基于視覺伺服的焊縫跟蹤系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著焊接制造自動化技術(shù)不斷提高，焊接制造工藝正經(jīng)歷著從手工焊到自動焊的過渡。傳統(tǒng)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(jī)器人化以及智能化已成為焊接行業(yè)的發(fā)展趨勢，采用機(jī)器人焊接已成為焊接自動化技術(shù)現(xiàn)代化的主要標(biāo)志。隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、勞動條件、環(huán)境保護(hù)要求的提高，實現(xiàn)焊接自動化與智能化已成為迫切需要。至于空間站、核環(huán)境、深水條件下的焊接作業(yè)，更需要使用智能化的焊接機(jī)器人。
　　 基于視覺傳感的焊

2、縫跟蹤技術(shù)具有獲得信息大、可靠性高、使用廣等特點(diǎn)，結(jié)合計算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)，大大增加了焊接機(jī)構(gòu)的外部適應(yīng)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(tǒng)標(biāo)定、焊縫圖像處理識別和焊縫跟蹤伺服控制系統(tǒng)設(shè)計等技術(shù)進(jìn)行了深入研究。
　　 在建立焊縫跟蹤自動控制系統(tǒng)時，本文設(shè)計了視覺伺服傳感裝置。并采用主動視覺傳感技術(shù)，設(shè)計了基于激光技術(shù)的視覺傳感圖像采集裝置，以滿足視覺傳感器在室內(nèi)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(diǎn)，選擇了波長為650nm的半導(dǎo)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(xù)的要求。
　　 焊縫跟蹤系統(tǒng)一方面要以較高的位置和姿態(tài)精度沿著焊縫移動焊槍，另一方面在控制過程中要不斷協(xié)調(diào)焊接工藝參數(shù)，對運(yùn)動軌跡進(jìn)行精確控制。焊縫識別系統(tǒng)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(xiàn)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(fù)原、圖像二值化及圖像邊緣檢測等技術(shù)。根據(jù)實際焊接情況，本文在一些算法上進(jìn)行了改進(jìn)，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(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)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(guān)鍵線程響應(yīng)時間的前提下進(jìn)行維護(hù)和升級。在焊接圖像識別

5、過程中設(shè)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(jié)果分為4種情況進(jìn)而分類識別。并根據(jù)識別出的V型坡口接頭采用SUSAN角點(diǎn)檢測算法對其進(jìn)行特征參數(shù)提取。焊縫跟蹤伺服系統(tǒng)采用MC9S12XDP512作為主控芯片，主要包括有光電隔離模塊、電機(jī)驅(qū)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(jī)接口模塊等。由于對焊接操作過程的精確要求，本文設(shè)計了雙閉環(huán)負(fù)反饋控制模型。外環(huán)控制器是速度控制器，內(nèi)環(huán)控制器是電流控制