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申请/专利权人：吉林大学

摘要：本发明提供了一种焊缝缺陷识别与自动补焊方法，包括以下步骤：将待补焊焊缝摆放好，所述待补焊焊缝可以是对接焊缝或者角接焊缝；按照既定的示教轨迹和既定的拍摄帧率，将CDD工业相机的一字形激光线垂直投射到所述待补焊焊缝上，对所述待补焊焊缝不断拍摄图像，获取图片数据流；对每帧图像进行处理，获得所述待补焊焊缝的几何形貌和尺寸；提取所述待补焊焊缝的特征点；焊缝缺陷位置判断；设定阈值，以剔除掉无需补焊的焊缝；补焊焊接轨迹拟合；补焊焊接参数控制。

主权项：1.一种焊缝缺陷识别与自动补焊方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将待补焊焊缝摆放好，所述待补焊焊缝是对接焊缝或者角接焊缝；步骤S2、按照既定的示教轨迹和既定的拍摄帧率，将CDD工业相机的一字形激光线垂直投射到所述待补焊焊缝上，对所述待补焊焊缝不断拍摄图像，获取图片数据流；步骤S3、对每帧图像进行处理，获得所述待补焊焊缝的几何形貌和尺寸；步骤S4、提取所述待补焊焊缝的特征点：对于对接焊缝，焊缝特征点为焊趾左特征点、焊趾右特征点、焊缝最高点：焊趾左特征点、焊趾右特征点均为拐点，利用斜率法获取： 式中，k斜是像素点的斜率，u为像素横坐标，v为像素纵坐标；当k斜最大时，对相应的u，v坐标为焊趾左特征点像素坐标u对左，v对左；当k斜最小时，对相应的u，v坐标为焊趾右特征点像素坐标u对右，v对右；焊缝最高点利用像素纵坐标查找法进行获取：当v最大时，对相应的u，v坐标为焊缝最高点像素坐标u最高，v最高；对于角接焊缝，焊缝特征点为母材左平面特征点、焊趾左特征点、焊趾右特征点和母材右平面特征点：母材左平面特征点、焊趾左特征点、焊趾右特征点为左右导数异号，利用斜率法获取：从左向右沿着像素横坐标u进行扫查，当k斜第一次出现跳跃时，对相应的u，v坐标为母材左平面特征点像素坐标u母左，v母左；当k斜第二次出现跳跃时，对相应的u，v坐标为焊趾左特征点像素坐标u角左，v角左；当k斜第三次出现跳跃时，对相应的u，v坐标为焊趾右特征点像素坐标u角右，v角右；定义线激光右端点为母材右平面特征点，激光右端点对相应的u，v坐标为母材右平面特征点像素坐标u母右，v母右；通过预定在系统内的相机标定参数、手眼标定参数、结构光平面参数，依次将各特征点的像素坐标转化为焊接六轴机器人运动坐标系下的坐标：x对左，y对左，z对左、x对右，y对右，z对右、x最高，y最高，z最高、x角左，y角左，z角左、x角右，y角右，z角右、x母左，y母左，z母左和x母右，y母右，z母右；步骤S5、焊缝缺陷位置判断：对于对接焊缝，主要识别的是焊缝的凹陷缺陷，判定标准如下：①焊缝余高h0.85*理论余高；其中，h＝z最高-z对左+z对右2；②函数Z的二阶导在区间[y对左，y对右]内的二阶导数有两个及两个以上零点；其中，Z＝fy是每帧焊缝图像中结构光线所对应的z与y的函数关系；当同时满足条件①②，方可判定其为缺陷焊缝；对于角接焊缝，主要识别的是焊缝的形状缺陷，判定标准如下：①a*-a＞1.5mm或b*-b＞1.5mm；其中，a*、b*为标准尺寸，a为点x角左，y角左，z角左到原点的距离，b为点x角右，y角右，z角右到原点的距离；②函数Z的二阶导在区间[y角左，y角右]内的二阶导数有两个及两个以上零点；其中，Z＝fy是每帧焊缝图像中结构光线所对应的z与y的函数关系；③ZykZ直yk；其中，yk为在区间[y角左，y角右]内函数Z所有的二阶导数为零时自变量y的值；函数Z直y为过点y角左，z角左、y角右，z角右的直线；当满足条件①或同时满足条件②③时，方可判定其为缺陷焊缝；步骤S6、设定阈值，使焊缝缺陷起始点至终止点的距离大于一定值时才认定为缺陷焊缝，以剔除掉无需补焊的焊缝；步骤S7、补焊焊接轨迹拟合：对接焊缝的补焊焊接轨迹拟合：对于凹陷的焊缝缺陷，取每帧图像缺陷区域焊缝最高点坐标x最高，y最高，z最高为焊接位置，将其由起始点至终止点拟合成一条焊接轨迹；角接焊缝的补焊焊接轨迹拟合：若满足条件a*-a＞1.5mm，则每帧图像取点x角左，y角左，z角左为焊接位置，将其由起始点至终止点拟合成一条焊接轨迹；若满足条件b*-b＞1.5mm，则每帧图像取点x角右，y角右，z角右为焊接位置，将其由起始点至终止点拟合成一条焊接轨迹；将同一种缺陷类型的焊缝按照所在位置排序，并按照位置顺序添加序号标记，在补焊焊接起始点，添加气体控制及起弧命令，在焊接终止点添加熄弧命令并将焊枪调整至安全位置；步骤S8、补焊焊接参数控制：焊接电流根据焊丝直径和板厚来进行选择，对于识别的焊缝缺陷，序号为n，缺陷起始点坐标为x起，y起，z起，缺陷终点坐标为x终，y终，z终，缺陷处的方程为z下＝fy，标准焊缝上表面的方程为z上＝fy；缺陷序号n的焊接体积：有： 上述两公式合并可得送丝速度： 式中：α：熔覆效率；M：熔敷金属质量；I：焊接电流；t：缺陷序号n的焊接时间；ρ：熔敷金属密度；d：焊丝直径；又因为：M＝Vρ 由上述四公式可得焊接速度： 式中：L：缺陷长度。

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