基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法
【專利摘要】一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法，涉及一種自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法，系統(tǒng)包括濾光模塊、攝像頭、嵌入式處理器，濾光模塊包括隔熱玻璃、濾光片，隔熱玻璃、濾光片依次設(shè)置在焊接工件與攝像頭之間，攝像頭與嵌入式處理器連接，嵌入式處理器與焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)連接；方法是采用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)實(shí)時(shí)對(duì)相鄰的圖像幀進(jìn)行判斷，對(duì)評(píng)價(jià)函數(shù)構(gòu)成的圖像清晰度曲線采用爬坡法，實(shí)時(shí)調(diào)整攝像頭鏡頭的焦距倍率，使評(píng)價(jià)函數(shù)曲線點(diǎn)處于峰值位置，達(dá)到圖像清晰效果。本發(fā)明能夠在焊接過程中，不用借助外面光源就能夠準(zhǔn)確快速完成自動(dòng)焊接視頻對(duì)焦，其性能比較可靠，可適用于各種焊接。
【專利說明】基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法，特別是一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生產(chǎn)加工企業(yè)大量需要使用焊接技術(shù)。目前，許多焊接過程中由于工件本身構(gòu)造不同，使得焊接定位不精確影響焊接質(zhì)量。焊接跟蹤約束條件較大，自動(dòng)化跟蹤焊接相對(duì)水平不高。由于焊接過程中出現(xiàn)弧光輻射、高溫氣體、灰塵飛濺；表面結(jié)構(gòu)、工件熱變形等因素造成焊矩偏離焊縫。工作環(huán)境惡劣，要求弧焊機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)焊縫的偏差，并調(diào)整焊接路線和焊接參數(shù)。
[0003]而目前市場(chǎng)上普遍的自動(dòng)焊接機(jī)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)一般采用雙向接觸式焊縫跟蹤傳感器技術(shù)、光電傳感器技術(shù)、非接觸式超聲跟蹤技術(shù)等，這幾種技術(shù)都存在相對(duì)的優(yōu)缺點(diǎn)，如雙向接觸式跟蹤技術(shù)能夠直接探測(cè)到焊縫的位置，方法簡(jiǎn)單，但當(dāng)出頭運(yùn)行到焊點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生堵塞；光電傳感器技術(shù)在焊縫高低不平時(shí)，直接影響焊接質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)及其自動(dòng)聚焦方法，使其能夠在焊接過程中能夠快速對(duì)焦，獲取清晰的焊接熔池圖像信息。
[0005]解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，包括濾光模塊、攝像頭、嵌入式處理器，所述的濾光模塊包括隔熱玻璃、濾光片，該隔熱玻璃、濾光片依次設(shè)置在焊接工件與攝像頭之間，攝像頭與嵌入式處理器連接，嵌入式處理器還與焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)連接。
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述的隔熱玻璃設(shè)置在焊接工件與濾光片之間，用于隔離焊接熔池時(shí)產(chǎn)生的熱量；
所述的濾光片接收到焊接工件產(chǎn)生的弧光，濾除掉部分光線，只讓波長(zhǎng)與該濾光片峰值波長(zhǎng)相同的光線進(jìn)入攝像頭；
所述的攝像頭作為視覺感光傳感器，采集經(jīng)濾光片過濾后的光源數(shù)據(jù)信號(hào)，并將該光源數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為圖像視頻數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過Α/D轉(zhuǎn)化后輸入至嵌入式處理器，同時(shí)還根據(jù)嵌入式處理器輸出的調(diào)整焦距信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦；
所述的嵌入式處理器接收攝像頭傳輸來的圖像視頻數(shù)據(jù)信號(hào)并將該信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果或輸出調(diào)整焦距信號(hào)至攝像頭，或輸出清晰焊接熔池圖像信號(hào)至焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)。
[0007]所述濾光片的峰值波長(zhǎng)為6328A。
[0008]所述攝像頭的采集速度為50?70巾貞/秒。
[0009]本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是:一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的自動(dòng)聚焦方法，該方法是采用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)實(shí)時(shí)對(duì)相鄰的圖像幀進(jìn)行判斷，對(duì)圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)構(gòu)成的圖像清晰度曲線采用爬坡法，實(shí)時(shí)調(diào)整攝像頭鏡頭的焦距倍率，使圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線點(diǎn)處于曲線的峰值位置，達(dá)到圖像清晰效果；當(dāng)焊接熔池場(chǎng)景變化和圖像信息出現(xiàn)模糊使圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線點(diǎn)不處于曲線的峰值時(shí)，系統(tǒng)調(diào)整攝像頭鏡頭反向運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)搜索調(diào)整聚焦使圖像穩(wěn)定在最清晰處。
[0010]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:該方法包括以下步驟:
A.圖像預(yù)處理: 嵌入式處理器接收到攝像頭傳輸來的圖像視頻數(shù)據(jù)信號(hào)后，采用中值濾波法把選擇小區(qū)域的像素點(diǎn)的灰度值從小到大排列去其中間的灰度作為噪聲點(diǎn)的灰度值；
B.對(duì)相鄰的兩個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷:
采用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)相鄰的兩個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷，得出相鄰兩個(gè)圖像幀的評(píng)價(jià)函數(shù)值；
C.連續(xù)對(duì)多個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷:
采用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，連續(xù)對(duì)多個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷，得出多個(gè)圖像幀的評(píng)價(jià)函數(shù)
值；
D.判斷鏡頭運(yùn)動(dòng)方向:
根據(jù)評(píng)價(jià)函數(shù)值進(jìn)行分析，判斷攝像頭鏡頭的運(yùn)動(dòng)方向；
E.鏡頭調(diào)焦:
驅(qū)動(dòng)攝像頭鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整焦距倍數(shù)；
F.再次判斷聚焦峰值處:
再次使用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)判斷聚焦峰值處，調(diào)整攝像頭鏡頭的移動(dòng)步進(jìn)值；
G.判斷函數(shù)曲線點(diǎn)是否在函數(shù)曲線的峰值處:
對(duì)比圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線點(diǎn)是否在清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值處，若圖像不處于清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值，重復(fù)步驟B;若攝像頭鏡頭已經(jīng)超越走過清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值，則驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鏡頭反向運(yùn)動(dòng)，重復(fù)步驟C ;若3次來回跨過該清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值，則獲取到清晰焊接熔池圖像，嵌入式處理器將該清晰焊接熔池圖像信號(hào)傳輸至焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)，調(diào)焦結(jié)束。
[0011]所述的圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)采用灰度差分梯度函數(shù)，該灰度差分梯度函數(shù)為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，其特征在于:包括濾光模塊(I)、攝像頭(2)、嵌入式處理器(3)，所述的濾光模塊(I)包括隔熱玻璃(101)、濾光片(102)，該隔熱玻璃(101)、濾光片(102 )依次設(shè)置在焊接工件(5 )與攝像頭(2 )之間，攝像頭(2 )與嵌入式處理器(3 )連接，嵌入式處理器(3 )還與焊接設(shè)備(4 )的控制系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，其特征在于:所述的隔熱玻璃(101)設(shè)置在焊接工件(5)與濾光片(102)之間，用于隔離焊接熔池時(shí)產(chǎn)生的熱量; 所述的濾光片(102)接收到 焊接工件產(chǎn)生的弧光，濾除掉部分光線，只讓波長(zhǎng)與該濾光片峰值波長(zhǎng)相同的光線進(jìn)入攝像頭； 所述的攝像頭(2)作為視覺感光傳感器，采集經(jīng)濾光片過濾后的光源數(shù)據(jù)信號(hào)，并將該光源數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為圖像視頻數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過Α/D轉(zhuǎn)化后輸入至嵌入式處理器，同時(shí)還根據(jù)嵌入式處理器輸出的調(diào)整焦距信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦； 所述的嵌入式處理器(3)接收攝像頭傳輸來的圖像視頻數(shù)據(jù)信號(hào)并將該信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果或輸出調(diào)整焦距信號(hào)至攝像頭(2)，或輸出清晰焊接熔池圖像信號(hào)至焊接設(shè)備(4)的控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，其特征在于:所述濾光片(102)的峰值波長(zhǎng)為6328A。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)，其特征在于:所述攝像頭(2)的采集速度為50~70幀/秒。
5.一種基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的自動(dòng)聚焦方法，其特征在于:該方法是采用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)實(shí)時(shí)對(duì)相鄰的圖像幀進(jìn)行判斷，對(duì)圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)構(gòu)成的圖像清晰度曲線采用爬坡法，實(shí)時(shí)調(diào)整攝像頭鏡頭的焦距倍率，使圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線點(diǎn)處于曲線的峰值位置，達(dá)到圖像清晰效果；當(dāng)焊接熔池場(chǎng)景變化和圖像信息出現(xiàn)模糊使圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線點(diǎn)不處于曲線的峰值時(shí)，系統(tǒng)調(diào)整攝像頭鏡頭反向運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)搜索調(diào)整聚焦使圖像穩(wěn)定在最清晰處。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的自動(dòng)聚焦方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: A.圖像預(yù)處理: 嵌入式處理器接收到攝像頭傳輸來的圖像視頻數(shù)據(jù)信號(hào)后，采用中值濾波法把選擇小區(qū)域的像素點(diǎn)的灰度值從小到大排列去其中間的灰度作為噪聲點(diǎn)的灰度值； B.對(duì)相鄰的兩個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷: 采用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)相鄰的兩個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷，得出相鄰兩個(gè)圖像幀的評(píng)價(jià)函數(shù)值； C.連續(xù)對(duì)多個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷: 采用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)，連續(xù)對(duì)多個(gè)圖像幀進(jìn)行判斷，得出多個(gè)圖像幀的評(píng)價(jià)函數(shù)值； D.判斷鏡頭運(yùn)動(dòng)方向: 根據(jù)評(píng)價(jià)函數(shù)值進(jìn)行分析，判斷攝像頭鏡頭的運(yùn)動(dòng)方向； E.鏡頭調(diào)焦:驅(qū)動(dòng)攝像頭鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整焦距倍數(shù)； F.再次判斷聚焦峰值處: 再次使用圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)判斷聚焦峰值處，調(diào)整攝像頭鏡頭的移動(dòng)步進(jìn)值； G.判斷函數(shù)曲線點(diǎn)是否在函數(shù)曲線的峰值處: 對(duì)比圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線點(diǎn)是否在清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值處，若圖像不處于清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值，重復(fù)步驟B;若攝像頭鏡頭已經(jīng)超越走過清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值，則驅(qū)動(dòng)電動(dòng)鏡頭反向運(yùn)動(dòng)，重復(fù)步驟C ;若3次來回跨過該清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)曲線的峰值，則獲取到清晰焊接熔池圖像，嵌入式處理器將該清晰焊接熔池圖像信號(hào)傳輸至焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)，調(diào)焦結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于焊接熔池的數(shù)字相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的自動(dòng)聚焦方法，其特征在于:所述的圖像清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)采用灰度差分梯度函數(shù)，該灰度差分梯度函數(shù)為:
【文檔編號(hào)】B23K9/127GK104002020SQ201410183889
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】李水明, 邵長(zhǎng)春 申請(qǐng)人:柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院