基于視覺伺服的焊縫跟蹤系統研究.pdf

1、隨著焊接制造自動化技術不斷提高，焊接制造工藝正經歷著從手工焊到自動焊的過渡。傳統的手工焊接操作是最為辛勞的工種之一。焊接過程自動化、機器人化以及智能化已成為焊接行業的發展趨勢，采用機器人焊接已成為焊接自動化技術現代化的主要標志。隨著現代社會的發展，產品質量、生產效率、勞動條件、環境保護要求的提高，實現焊接自動化與智能化已成為迫切需要。至于空間站、核環境、深水條件下的焊接作業，更需要使用智能化的焊接機器人。
　　 基于視覺傳感的焊

2、縫跟蹤技術具有獲得信息大、可靠性高、使用廣等特點，結合計算機視覺和圖像處理技術，大大增加了焊接機構的外部適應能力。本文將視覺伺服方法引入到焊縫跟蹤的研究中，對所涉及的視覺傳感系統標定、焊縫圖像處理識別和焊縫跟蹤伺服控制系統設計等技術進行了深入研究。
　　 在建立焊縫跟蹤自動控制系統時，本文設計了視覺伺服傳感裝置。并采用主動視覺傳感技術，設計了基于激光技術的視覺傳感圖像采集裝置，以滿足視覺傳感器在室內光源和弧光兩種光源下取像的需要

3、。通過分析MIG焊和C02焊弧光的光譜特點，選擇了波長為650nm的半導體激光器作為光源。與之相配套，選擇了波長為650nm半帶寬為15nm的激光窄帶濾光片及減光片。此裝置既能滿足CCD視覺傳感器光敏范圍的要求，又能滿足輸出功率連續的要求。
　　 焊縫跟蹤系統一方面要以較高的位置和姿態精度沿著焊縫移動焊槍，另一方面在控制過程中要不斷協調焊接工藝參數，對運動軌跡進行精確控制。焊縫識別系統采用TMS320DM642作為主控芯片，主要

4、包括有視頻編/解碼模塊、存儲模塊以及通信模塊等，實現了焊縫圖像的采集、處理與識別。焊縫圖像處理涉及到灰度直方圖、圖像平滑、圖像銳化、圖像復原、圖像二值化及圖像邊緣檢測等技術。根據實際焊接情況，本文在一些算法上進行了改進，得到了較好的效果，提高了焊縫識別的精度。并將DSP/BIOS尺寸可裁剪的實時多任務操作系統內核嵌入到TMS320DM642中，能夠更好地滿足實時性要求以及在不影響某些關鍵線程響應時間的前提下進行維護和升級。在焊接圖像識別

5、過程中設計了一種多線段近似的分裂算法，把V型坡口接頭輪廓分割結果分為4種情況進而分類識別。并根據識別出的V型坡口接頭采用SUSAN角點檢測算法對其進行特征參數提取。焊縫跟蹤伺服系統采用MC9S12XDP512作為主控芯片，主要包括有光電隔離模塊、電機驅動模塊、正交編碼模塊、信號整形模塊、RS232/CAN通信模塊以及人機接口模塊等。由于對焊接操作過程的精確要求，本文設計了雙閉環負反饋控制模型。外環控制器是速度控制器，內環控制器是電流控制