接都可能給操作者帶來危險，所以在進行焊接時必須采取適當?shù)姆雷o措施。焊接給人體可能造成的傷害包括燒傷、觸電、視力損害、吸入有毒氣體、紫外線照射過度等。同時由于人工操作的特殊性，以及人工操作容易受外界因素的影響，人工焊接的效率較低，而且，每一個焊接工人的焊接培訓力度和焊炬經(jīng)驗參差不一，導致他們的焊接質(zhì)量也不統(tǒng)一。
[0017]由此可見，現(xiàn)有技術中的人工焊接模式存在諸多弊端，為了保障焊接質(zhì)量的可靠性，需要采取機器焊接的方式替代人工焊接，這要求焊接機器能夠自行實時檢測出焊縫的位置和焊炬的位置，確定二者的偏差，以偏差為控制基礎，控制焊炬移動到焊縫位置進行焊接。即，對于焊縫的自動跟蹤系統(tǒng)已經(jīng)成為目前焊接領域研宄的重點之一。
[0018]本實用新型搭建了一種跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制系統(tǒng)，通過焊炬定位傳感器實時確定焊炬的當前位置，通過有針對性的圖像采集和處理技術完成對焊縫中心線位置的檢測，并進一步采用焊炬驅(qū)動器以基于焊接位置和焊縫位置的偏差，驅(qū)動焊炬移動到焊縫位置進行焊接，整個過程不需要人工操作，提高了焊接的效率和質(zhì)量。
[0019]圖1為根據(jù)本實用新型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)構方框圖，所述控制系統(tǒng)包括:(XD攝像頭1、圖像采集卡2、圖像處理器3、嵌入式處理器4、焊炬驅(qū)動器5和供電設備6，所述嵌入式處理器4與所述CCD攝像頭1、所述圖像采集卡2、所述圖像處理器3、所述焊炬驅(qū)動器5和所述供電設備6分別連接，所述圖像采集卡2與所述CCD攝像頭I和所述圖像處理器3分別連接。
[0020]其中，所述CCD攝像頭I用于拍攝待焊接設備的焊件圖像，所述圖像采集卡2用于對所述焊件圖像執(zhí)行圖像預處理操作，輸出預處理圖像，所述圖像處理器3對所述預處理圖像執(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4基于所述焊縫中心線位置向所述焊炬驅(qū)動器5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，所述供電設備6用于為所述控制系統(tǒng)提供電力供應。
[0021]接著，繼續(xù)對本實用新型的跟蹤焊縫位置的焊炬位移控制系統(tǒng)的具體結(jié)構進行進一步的說明。
[0022]所述控制系統(tǒng)還包括:焊炬，采用氧氣和中低壓乙炔作為焊接熱源，對待焊接設備進行焊接，焊接處為待焊接設備中的焊縫中心線位置。
[0023]所述控制系統(tǒng)還包括:焊炬位置傳感器，包括電磁式接近開關，用于實時確定焊炬的當前位置。
[0024]所述控制系統(tǒng)還包括:攝像光源，設置在所述CXD攝像頭I上，為所述CXD攝像頭I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I周圍環(huán)境的亮度成反比。
[0025]所述控制系統(tǒng)還包括:存儲器，用于預先存儲二值化閾值和黑點數(shù)量閾值，還用于預先存儲標定線上限灰度閾值和標定線下限灰度閾值，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，所述標定線上限灰度閾值和所述標定線下限灰度閾值用于將圖像中的標定線和背景分離，標定線在被拍攝目標上的位置為已知數(shù)據(jù)。
[0026]所述控制系統(tǒng)還包括:顯示器，與嵌入式處理器4連接，用于顯示復合圖像。
[0027]所述圖像采集卡2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I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。
[0028]所述圖像處理器3與所述存儲器和所述圖像采集卡2分別連接，所述圖像處理器3包括焊縫檢測器件、標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。
[0029]所述標定線識別器件與所述灰度化處理器件和所述存儲器連接，將所述預處理圖像中灰度值在所述標定線上限灰度閾值和所述標定線下限灰度閾值之間的像素識別并組成標定線圖案，所述焊縫位置確定器件與所述焊縫檢測器件和所述標定線識別器件分別連接，測量所述焊縫中心線與所述標定線圖案的相對位置，基于所述相對位置和所述標定線在所述待焊接設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)。
[0030]所述嵌入式處理器4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5分別連接，基于所述焊縫中心線位置和所述焊炬的當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5，所述焊炬驅(qū)動器5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。
[0031 ] 所述嵌入式處理器4還與所述CXD攝像頭1、所述焊縫檢測器件和所述標定線識別器件分別連接，將所述標定線圖案、所述焊縫中心線復合到所述焊件圖像上以組成復合圖像。
[0032]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。
[0033]其中，所述控制系統(tǒng)中還可以包括:無線收發(fā)接口，用于與遠端的焊接監(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，所述無線收發(fā)接口還可以與所述嵌入式處理器4連接，以將所述復合圖像無線發(fā)送給所述焊接監(jiān)控平臺，所述無線收發(fā)接口還可以包括編碼器，以在將所述復合圖像無線發(fā)送給所述焊接監(jiān)控平臺之前，對所述復合圖像執(zhí)行壓縮編碼，可選擇地，所述壓縮編碼采用的編碼標準是MPEG-2或MPEG-4。
[0034]另外，圖像編碼指的是，在滿足一定保真度的要求下，對圖像數(shù)據(jù)的進行變換、編碼和壓縮，去除多余數(shù)據(jù)減少表示數(shù)字圖像時需要的數(shù)據(jù)量，以便于圖像的存儲和傳輸。即以較少的數(shù)據(jù)量有損或無損地表示原來的像素矩陣的技術。圖像壓縮編碼可分為兩類:一類壓縮是可逆的，即從壓縮后的數(shù)據(jù)可以完全恢復原來的圖像，信息沒有損失，稱為無損壓縮編碼；另一類壓縮是不可逆的，即從壓縮后的數(shù)據(jù)無法完全恢復原來的圖像，信息有一定損失，稱為有損壓縮編碼。
[0035]另外，MPEG標準主要有以下五個，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7 及 MPEG-21等。MPEG專家組建于1988年，專門負責為CD建立視頻和音頻標準，而成員都是為視頻、音頻及系統(tǒng)領域的技術專家。及后，他們成功將聲音和影像的記錄脫離了傳統(tǒng)的模擬方式，建立了 ISO/IEC11172壓縮編碼標準，并制定出MPEG-格式，令視聽傳播方面進入了數(shù)碼化