技术已成为金属热加工技术的重要组成部分，焊接工业机器人以其稳定、高效环境适应性强等特点被广泛应用于激光焊接领域。
当前，激光焊接的轨迹跟踪主要依靠各种传感器技术，采用控制算法及图像处理技术寻找焊缝中心位置，进而可以通过焊缝中心位置调整焊炬位置使使其对准焊缝中心，由于金属烟尘、噪声、工件装配精度等外在影响，常常导致焊枪偏离焊接位置从而降低焊接质量和焊接效率。
发明内容
本发明提供一种基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法、装置及计算机可读存储介质，其主要目的在于解决焊枪偏离焊接位置从而降低焊接质量和焊接效率的问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法，包括：
利用预构建的结构光式传感器发出线激光，利用所述线激光扫描焊接工件，得到激光反射光带；
利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集；
判断所述激光反射图像帧集中是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧；
若所述激光反射图像帧集中不存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带的步骤；
若所述激光反射图像帧集中存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则在所述激光反射图像帧集中提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧；
对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧；
提取所述二值化激光反射图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；
根据预构建的焊缝中心计算公式，利用所述上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出当前焊缝中心点坐标。
根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
可选地，所述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集，包括：
确定所述结构光式传感器中图像采集设备的采集帧率及采集时间间隔；
按照所述采集帧率及采集时间间隔对所述激光反射光带的扫描位置进行跟踪录制，得到所述激光反射图像帧集。
可选地，所述对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，包括：
按照预定的像素尺寸构建灰度值提取模板；
在所述激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧中依次提取待滤波像素点；
将所述灰度值提取模板的中心与所述待滤波像素点重合，根据所述灰度值提取模板在所述激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧中提取所述待滤波像素点周围的像素点的灰度值，得到周边灰度值集；
按照从小到大的顺序对所述周边灰度值集中的灰度值进行排序，得到周边灰度序列；
提取所述周边灰度序列的中值灰度，将所述待滤波像素点的灰度值重置为所述中值灰度；
完成所述激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧中所有像素点的灰度值重置操作，得到所述滤波激光反射图像帧。
可选地，所述对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧，包括：
将所述滤波激光反射图像帧中的像素点灰度值按照预定的灰度等级进行划分，得到等级化灰度集合；
随机选取一个灰度分割阈值，利用所述灰度分割阈值对所述等级化灰度集合进行分类，得到第一灰度集合和第二灰度集合；
利用预构建的灰度均值计算公式，计算所述第一灰度集合、第二灰度集合以及所述等级化灰度集合的灰度均值；
利用预构建的类间方差公式，根据所述第一灰度集合、第二灰度集合以及所述等级化灰度集合的灰度均值，计算所述等级化灰度集合的最佳灰度分割阈值；
利用所述最佳灰度分割阈值对所述滤波激光反射图像帧中所有像素点的灰度值进行二值化处理，得到所述二值化激光反射图像帧。
可选地，所述灰度均值计算公式，如下所示：
其中，
表示第一灰度集合的灰度均值，t表示灰度分割阈值，i表示不同灰度等级集合的灰度值，
表示灰度等级值为i的像素点数占所述等级化灰度集合中所有像素点数的比例，
表示第一灰度集合中的像素点数占所述等级化灰度集合中所有像素点数的比例，
表示第二灰度集合的灰度均值，m表示灰度等级值为m，
表示第二灰度集合中的像素点数占所述等级化灰度集合中所有像素点数的比例，
表示所述等级化灰度集合的灰度均值。
可选地，所述根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹，包括：
将所述当前焊接中心点坐标作为所述线激光的起始扫描位置；
从所述起始扫描位置，利用所述线激光对所述焊接工件进行扫描，得到跟踪激光发射光带；
利用所述结构光式传感器捕获所述跟踪激光发射光带，得到跟踪激光反射图像帧集；
判断所述跟踪激光反射图像帧集中是否存在所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧；
若所述跟踪激光反射图像帧集中不存在所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧，则返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述跟踪激光发射光带的步骤；
若所述跟踪激光反射图像帧集中存在所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧，则在所述跟踪激光反射图像帧集中提取首张所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧；
确定所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；
利用所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出跟踪焊缝中心点坐标；
将所述当前焊缝中心点坐标更新为所述跟踪焊缝中心点坐标，并返回上述将所述当前焊接中心点坐标作为所述线激光的起始扫描位置的步骤，直至所述当前焊接中心点坐标更新至焊接终点；
拟合所有所述当前焊接中心点坐标及跟踪焊缝中心点坐标，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
可选地，所述确定所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，包括：
对所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧进行滤波，得到滤波跟踪图像帧；
对所述滤波跟踪图像帧进行二值化处理，得到二值化跟踪图像帧；
提取所述二值化跟踪图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标。
为了解决上述问题，本发明还提供一种基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪装置，所述装置包括：
激光反射光带捕获模块，用于利用预构建的结构光式传感器发出线激光，利用所述线激光扫描焊接工件，得到激光反射光带；利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集；
激光反射光带断裂判断模块，用于判断所述激光反射图像帧集中是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧；若所述激光反射图像帧集中不存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带的步骤；若所述激光反射图像帧集中存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则在所述激光反射图像帧集中提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧；
滤波二值化模块，用于对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧；
当前焊缝中心点坐标计算模块，用于提取所述二值化激光反射图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；根据预构建的焊缝中心计算公式，利用所述上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出当前焊缝中心点坐标；
焊接中心点跟踪模块，用于根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以实现上述所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法。
为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一个指令，所述至少一个指令被电子设备中的处理器执行以实现上述所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法。
相比于背景技术所述：由于金属烟尘、噪声、工件装配精度等外在影响，常常导致焊枪偏离焊接位置从而降低焊接质量和焊接效率的现象，本发明实施例通过结构光式传感器发出线激光，利用所述线激光扫描焊接工件，得到可以检查焊缝的激光反射光带，再利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集，由于当所述激光反射光带发生断裂时表示存在焊缝，未发生断裂时表示不存在焊缝，因此需要判断所述激光反射图像帧集中是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，若不存在，则继续进行捕获，若存在，则在所述激光反射图像帧集中提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧，由于所述激光反射图像帧集可能包括多张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧，因此需要提取首张图像帧，由于受到噪声等影响图像帧的质量，因此需要进行滤波处理及二值化处理，得到二值化激光反射图像帧，再通过二值化激光反射图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，根据预构建的焊缝中心计算公式，计算出当前焊缝中心点坐标，最后根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹。因此本发明提出的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，可以解决由于金属烟尘、噪声、工件装配精度等外在影响，常常导致焊枪偏离焊接位置从而降低焊接质量和焊接效率的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法的流程示意图；
图2为图1中其中一个步骤的详细实施流程示意图；
图3为图1中另一个步骤的详细实施流程示意图；
图4为本发明一实施例提供的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪装置的功能模块图；
图5为本发明一实施例提供的实现所述基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法的电子设备的结构示意图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请实施例提供一种基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法。所述基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法的执行主体包括但不限于服务端、终端等能够被配置为执行本申请实施例提供的该方法的电子设备中的至少一种。换言之，所述基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行。所述服务端包括但不限于：单台服务器、服务器集群、云端服务器或云端服务器集群等。
实施例1：
参照图1所示，为本发明一实施例提供的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法的流程示意图。在本实施例中，所述基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法包括：
S1、利用预构建的结构光式传感器发出线激光，利用所述线激光扫描焊接工件，得到激光反射光带。
可解释的，所述结构光式传感器工作时，可以利用激光器发出特定波长的光，经过透镜折射后形成一个平面的线性结构光，照在工件上从而形成一条有一定宽度的激光反射光带，光带经过反射或散射后途径保留该特定波长的滤光片，再进入摄像机成像。
本发明实施例中，所述利用所述线激光扫描焊接工件，得到激光反射光带，包括：
根据预定的焊接平台的尺寸，确定所述线激光的扫描范围；
按照预定的扫描速度，根据所述扫描范围，利用所述线激光对所述焊接工件进行往返扫描，得到所述激光反射光带，所述激光反射光带应与所述焊接工件的焊接方向近似垂直。
可理解的，可以根据所述焊接平台的尺寸确定所述线激光的扫描范围，避免出现无用扫描的现象。所述线激光的发出设备可以为激光器，激光器的移动角速度可以调控所述扫描速度，通常所述扫描速度可以近似于焊接速度。所述激光反射光带应与焊缝近似垂直，便于利用焊缝分割所述线激光，实现焊缝的检测。
S2、利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集。
可理解的，可以利用所述结构光式传感器中的摄像机捕获所述激光反射光带。
详细地，参阅图2所示，所述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集，包括：
S21、确定所述结构光式传感器中图像采集设备的采集帧率及采集时间间隔；
S22、按照所述采集帧率及采集时间间隔对所述激光反射光带的扫描位置进行跟踪录制，得到所述激光反射图像帧集。
应明白的，所述图像采集设备的采集帧率指摄像机拍摄过程中每秒拍摄的视频帧数。所述采集时间间隔可以为1s，由于后续捕获到焊缝时，在计算完焊缝位置后，需要重新对焊接位置进行实时定位，因此需要尽量压缩采集时间间隔，加快实时定位速度。
S3、判断所述激光反射图像帧集中是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧。
可解释的，当所述激光反射图像帧集中存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则表示摄像机已捕获到焊接的实时位置，因为焊缝可以将所述线激光切断，从而产生所述激光反射光带发生断裂的现象。
若所述激光反射图像帧集中不存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则执行返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带的步骤。
可理解的，当所述激光反射图像帧集中不存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则表示为捕获到焊接的实时焊接位置，也未捕获到焊缝因此需要重新进行捕获断裂的激光反射光带。
若所述激光反射图像帧集中存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则执行S4、在所述激光反射图像帧集中提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧。
可理解的，由于所述线激光可能扫描过实时焊接位置后在所述采集时间间隔内继续扫描未焊接的焊缝，因此可能捕获到在多张所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，此时需要提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧即可。
S5、对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧。
可理解的，由于所述激光反射图像帧可能存在噪声等因素导致图像质量较差，因此可以通过中值滤波改善图像质量，通过二值化处理可以将焊缝和非焊缝进行区别化显示，方便进行焊缝中心位置的提取。
本发明实施例中，所述对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，包括：
按照预定的像素尺寸构建灰度值提取模板；
在所述激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧中依次提取待滤波像素点；
将所述灰度值提取模板的中心与所述待滤波像素点重合，根据所述灰度值提取模板在所述激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧中提取所述待滤波像素点周围的像素点的灰度值，得到周边灰度值集；
按照从小到大的顺序对所述周边灰度值集中的灰度值进行排序，得到周边灰度序列；
提取所述周边灰度序列的中值灰度，将所述待滤波像素点的灰度值重置为所述中值灰度；
完成所述激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧中所有像素点的灰度值重置操作，得到所述滤波激光反射图像帧。
详细地，所述灰度值提取模板的像素尺寸可以根据实际情况设置，例如：3*3维的像素尺寸。
本发明实施例中，所述对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧，包括：
将所述滤波激光反射图像帧中的像素点灰度值按照预定的灰度等级进行划分，得到等级化灰度集合；
随机选取一个灰度分割阈值，利用所述灰度分割阈值对所述等级化灰度集合进行分类，得到第一灰度集合和第二灰度集合；
利用预构建的灰度均值计算公式，计算所述第一灰度集合、第二灰度集合以及所述等级化灰度集合的灰度均值；
利用预构建的类间方差公式，根据所述第一灰度集合、第二灰度集合以及所述等级化灰度集合的灰度均值，计算所述等级化灰度集合的最佳灰度分割阈值；
利用所述最佳灰度分割阈值对所述滤波激光反射图像帧中所有像素点的灰度值进行二值化处理，得到所述二值化激光反射图像帧。
可理解的，可以将所述滤波激光反射图像帧中的像素点灰度值划分为不同灰度等级的集合，方便后续计算。所述二值化处理过程为现有技术，在此不再赘述。焊缝可以表示为白色，背景为黑色。
本发明实施例中，所述灰度均值计算公式，如下所示：
其中，
表示第一灰度集合的灰度均值，t表示灰度分割阈值，i表示不同灰度等级集合的灰度值，
表示灰度等级值为i的像素点数占所述等级化灰度集合中所有像素点数的比例，
表示第一灰度集合中的像素点数占所述等级化灰度集合中所有像素点数的比例，
表示第二灰度集合的灰度均值，m表示灰度等级值为m，
表示第二灰度集合中的像素点数占所述等级化灰度集合中所有像素点数的比例，
表示所述等级化灰度集合的灰度均值。
本发明实施例中，所述类间方差公式，如下所示：
其中，
表示最佳灰度分割阈值。
S6、提取所述二值化激光反射图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标。
可理解的，所述二值化激光反射图像帧中的激光反射光带发生断裂，因此存在上光带及下光带，上光带和下光带近似于矩形条，而上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标可以表示实时焊接处的焊口，因此需要提取。
S7、根据预构建的焊缝中心计算公式，利用所述上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出当前焊缝中心点坐标。
本发明实施例中，所述焊缝中心计算公式如下所示：
其中，（X,Y）表示所述当前焊缝中心点坐标，（
）表示下光带的左上角点坐标，（
）表示上光带的左下角点坐标。
可理解的，可以平均所述上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标的横纵坐标值，从而近似得到所述当前焊缝中心点坐标。
S8、根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
本发明实施例中，所述根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹，包括：
将所述当前焊接中心点坐标作为所述线激光的起始扫描位置；
从所述起始扫描位置，利用所述线激光对所述焊接工件进行扫描，得到跟踪激光发射光带；
利用所述结构光式传感器捕获所述跟踪激光发射光带，得到跟踪激光反射图像帧集；
判断所述跟踪激光反射图像帧集中是否存在所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧；
若所述跟踪激光反射图像帧集中不存在所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧，则返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述跟踪激光发射光带的步骤；
若所述跟踪激光反射图像帧集中存在所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧，则在所述跟踪激光反射图像帧集中提取首张所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧；
确定所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；
利用所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出跟踪焊缝中心点坐标；
将所述当前焊缝中心点坐标更新为所述跟踪焊缝中心点坐标，并返回上述将所述当前焊接中心点坐标作为所述线激光的起始扫描位置的步骤，直至所述当前焊接中心点坐标更新至焊接终点；
拟合所有所述当前焊接中心点坐标及跟踪焊缝中心点坐标，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
可理解的，当得到所述当前焊缝中心点坐标后，需要记录下此时的当前焊缝中心点坐标，并根据所述当前焊缝中心点坐标重新对工件进行扫描，实现焊接位置的实时跟踪。
详细地，参阅图3所示，所述确定所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，包括：
S81、对所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧进行滤波，得到滤波跟踪图像帧；
S82、对所述滤波跟踪图像帧进行二值化处理，得到二值化跟踪图像帧；
S83、提取所述二值化跟踪图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标。
相比于背景技术所述：由于金属烟尘、噪声、工件装配精度等外在影响，常常导致焊枪偏离焊接位置从而降低焊接质量和焊接效率的现象，本发明实施例通过结构光式传感器发出线激光，利用所述线激光扫描焊接工件，得到可以检查焊缝的激光反射光带，再利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集，由于当所述激光反射光带发生断裂时表示存在焊缝，未发生断裂时表示不存在焊缝，因此需要判断所述激光反射图像帧集中是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，若不存在，则继续进行捕获，若存在，则在所述激光反射图像帧集中提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧，由于所述激光反射图像帧集可能包括多张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧，因此需要提取首张图像帧，由于受到噪声等影响图像帧的质量，因此需要进行滤波处理及二值化处理，得到二值化激光反射图像帧，再通过二值化激光反射图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，根据预构建的焊缝中心计算公式，计算出当前焊缝中心点坐标，最后根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹。因此本发明提出的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，可以解决由于金属烟尘、噪声、工件装配精度等外在影响，常常导致焊枪偏离焊接位置从而降低焊接质量和焊接效率的问题。
实施例2：
如图4所示，是本发明一实施例提供的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪装置的功能模块图。
本发明所述基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪装置100可以安装于电子设备中。根据实现的功能，所述基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪装置100可以包括激光反射光带捕获模块101、激光反射光带断裂判断模块102、滤波二值化模块103、当前焊缝中心点坐标计算模块104及焊接中心点跟踪模块105。本发明所述模块也可以称之为单元，是指一种能够被电子设备处理器所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在电子设备的存储器中。
所述激光反射光带捕获模块101，用于利用预构建的结构光式传感器发出线激光，利用所述线激光扫描焊接工件，得到激光反射光带；利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集；
所述激光反射光带断裂判断模块102，用于判断所述激光反射图像帧集中是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧；若所述激光反射图像帧集中不存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带的步骤；若所述激光反射图像帧集中存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则在所述激光反射图像帧集中提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧；
所述滤波二值化模块103，用于对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧；
所述当前焊缝中心点坐标计算模块104，用于提取所述二值化激光反射图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；根据预构建的焊缝中心计算公式，利用所述上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出当前焊缝中心点坐标；
所述焊接中心点跟踪模块105，用于根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
详细地，本发明实施例中所述基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪装置100中的所述各模块在使用时采用与上述的图1中所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法一样的技术手段，并能够产生相同的技术效果，这里不再赘述。
实施例3：
如图5所示，是本发明一实施例提供的实现基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法的电子设备的结构示意图。
所述电子设备1可以包括处理器10、存储器11、总线12和通信接口13，还可以包括存储在所述存储器11中并可在所述处理器10上运行的计算机程序，如基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪程序。
其中，所述存储器11至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器（例如：SD或DX存储器等）、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述存储器11在一些实施例中可以是电子设备1的内部存储单元，例如该电子设备1的移动硬盘。所述存储器11在另一些实施例中也可以是电子设备1的外部存储设备，例如电子设备1上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡（Smart Media Card， SMC）、安全数字（SecureDigital， SD）卡、闪存卡（Flash Card）等。进一步地，所述存储器11还可以既包括电子设备1的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器11不仅可以用于存储安装于电子设备1的应用软件及各类数据，例如基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所述处理器10在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器（Central Processing unit，CPU）、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述处理器10是所述电子设备的控制核心（Control Unit），利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器11内的程序或者模块（例如基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪程序等），以及调用存储在所述存储器11内的数据，以执行电子设备1的各种功能和处理数据。
所述总线可以是外设部件互连标准（peripheral component interconnect，简称PCI）总线或扩展工业标准结构（extended industry standard architecture，简称EISA）总线等。该总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。所述总线被设置为实现所述存储器11以及至少一个处理器10等之间的连接通信。
图5仅示出了具有部件的电子设备，本领域技术人员可以理解的是，图5示出的结构并不构成对所述电子设备1的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
例如，尽管未示出，所述电子设备1还可以包括给各个部件供电的电源（比如电池），优选地，电源可以通过电源管理装置与所述至少一个处理器10逻辑相连，从而通过电源管理装置实现充电管理、放电管理、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。所述电子设备1还可以包括多种传感器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等，在此不再赘述。
进一步地，所述电子设备1还可以包括网络接口，可选地，所述网络接口可以包括有线接口和/或无线接口（如WI-FI接口、蓝牙接口等），通常用于在该电子设备1与其他电子设备之间建立通信连接。
可选地，该电子设备1还可以包括用户接口，用户接口可以是显示器（Display）、输入单元（比如键盘（Keyboard）），可选地，用户接口还可以是标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在电子设备1中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
应该了解，所述实施例仅为说明之用，在专利申请范围上并不受此结构的限制。
所述电子设备1中的所述存储器11存储的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪程序是多个指令的组合，在所述处理器10中运行时，可以实现：
利用预构建的结构光式传感器发出线激光，利用所述线激光扫描焊接工件，得到激光反射光带；
利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集；
判断所述激光反射图像帧集中是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧；
若所述激光反射图像帧集中不存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带的步骤；
若所述激光反射图像帧集中存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则在所述激光反射图像帧集中提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧；
对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧；
提取所述二值化激光反射图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；
根据预构建的焊缝中心计算公式，利用所述上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出当前焊缝中心点坐标。
根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
具体地，所述处理器10对上述指令的具体实现方法可参考图1至图4对应实施例中相关步骤的描述，在此不赘述。
进一步地，所述电子设备1集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。所述计算机可读存储介质可以是易失性的，也可以是非易失性的。例如，所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在被电子设备的处理器所执行时，可以实现：
利用预构建的结构光式传感器发出线激光，利用所述线激光扫描焊接工件，得到激光反射光带；
利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集；
判断所述激光反射图像帧集中是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧；
若所述激光反射图像帧集中不存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带的步骤；
若所述激光反射图像帧集中存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则在所述激光反射图像帧集中提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧；
对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧；
提取所述二值化激光反射图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；
根据预构建的焊缝中心计算公式，利用所述上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出当前焊缝中心点坐标。
根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法，其特征在于，所述方法包括：
利用预构建的结构光式传感器发出线激光，利用所述线激光扫描焊接工件，得到激光反射光带；
利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集；
判断所述激光反射图像帧集中是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧；
若所述激光反射图像帧集中不存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带的步骤；
若所述激光反射图像帧集中存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则在所述激光反射图像帧集中提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧；
对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧；
提取所述二值化激光反射图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；
根据预构建的焊缝中心计算公式，利用所述上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出当前焊缝中心点坐标，其中所述焊缝中心计算公式如下所示：
其中，（X,Y）表示所述当前焊缝中心点坐标，（
）表示下光带的左上角点坐标，（
）表示上光带的左下角点坐标；
根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
2.如权利要求1所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法，其特征在于，所述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集，包括：
确定所述结构光式传感器中图像采集设备的采集帧率及采集时间间隔；
按照所述采集帧率及采集时间间隔对所述激光反射光带的扫描位置进行跟踪录制，得到所述激光反射图像帧集。
3.如权利要求1所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法，其特征在于，所述对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，包括：
按照预定的像素尺寸构建灰度值提取模板；
在所述激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧中依次提取待滤波像素点；
将所述灰度值提取模板的中心与所述待滤波像素点重合，根据所述灰度值提取模板在所述激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧中提取所述待滤波像素点周围的像素点的灰度值，得到周边灰度值集；
按照从小到大的顺序对所述周边灰度值集中的灰度值进行排序，得到周边灰度序列；
提取所述周边灰度序列的中值灰度，将所述待滤波像素点的灰度值重置为所述中值灰度；
完成所述激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧中所有像素点的灰度值重置操作，得到所述滤波激光反射图像帧。
4.如权利要求3所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法，其特征在于，所述对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧，包括：
将所述滤波激光反射图像帧中的像素点灰度值按照预定的灰度等级进行划分，得到等级化灰度集合；
随机选取一个灰度分割阈值，利用所述灰度分割阈值对所述等级化灰度集合进行分类，得到第一灰度集合和第二灰度集合；
利用预构建的灰度均值计算公式，计算所述第一灰度集合、第二灰度集合以及所述等级化灰度集合的灰度均值；
利用预构建的类间方差公式，根据所述第一灰度集合、第二灰度集合以及所述等级化灰度集合的灰度均值，计算所述等级化灰度集合的最佳灰度分割阈值；
利用所述最佳灰度分割阈值对所述滤波激光反射图像帧中所有像素点的灰度值进行二值化处理，得到所述二值化激光反射图像帧。
5.如权利要求4所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法，其特征在于，所述灰度均值计算公式，如下所示：
其中，
表示第一灰度集合的灰度均值，t表示灰度分割阈值，i表示不同灰度等级集合的灰度值，
表示灰度等级值为i的像素点数占所述等级化灰度集合中所有像素点数的比例，
表示第一灰度集合中的像素点数占所述等级化灰度集合中所有像素点数的比例，
表示第二灰度集合的灰度均值，m表示灰度等级值为m，
表示第二灰度集合中的像素点数占所述等级化灰度集合中所有像素点数的比例，
表示所述等级化灰度集合的灰度均值。
6.如权利要求1所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法，其特征在于，所述根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹，包括：
将所述当前焊接中心点坐标作为所述线激光的起始扫描位置；
从所述起始扫描位置，利用所述线激光对所述焊接工件进行扫描，得到跟踪激光发射光带；
利用所述结构光式传感器捕获所述跟踪激光发射光带，得到跟踪激光反射图像帧集；
判断所述跟踪激光反射图像帧集中是否存在所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧；
若所述跟踪激光反射图像帧集中不存在所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧，则返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述跟踪激光发射光带的步骤；
若所述跟踪激光反射图像帧集中存在所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧，则在所述跟踪激光反射图像帧集中提取首张所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧；
确定所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；
利用所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出跟踪焊缝中心点坐标；
将所述当前焊缝中心点坐标更新为所述跟踪焊缝中心点坐标，并返回上述将所述当前焊接中心点坐标作为所述线激光的起始扫描位置的步骤，直至所述当前焊接中心点坐标更新至焊接终点；
拟合所有所述当前焊接中心点坐标及跟踪焊缝中心点坐标，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
7.如权利要求6所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法，其特征在于，所述确定所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，包括：
对所述跟踪激光发射光带发生断裂的图像帧进行滤波，得到滤波跟踪图像帧；
对所述滤波跟踪图像帧进行二值化处理，得到二值化跟踪图像帧；
提取所述二值化跟踪图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标。
8.一种基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪装置，其特征在于，所述装置包括：
激光反射光带捕获模块，用于利用预构建的结构光式传感器发出线激光，利用所述线激光扫描焊接工件，得到激光反射光带；利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带，得到激光反射图像帧集；
激光反射光带断裂判断模块，用于判断所述激光反射图像帧集中是否存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧；若所述激光反射图像帧集中不存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则返回上述利用所述结构光式传感器捕获所述激光反射光带的步骤；若所述激光反射图像帧集中存在所述激光反射光带发生断裂的激光反射图像帧，则在所述激光反射图像帧集中提取首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧；
滤波二值化模块，用于对所述首张激光反射光带存在断裂的激光反射图像帧进行滤波处理，得到滤波激光反射图像帧，对所述滤波激光反射图像帧进行二值化处理，得到二值化激光反射图像帧；
当前焊缝中心点坐标计算模块，用于提取所述二值化激光反射图像帧中上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标；根据预构建的焊缝中心计算公式，利用所述上光带的左下角点坐标及下光带的左上角点坐标，计算出当前焊缝中心点坐标；
焊接中心点跟踪模块，用于根据所述当前焊缝中心点坐标，利用所述结构光式传感器对所述焊接工件进行焊接中心点跟踪，得到所述焊接工件的焊接轨迹。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的基于视觉跟踪的焊接轨迹跟踪方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117058111A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-11-14 | 大连亚明汽车部件股份有限公司 | 一种汽车铝合金压铸模具质量检查方法及*** |
| CN117058111B (zh) * | 2023-08-21 | 2024-02-09 | 大连亚明汽车部件股份有限公司 | 一种汽车铝合金压铸模具质量检查方法及*** |
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| CN115055806B (zh) | 2022-11-18 |
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