对视觉传感在自动焊接中的应用.pdf

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1、学兔兔www.xuetutu.com42一■技术交流石油与化工设备一2010年第13卷视觉传感在自动焊接中的应用杜红亮，兰春林(1．黑龙江建龙钢铁有限公司轧钢厂，黑龙江双鸭山155126)(2．轻工业杭州机电设计研究院，浙江杭州310004)[摘要]基于视觉传感的焊缝自动跟踪控制系统利用L06滤波和二值化法消除图像中的噪声并把光带图像从背景中提取出来。采用边界取平均值法抽取光带的中心线，用斜率分析法检测出特征点。利用PID与神经元网络实现焊枪的自动控制，实现了响应快、无静差、自适应以及稳定性性能俱佳的效果，并使其能够满

2、足焊缝跟踪系统的要求。[关键词]视觉传感；自动控制；图像处理；焊缝跟踪1传感器工作原理视觉传感器工作原理如图1所示。系统主要由CCD摄像机、光发射器、栅格挡板组成。光发射器发射一定波长的光源，经栅格形成三条一定形图2焊缝图像处理步骤p状的光带(结构光)后，投射到工件表面的焊缝上，光带随坡口形状发生相应的形变，并在工件2．1LOG滤波处理上方漫反射⋯。工件表面反射后形成的光条纹被设二维高斯函数为：CCD摄像机所接收，接收的光带二维图像所反映1兰的就是光条纹位置与焊缝中心的二维位置关系。C(x，)：‘^_P一2其形状是二维

3、空间内倒悬着的钟的形状，其中。为高斯函数的空间分布系数，它决定了下垂的钟壁的斜率，即决定了其开口范围的大小。对该函数取拉氏变换，则得二维LOG滤波器的函数形式为：VGc=窘+=f一2用该LOG滤波器对输入图像F(X，y)进行卷积运算后输出为：图1视觉传感器工作原理图F，)=』』VG，p—Oc，—p2焊缝信息的图像预处理在实际图像采集过程中，原始图像上存在大量由飞溅、焊接烟尘等产生的噪声信号，这些噪=P-cx,y-~)声信号会严重干扰特征信号，不利于特征量的提取，即使在没有起弧的情况下采集到的图像质量一]比较高，但是在传

4、输和转换等过程中也会受到诸一2e。厂一0c，Y—p)&邡J如电磁效应等影响，造成图像的降质，况且实际工件表面存在铁锈、划痕、油渍斑点等干扰，也由上式可知，滤波结果由正、负两项组成。会对焊缝信息的提取造成影响]。因此在提取图像若适当选择。值，使得正项的作用区域恰巧与光特征前都要对图像进行处理。一般的图像处理过带的宽度相等，那么就可以保证该滤波器在光带程分为图像预处理和图像后处理。焊缝信息图像作者简介：杜红亮(1982--)，男，辽宁阜新人，20O5年毕业于处理流程如图2所示。学兔兔www.xuetutu.com第8期杜红

5、亮等视觉传感在自动焊接中的应用．43．．的中心位置具有最大的响应。由此可见，LOG滤分别如图4、图5所示。波器很适合用于宽度恒定的结构光图像的滤波处理。由于结构光图像中的光带通常都是近似平行于图像的行或列，因而为简化计算，决定采用一维LOG滤波器来处理图像。一维LOG滤波器的函数形式为：1一—X2，、Gx)=—．=_e、2兀o一维LOG滤波器的形状如图3所示。G)图4原始图像f。{--V图3一维LOG滤波器的形状图用上述的LOG离散滤波器对输入图像进行处图5LOG滤波二值化后图像理后，对于在列方向上尺寸远远大于或小于结

6、构3光带图像中心线及特征点的提取光带宽度的干扰噪声，具有较强的滤除效果。经过LOG滤波二值化处理就可以得到一幅含2．2二值化处理有结构光带信息的边缘图像。但由于它存在一定图像分割是图像处理的重要手段，其中最为的宽度，因此不能直接用于特征点的检测，必须简单和有效的是阈值处理，即通过选择一个或几抽取结构光带的中心线及特征点。个合适的灰度阈值从图像中把目标区域与背景区3．1中心线提取域分开I。Hough变换通过在笛卡儿坐标系和参数之问的二值化处理是一种灰度处理算法，对于给变换来实现，在直角坐标系X，v平面的一条直线，定的阈值

7、，程序将灰度大于给定阈值的点变成白变换到参数空间后对应一个点『6]，这样，直角坐标点，另外的点变成黑点，经处理后图像变为只有系上的一条直线上的所有点经过变换后都成为参数黑白二色的二值图像。图像的二值化即在图像空间中的一个点，通过检~lJHough变换后图像中的灰度级范围内确定一个阈值T，使二值化后图像峰值点，可以确定直角坐标系上的直线。g(x，y)表示如下：直线V=ax+b可用极坐标表示为：，、rzssiff(x，y)>Tg(x’y户弋0ifffx，v)

8、示算法基本思想是先求出图像灰度平均值T。作原点到直线的距离，0是该直线的法线与X轴的夹为初始阈值，再根据T。将图像分为目标与背景两角，如图6所示。对于(x，y)空间中的任一点(xi，yi)部分，分别求出它们的平均灰度T、T，然后根据采用极坐标(p，0)作为变换空间，其变换方程为：T。、T得到新的平均阈值，比较两阈值，若相同则阈值确