焊接过程中的视觉检测和信号处理技术

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：图5-2-28 焊缝跟踪控制系统总体流程框图初始检测模块主要完成运动机构的初始化以及跟踪起始点坐标定位、焊接距离设定、跟踪速度设定等，该部分是完成焊缝跟踪任务的基础。焊接时借助强烈弧光照亮焊枪行走方向前端的一段焊缝，CCD视觉传感器就可以采集到比较清晰的图像。

焊接过程视觉检测及信号处理目前主要用于焊缝自动跟踪控制，基于视觉的焊缝跟踪控制系统设计的总体思路为：利用面阵CCD传感器采集弧焊过程的原始图像，将传感器采集的图像信号利用高分辨率的A/D转换器件转换成数字量；在Windows操作系统下，利用C++编程工具，先将采集到的图像信号经过预处理和滤波处理，提取焊接图像信号中的边缘信息，然后通过识别找出焊缝中心点位置，得到焊枪偏差控制量，将该控制量送到自动行走机构或机器人，采用PID等控制算法实现反馈控制。采用条形激光视觉传感器进行焊缝跟踪的原理图，如图5-2-27所示。激光光源和焊枪固定在机器人的手腕上，使条形激光的中点对应焊接电弧的位置，同时也对应焊接接头中心位置。若焊接电弧与焊接接头中心产生偏离，根据激光图形可以得到电弧与焊缝中心线的偏离方向和偏差量大小等信息，根据这些信息，控制器及执行机构实时调节电弧与焊缝的相对位置以便消除偏离。

图5-2-27 视觉传感器焊缝跟踪控制系统原理图

根据焊缝跟踪控制系统的功能要求，焊缝跟踪软件一般采用面向对象的设计思想，进行模块化的程序设计。整个系统按功能划分可分为运动机构的上电初始检测、CCD视觉传感器采集图像、图像预处理、边缘检测、特征点提取、偏差检测、系统控制以及结果回显等功能模块，焊缝跟踪控制系统总体流程框图如图5-2-28所示。

图5-2-28 焊缝跟踪控制系统总体流程框图

初始检测模块主要完成运动机构的初始化以及跟踪起始点坐标定位、焊接距离设定、跟踪速度设定等，该部分是完成焊缝跟踪任务的基础。

焊缝跟踪系统开始加电检测完成后，进入图像采集模块。在开始采集图像前，要先确定采集图像的起始点，因为在CCD视觉传感器镜头前加装了滤光片之后，采集的图像在没有焊接弧光照亮时是漆黑一片，所以起始点的选择要在上滤光片之前完成。焊接时借助强烈弧光照亮焊枪行走方向前端的一段焊缝，CCD视觉传感器就可以采集到比较清晰的图像。

图像经过预处理后进入边缘检测模块，检测出焊缝和熔池边缘点，得出边缘特征点的位置坐标和焊缝中心点的位置坐标，并计算焊缝中心点与前一幅图中得到的基准点的偏差值，控制部分可采用PID等控制算法。

软件系统还有一些辅助分析功能，如焊接过程采集图像的回显，焊缝模拟跟踪基准确定等。这些功能可以得到实际的焊接曲线和焊接过程中的偏差检测情况，对这些结果进行分析就可以方便地发现跟踪过程中的问题，以便在下次跟踪中避免同样的问题再次出现。

焊接过程中的视觉检测和信号处理技术

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