基于视觉传感的焊缝跟踪控制系统

基于视觉传感的焊缝跟踪控制系统

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文　章　编　号　：　" （　）　! " # $ " # % & # " " " " ! $ " " " ! $ " ’

　试　验　与　研　究 　　!

基　于　视　觉　传　感　的　焊　缝　跟　踪　控　制　系　统　

高　向　东　，　黄　石　生　

（　华　南　理　工　大　学　机　电　工　程　系　焊　接　中　心　，　广　东　广　州　% ）　! " ( ) "

摘　要　：　研　究　一　种　智　能　型　焊　缝　跟　踪　控　制　系　统　，　采　用　视　觉　传　感　器　* 测　弧　焊　区　，　并　通　过　图　像　处　理　准　确　识　别　焊　缝　位　置　，　同　时　设　计　一　个　参　* + 检　数　自　调　整　模　糊　控　制　器　对　焊　枪　运　动　进　行　控　制　，　有　效　地　提　高　了　焊　缝　跟　踪　精　度　。　模　糊　控　制　关　键　词　：　视　觉　传　感　；　焊　缝　跟　踪　；* 　* + ；　中　图　分　类　号　：, 　- ) ) ) . # )

文　献　标　识　码　：/ 　

精　确　的　焊　缝　跟　踪　是　保　证　焊　接　质　量　的　首　要　关　键　。　焊　接　过　程　由　于　存　在　弧　光　、　飞　溅　等　因　素　，　给　准　确　地　获　取　焊　缝　造　成　较　大　困　难　。　目　前　提　取　焊　缝　信　息　的　常　用　传　感　器　有　

［　电　弧　式　、　机　械　式　、　温　度　式　和　光　电　式　传　感　器　等　! ］　，　其　中　

工　作　台　用　以　模　拟　一　个　节　直　角　坐　标　式　机　器　人　本　# 关　由　直　线　运　体　，　焊　枪　达　到　空　间　位　置　的　两　个　运　动（　　! 、　" ）　动　构　成　，　并　由　两　台　步　进　电　机　驱　动　。* 　* + 摄　像　机　前　安　装　有　滤　波　系　统　，　利　用　电　弧　和　熔　池　自　身　光　谱　辐　射　，　并　通　过　选　择　特　定　的　辐　射　频　域　，　得　到　弧　焊　区　图　像　。　电　弧　区　图　像　信　息　以　视　频　信　号　形　式　被　输　入　至　B ，　5 4 ! C 4 6 D 7 图　像　卡　工　控　机　对　图　像　进　行　处　理　，　得　到　焊　缝　偏　差　信　号　，　经　过　模　糊　推　理　，　由　接　口　电　路　步　进　电　机　驱　动　电　源　E F ! ( * ! " ! 向　发　出　相　应　的　控　制　信　号　，　实　现　焊　枪　运　动　的　控　制　。　像　处　理　及　焊　缝　位　置　检　测　" 图　

取　的　弧　焊　区　原　始　图　像　，　图　像　视　频　图　#为　* * + 摄　

信　号　经　图　像　卡　转　换　为　数　字　信　号　，　用　G 位　二　进　制　表　示　灰　度　，　对　应　黑　色　，　% 应　白　色　，　用　# % ( 个　" # % 对　!" " H G " 个　像　素　对　熔　池　前　端　的　焊　缝　区　域　进　行　处　理　。　在　焊　缝　跟　踪　系　统　中　，　焊　枪　与　* 像　机　为　刚　性　联　接　，　焊　接　前　焊　* + 摄　枪　在　摄　像　中　的　坐　标　是　确　定　的　，　因　此　通　过　检　测　焊　缝　位　置　即　可　得　到　焊　缝　中　心　与　焊　枪　的　偏　差　，　此　偏　差　作　为　模　糊　控　制　器　的　输　入　量　。

视　觉　传　感　器　由　于　可　以　远　离　强　光　、　强　热　区　，　采　集　信　息　量　大　，　受　到　人　们　的　青　睐　。　本　文　研　究　一　种　基　于　视　觉　传　感　的　焊　缝　跟　踪　控　制　系　统　，　采　用　最　接　近　人　眼　功　能　的　视　觉　传　感　器　，　通　过　* * + 直　接　拍　摄　电　弧　来　获　取　焊　缝　位　置　信　息　

缘　算　子　图　像　处　理　方　法　准　确　提　取　焊　缝　位　置　，　并　0 1 2 2 边　有　效　地　解　决　了　直　接　拍　摄　电　弧　法　的　可　靠　性　问　题　。　

焊　枪　运　动　的　控　制　是　实　现　焊　缝　精　确　跟　踪　的　另　一　项　关　键　技　术　，　采　用　自　调　整　模　糊　控　制　器　来　控　制　焊　枪　，　可　在　不　知　道　控　制　对　象　精　确　数　学　模　型　的　情　况　下　，　仅　通　过　检　测　焊　

［　

缝　跟　踪　偏　差　进　行　模　糊　推　理　，　作　出　最　优　控　制　决　策　# ］　。　同　

’　时　，　考　虑　到　图　形　式　操　作　环　境　，　在　中　文　3 4 5 6 7 8 9 : % 环　境　下　，　应　用　程　序　设　计　语　言　0 究　4 ; 2 7 9 7 < = > 4 9 ? 1 @ * A A研　开　发　焊　缝　跟　踪　控　制　系　统　，　人　机　界　面　良　好　，　为　实　现　焊　缝　跟　踪　过　程　的　智　能　化　提　供　了　理　论　和　试　验　依　据　。　验　装　置　工　作　原　理　! 试　

试　验　装　置　主　要　包　括　三　部　分　：（　　! ）　；　* * + 摄　像　机　（　）　工　控　机　；（　　’ ）　焊　接　工　作　台　，　如　图　示　。

　# ! 所　

图　焊　区　图　像　" 弧　

图　像　处　理　一　般　包　括　量　化　、　图　像　预　处　理　和　图　像　识　别　等　步　骤　，　量　化　由　B 像　卡　完　成　，　图　像　处　理　的　5 4 ! C 4 6 D 7 图　主　要　工　作　是　对　焊　缝　图　像　进　行　预　处　理　和　图　像　识　别　，　以　期　获　取　焊　缝　位　置　的　精　确　信　息　。　图　像　预　处　理　包　括　图　像　变　换　、　图　像　增　强　和　图　像　恢　复　，　图　像　识　别　包　括　图　像　分　割　和　

图　缝　跟　踪　系　统　结　构　图　! 焊　

收　稿　日　期　：　: ! : : ! " I ! " !

基　金　项　目　：　国　家　自　然　科　学　基　金　（　，　广　东　省　自　然　科　学　基　金　（　% : G I % " # " ）　: G " ( ’ " ）　和　图　像　信　息　处　理　与　智　能　控　制　教　育　部　开　放　研　究　实　验　室　基　金　

（　）　资　助　项　目　, J K L : : " (

边　缘　提　取　等　。　针　对　弧　焊　图　像　处　理　过　程　，　下　面　主　要　论　述