一種跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接，也稱作熔接、镕接，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的制造工藝及技術(shù)。焊接一般通過下列三種途徑達(dá)成接合的目的:(I)加熱欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷卻凝固后便接合，必要時可加入熔填物輔助；(2)單獨加熱熔點較低的焊料，無需熔化工件本身，借焊料的毛細(xì)作用連接工件(如軟釬焊、硬焊)；(3)在相當(dāng)于或低于工件熔點的溫度下輔以高壓、疊合擠塑或振動等使兩工件間相互滲透接合(如鍛焊、固態(tài)焊接)。
[0003]目前的焊接操作一般是人工方式進行，焊接人員帶上防護面罩，手持焊炬，即焊槍，憑借肉眼觀察焊接工件上的焊接縫隙線，將焊炬放置在所述焊接縫隙線位置上執(zhí)行焊接，這種人工焊接的方式存在以下弊端:(1)由于焊接條件經(jīng)常改變，例如強烈的弧光輻射、高溫、煙塵等，會導(dǎo)致焊接人員的動作變形，使得焊炬偏離焊縫，導(dǎo)致焊接質(zhì)量下降；(2)人工焊接的方式工作效率低下，容易給焊接人員帶來嚴(yán)重的人身傷害。
[0004]因此，需要一種跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制方法，能夠替代人工焊接的模式，采用機器自動跟蹤焊縫，將焊炬自適應(yīng)地移動到焊縫位置以實施焊接，從而達(dá)到提高焊接精度和效率，避免造成人員事故的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制方法，引入焊炬定位系統(tǒng)和圖像識別系統(tǒng)對焊炬的位置和焊縫的位置進行準(zhǔn)確確定，基于焊炬的位置和焊縫的位置之間的差異確定焊炬驅(qū)動信號的內(nèi)容，從而移動焊炬到達(dá)正確的焊接位置執(zhí)行焊接，提高焊接控制的自動化水平。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制方法，該方法包括下列步驟:1)提供一種跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括CCD攝像頭、圖像采集卡、圖像處理器、嵌入式處理器和焊炬驅(qū)動器，所述CCD攝像頭用于拍攝待焊接設(shè)備的焊件圖像，所述圖像采集卡與所述CCD攝像頭連接，用于對所述焊件圖像執(zhí)行圖像預(yù)處理操作，輸出預(yù)處理圖像，所述圖像處理器對所述預(yù)處理圖像執(zhí)行焊縫位置識別操作，輸出焊縫中心線位置，所述嵌入式處理器與所述圖像處理器和所述焊炬驅(qū)動器分別連接，基于所述焊縫中心線位置向所述焊炬驅(qū)動器發(fā)出焊炬驅(qū)動信號，所述焊炬驅(qū)動信號用于驅(qū)動焊炬移動；以及2)運行所述系統(tǒng)。
[0007]更具體地，在所述跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制系統(tǒng)中，還包括:焊炬，采用氧氣和中低壓乙炔作為焊接熱源，對待焊接設(shè)備進行焊接，焊接處為待焊接設(shè)備中的焊縫中心線位置；焊炬位置傳感器，包括電磁式接近開關(guān)，用于實時確定焊炬的當(dāng)前位置；攝像光源，設(shè)置在所述CCD攝像頭上，為所述CCD攝像頭的拍攝提供照明，所述攝像光源的光源強度與所述CCD攝像頭周圍環(huán)境的亮度成反比；存儲器，用于預(yù)先存儲二值化閾值和黑點數(shù)量閾值，還用于預(yù)先存儲標(biāo)定線上限灰度閾值和標(biāo)定線下限灰度閾值，所述二值化閾值在0-255之間，所述二值化閾值用于將灰度化圖像處理為二值化圖像，所述標(biāo)定線上限灰度閾值和所述標(biāo)定線下限灰度閾值用于將圖像中的標(biāo)定線和背景分離，標(biāo)定線在被拍攝目標(biāo)上的位置為已知數(shù)據(jù)；顯示器，與嵌入式處理器連接，用于顯示復(fù)合圖像；所述圖像采集卡包括對比度增強器件、中值濾波器件和灰度化處理器件，所述對比度增強器件與所述CXD攝像頭連接，用于將所述焊件圖像執(zhí)行對比度增強處理，輸出增強焊件圖像，所述中值濾波器件與所述對比度增強器件連接，基于3X3像素矩陣的中值濾波窗口對所述增強焊件圖像執(zhí)行中值濾波，輸出濾波焊件圖像，所述灰度化處理器件與所述中值濾波器件連接，對所述濾波焊件圖像執(zhí)行灰度化處理，輸出所述預(yù)處理圖像，所述對比度增強器件、所述中值濾波器件和所述灰度化處理器件集成在一塊FPGA芯片上；所述圖像處理器與所述存儲器和所述圖像采集卡分別連接，所述圖像處理器包括焊縫檢測器件、標(biāo)定線識別器件和焊縫位置確定器件，所述焊縫檢測器件與所述灰度化處理器件和所述存儲器連接，基于所述二值化閾值將所述預(yù)處理圖像處理為二值化焊件圖像，所述焊縫檢測器件對所述二值化焊件圖像的每一列像素進行檢測，如果一列像素中黑點像素的數(shù)量大于等于所述黑點數(shù)量閾值，則該列像素為焊縫像素列，針對每條焊縫像素列，所述焊縫檢測器件對所述二值化焊件圖像中與這條焊縫像素列垂直的每一行像素進行檢測，檢測出其中黑點像素最多的一行像素，將檢測出的像素行與這條焊縫像素列的交點作為焊縫中心點，將所有的焊縫像素列的焊縫中心點組成焊縫中心線，所述標(biāo)定線識別器件與所述灰度化處理器件和所述存儲器連接，將所述預(yù)處理圖像中灰度值在所述標(biāo)定線上限灰度閾值和所述標(biāo)定線下限灰度閾值之間的像素識別并組成標(biāo)定線圖案，所述焊縫位置確定器件與所述焊縫檢測器件和所述標(biāo)定線識別器件分別連接，測量所述焊縫中心線與所述標(biāo)定線圖案的相對位置，基于所述相對位置和所述標(biāo)定線在所述待焊接設(shè)備上的已知位置確定焊縫中心線位置，所述焊縫檢測器件、所述標(biāo)定線識別器件和所述焊縫位置確定器件分別采用不同的FPGA芯片來實現(xiàn)；所述嵌入式處理器與所述焊炬位置傳感器、所述焊縫位置確定器件和所述焊炬驅(qū)動器分別連接，基于所述焊縫中心線位置和所述焊炬的當(dāng)前位置確定焊炬位移，并將焊炬位移包括在所述焊炬驅(qū)動信號以發(fā)送給所述焊炬驅(qū)動器，所述焊炬驅(qū)動器基于所述焊炬驅(qū)動信號驅(qū)動所述焊炬按照所述焊炬位移移動，所述嵌入式處理器還與所述CCD攝像頭、所述焊縫檢測器件和所述標(biāo)定線識別器件分別連接，將所述標(biāo)定線圖案、所述焊縫中心線復(fù)合到所述焊件圖像上以組成復(fù)合圖像；其中，所述二值化閾值用于將灰度化圖像處理為二值化圖像包括，將所述二值化閾值與灰度化圖像中的每一個像素的灰度值比較，灰度值小于所述二值化閾值的像素，用O表示該像素的像素值，該像素為黑點，灰度值大于等于所述二值化閾值的像素，用I表示該像素的像素值，該像素為白點。
[0008]更具體地，在所述跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制系統(tǒng)中，還包括:無線收發(fā)接口，用于與遠(yuǎn)端的焊接監(jiān)控平臺建立雙向通信鏈路連接，以接收所述焊接監(jiān)控平臺發(fā)送的控制指令。
[0009]更具體地，在所述跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制系統(tǒng)中，所述無線收發(fā)接口還與所述嵌入式處理器連接，以將所述復(fù)合圖像無線發(fā)送給所述焊接監(jiān)控平臺。
[0010]更具體地，在所述跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制系統(tǒng)中，所述無線收發(fā)接口還包括編碼器，以在將所述復(fù)合圖像無線發(fā)送給所述焊接監(jiān)控平臺之前，對所述復(fù)合圖像執(zhí)行壓縮編碼。
[0011]更具體地，在所述跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制系統(tǒng)中，所述壓縮編碼采用的編碼標(biāo)準(zhǔn)是MPEG-2或MPEG-4。
【附圖說明】
[0012]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述，其中:
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實施方式】
[0014]下面將參照附圖對本發(fā)明的跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制系統(tǒng)的實施方案進行詳細(xì)說明。
[0015]根據(jù)具體的焊接工藝，焊接可細(xì)分為氣焊、電阻焊、電弧焊、感應(yīng)焊接及激光焊接等其他特殊焊接。焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。除了在工廠中使用外，焊接還可以在多種環(huán)境下進行，如野外、水下