專利名稱：電弧焊線自動(dòng)追蹤用的光學(xué)傳感器及光學(xué)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電弧焊接工程中的焊線自動(dòng)追蹤用的光學(xué)處理技術(shù)，特別涉及一種在使用了機(jī)器人的電弧焊接工程中，用來(lái)獲取提供給焊槍控制裝置的焊接線位置及形狀信息的以使焊槍自動(dòng)跟蹤焊線的焊線自動(dòng)跟蹤的光學(xué)傳感器及光學(xué)處理技術(shù)。
在使用了機(jī)器人的自動(dòng)焊接工程中，通常使用激光拍攝焊線的形狀，然后用電子計(jì)算機(jī)處理該圖像并把焊線的位置及形狀信息數(shù)字化后，用此來(lái)控制焊槍的移動(dòng)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在處理這樣的焊線的圖像的光學(xué)處理技術(shù)中，如圖5所示，分為三個(gè)階段依次進(jìn)行。它是由首先用CCD攝像機(jī)觀測(cè)投影在焊槍前端部上的線狀的激光帶而得到如圖5(A)所示的激光帶的數(shù)據(jù)、該激光帶的如圖5(B)所示的中心座標(biāo)排列表及把該中心座標(biāo)組合為數(shù)條線而得到的線及其各線間如圖5(C)所示的交點(diǎn)一覽表組成。這時(shí)，圖像上的焊接接縫的位置從圖5(C)的交，點(diǎn)一覽表信息中直接獲得。
如再詳細(xì)地說(shuō)明一下，前述圖5(A)的激光帶的圖像是由CCD攝像機(jī)拍攝投影在焊接過(guò)程中的焊槍的前端部上的激光帶而獲得的，圖5(B)的激光帶中心座標(biāo)排列表是由使圖5(A)中的二維圖像數(shù)據(jù)適用于具有沿圖6所示的各垂直座標(biāo)的加權(quán)值分布的激光帶檢測(cè)濾光器。并由在激光帶圖像中發(fā)生最大的輸出的許多的點(diǎn)構(gòu)成。這時(shí)，前述激光帶的檢測(cè)濾光器的加權(quán)值的和使之為零，在具有規(guī)定厚度的明亮帶位于水平方向時(shí)它表示最大的反應(yīng)度。而且，從把前述心點(diǎn)排列表組合為多條線的圖5(C)的結(jié)果可以得到焊接縫的位置及形狀。以這樣的數(shù)據(jù)為根據(jù)控制焊槍進(jìn)行電弧焊工作。
這樣的現(xiàn)有技術(shù)存在如下的問(wèn)題它對(duì)電焊弧光及焊接飛濺等的焊接噪聲反應(yīng)敏感，在電焊弧光和焊接飛濺的影響大的高輸出功率的電焊焊接工程中難以實(shí)用。
本發(fā)明的目的是，為了解決上述的問(wèn)題。而提供一種能低抗類如焊接弧光、焊接飛濺及各種雜光的噪聲的焊接線追蹤用光學(xué)傳感器和光學(xué)處理技術(shù)。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本以明涉及的焊接追蹤用光學(xué)處理技術(shù)，在處理被捕捉到的物體的圖像并導(dǎo)出物體的位置及形狀信息的光學(xué)處理技術(shù)中包括一邊維持自己的形狀、一邊形成具有可以由來(lái)自外部的作用力進(jìn)行形狀變化和位置移動(dòng)的概念的形狀記憶彈性輪廓模型的階段；把該形狀記憶彈性輪廓模型制作成近似于想要捕捉的物體的圖像之后，把大致被捕捉到的物體的圖像放置在被應(yīng)該放置的預(yù)想位置的初始化階段；對(duì)應(yīng)于自前述捕捉到的物體產(chǎn)生的外部力使前述形狀記憶彈性輪廓模型變形的階段；從該變形了的模型導(dǎo)出被捕捉到的物體的圖像座標(biāo)的階段。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明涉及的光學(xué)處理技術(shù)中所使用的光學(xué)傳感器的圖。
圖2是使用本發(fā)明涉及的光學(xué)處理追蹤激光帶的狀態(tài)的說(shuō)明圖。
圖3是作用于彈性輪廓上的外部力的說(shuō)明圖。
圖4是使用于本發(fā)明涉及的光學(xué)處理技術(shù)中的形狀記憶彈性輪廓模型的說(shuō)明圖。
圖5(A)～(C)是現(xiàn)有的光學(xué)處理技術(shù)的說(shuō)明圖。
圖6是現(xiàn)有處理技術(shù)中所使用的圖像檢測(cè)濾光器的說(shuō)明圖。
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明涉及的光學(xué)處理技術(shù)中所使用的光學(xué)傳感器是由發(fā)出激光光束的激光二極管10、制作線形光的圓柱形透鏡12、使前述激光的光路變?yōu)樾本€形狀的反射鏡14、拍攝前述線形激光16投影的焊接試片18的攝像機(jī)24和使前述激光有選擇地通過(guò)的帶通濾光器20組成。即安裝在焊接焊槍(圖中未示)的一側(cè)的、捕捉焊接線的圖像用的本發(fā)明涉及的光學(xué)傳感器裝置有CCD攝像機(jī)24，該CCD攝像機(jī)用于在被線形化了的激光光束16投影在離開焊槍約10～50mm前端部的焊接接縫工作物上時(shí)，通過(guò)有選擇地只透過(guò)激光的波長(zhǎng)帶寬的狹帶通濾光器20觀察焊接接縫工作物。
用于分離來(lái)自用該光學(xué)傳感器得到的圖像的激光帶寬的噪聲的本發(fā)明涉及的光學(xué)處理技術(shù)，其形狀記憶彈性輪廓線28是其核心，該形狀記憶彈性輪廓線28具有一邊維持自己的形狀，一邊通過(guò)外部作用力30可以產(chǎn)生形狀變化及位置移動(dòng)的概念。即，如圖2所示，形狀記憶彈性輪廓線28受到導(dǎo)引相當(dāng)于激光帶的明亮區(qū)域的力而產(chǎn)生位移及形狀變化，最終前述形狀記憶輪廓線28在與激光帶重合的狀態(tài)下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，來(lái)自激光帶的圖像噪聲被分離。
如圖3所示，前述外部作用力30為把彈性輪廓線導(dǎo)引到激光帶中心部的作用力。即，如圖3(A)所示，位于激光帶中心部的彈性輪廓線受到對(duì)應(yīng)于從激光帶的中心部到彈性輪廓線的距離如圖3(C)所示大小的作用力，如圖3(B)所示根據(jù)具有典型的明暗分布的激光帶圖像信息用計(jì)算機(jī)適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生該作用力，其特征是當(dāng)彈性輪廓線正確地位于激光帶的中心部時(shí)該作用力為零，隨著遠(yuǎn)離中心部，向激光帶方向?qū)б牧ψ兇?，?dāng)距離大于規(guī)定值時(shí)，其作用力逐漸地變小。
而且，這樣的形狀記憶彈性輪廓線28被表現(xiàn)為具有如圖4所示的概念的機(jī)械性的裝置，圖4中標(biāo)號(hào)38是表示彈性輪廓線的固有形狀的鋼體，在從外部對(duì)裝置不作用任何力時(shí)，前述彈性輪廓線28維持固有形狀，當(dāng)從外部作用某些力時(shí)，該力和彈性滑道40由無(wú)摩擦滑套34約束著，在彈性變形反作用力達(dá)到平衡時(shí)，維持穩(wěn)定的狀態(tài)。
另外，本發(fā)明是以分離來(lái)自在焊接過(guò)程中在焊槍前端部由光學(xué)傳感器獲得的激光帶圖像中的、表示焊線的輪廓線的激光帶的焊接噪聲為目的，并從初始化具有前述圖4所示的概念的形狀記憶彈性輪廓線起步的。該初始化工作是由把彈性輪廓線的固有形狀模型作成近似于被投影在CCD攝影機(jī)上的焊縫輪廓(即，被投影的激光帶的形狀)，并大致放置在激光帶應(yīng)被放置的預(yù)想位置上的這些工作構(gòu)成。
由具有適當(dāng)?shù)膹椥蕴匦缘膹椥曰?0組成的彈性輪廓線28被放置在將要進(jìn)行的光學(xué)處理中被探索的激光帶的位置上，在焊接接縫在焊接過(guò)程中產(chǎn)生熱變形、或由于焊接工件的安裝誤差焊槍偏離焊線時(shí)受到從被攝影的激光帶發(fā)生的外部作用力而產(chǎn)生變形或進(jìn)行導(dǎo)引到激光帶的周圍的位移運(yùn)動(dòng)。
在激光帶導(dǎo)引的外部力和彈性變形抑制力之間達(dá)到均衡時(shí)，前述彈性輪廓線的運(yùn)動(dòng)停止，從達(dá)到均衡的彈性輪廓線獲得焊縫輪廓線的信息，在接縫以前的階段中，把到達(dá)正常狀態(tài)的彈性輪廓設(shè)定為下階段的初始彈性輪廓，在被攝像了的激光帶圖像中反復(fù)進(jìn)行接縫輪廓線數(shù)據(jù)的搜索過(guò)程，然后，在每次采樣期間內(nèi)所得到的輪廓線數(shù)據(jù)組合成象原有的設(shè)計(jì)一樣的多條直線后，使用那些直線間的交點(diǎn)座標(biāo)求得相對(duì)于焊槍的焊線的位置。
通過(guò)這樣的過(guò)程獲得的焊接線圖像信息，被反饋到焊槍控制裝置，這樣可以進(jìn)行正確的焊槍的移動(dòng)。
而且，本發(fā)明是作為焊接線追蹤用的光學(xué)處理技術(shù)而被開發(fā)的，是一種能適用于追蹤隨時(shí)間的經(jīng)過(guò)而連續(xù)地變動(dòng)的物體的所有裝置的光學(xué)處理技術(shù)。
上述的本發(fā)明可以排除焊接過(guò)程中所產(chǎn)生的焊接飛濺、電焊弧光及各種雜光的影響，在為惡劣作業(yè)條件的高輸出功率的電弧焊接工程中可實(shí)現(xiàn)高精度的自動(dòng)焊接，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高及焊接工程的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)處理方法，該光學(xué)處理方法處理被捕捉到的物體的圖像、并導(dǎo)出物體的位置及形狀，其特征在于，它進(jìn)行包括有如下幾個(gè)階段的處理形成具有一邊維持自己的形狀、一邊受到外部的作用力可以產(chǎn)生形狀變化及位置移動(dòng)的概念的形狀記憶彈性輪廓線模型的階段；把該形狀記憶彈性輪廓線模型制作為近似于想要捕捉的物體的圖像后，大致放置在應(yīng)該放置物體的圖像的預(yù)想位置上的初始化階段；對(duì)應(yīng)于從前述被捕捉到的物體的圖像產(chǎn)生的外部力使前述形狀記憶彈性輪廓線模型變形的階段；用該變形了的模型導(dǎo)出被捕捉到的物體的圖像座標(biāo)階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)處理方法，其特征在于，前述形狀記憶彈性輪廓線模型包括有表示固有形狀的鋼體；相對(duì)于前述鋼體進(jìn)行位移運(yùn)動(dòng)的彈性滑道；干涉前述滑道的運(yùn)動(dòng)的無(wú)摩擦滑套；連接前述彈性滑道的質(zhì)量中心點(diǎn)和前述鋼體的油阻尼器，該形狀記憶彈性輪廓線模型用于導(dǎo)出物體的位置及形狀。
3.一種光學(xué)傳感器，其特征在于，它包括發(fā)出激光的激光二極管；制作線形光的圓柱形透鏡；使前述激光光束的光路變?yōu)樾本€形狀的反射鏡；觀察投影了線形激光的焊接試片；有選擇地使前述激光通過(guò)的帶通濾光器。
全文摘要
一種能抵抗焊接弧光、焊接飛濺及各種雜光所產(chǎn)生的噪聲的焊接線追蹤用光學(xué)處理方法。它進(jìn)行包括以下各階段的處理:形成形狀記憶彈性輪廓模型階段、將前述輪廓模型制作的近似于要捕捉的物體的圖像并大致放置在被捕捉的物體的圖像所應(yīng)放置的預(yù)想位置上的初如化階段、對(duì)應(yīng)于從前述被捕捉的物體的圖像發(fā)生的外部力使前述輪廓模型變形的階段、用該變形的模型導(dǎo)出被捕捉了的物體的圖像坐標(biāo)的階段。
文檔編號(hào)B23K9/127GK1182923SQ97122708
公開日1998年5月27日 申請(qǐng)日期1997年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月18日
發(fā)明者金在善 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社