激光焊接焊缝跟踪系统的总体方案

PAGE23“激光”一词是“LASER”的翻译。LASER是英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRzadiation的缩写。1964年，钱学森院士提议取名为“激光”，到这时“LASER”在我国才有了自己的专属名字，“激光”既反应了受激辐射的现象，又表明了它是一种很强烈的新光源，得到了我国科学界的一致认同，并沿用至今。激光技术的发展历程可大致分为受激辐射的概念提出，微波普朗学的创立。微波激射器的问世、激光器诞生以及激光技术的发展这五个过程。在1900普朗克提出的“量子”假说之后，爱伊斯坦在这基础上再次提出了“光量子”假说，认为辐射不仅是在发射和吸收过程以量子的形式存在，而且辐射本身也是由光量子组成。在1909年爱因斯坦进一步分析了普朗克定律从而得出了这样得到结论：光不仅具有波动性，而且还具有出粒子性，从而首次提出了光的波粒二相性的。再到1911年，卢瑟福提出类似的原子结构的核模型理论。再到1913年波尔在此基础上提出了原子结构假说：原子只能处于有由分立能级所表征的一系列状态上，当原子发射后吸收频率为u的辐射时，原子能量变化微为E2-E1，但波尔并没能说明原子是如何从一个状态到达另一个状态的。爱因斯坦在波尔的理论基础上，更深的研究了物质与辐射之间的相互作用，在1916年给出了能级之间能态的作用关系，其中给提出了受激发射的概念，为激光技术提供了理论基础。1954年，汤斯和他的学生古尔德合作制成了第一台脉塞，脉塞的成功，证明了受激辐射原理技术应用的可行性，同时也促使科学家们对于可见光应用这方面探索与研究的可行性。但是由于可见光的波长要比微波波长短得多，要求谐振腔的制作精密度也相当的高。所以在1960年5月，在休斯公司研究实验室工作的美国科学家。梅曼用红宝石棒作为激光工作物质，在棒两端镀银反射层构成谐振腔，用高强度闪光灯作光泵，激励红宝石晶体内的铬原子，制造出了世界第一台可以工作的红宝石激光器。近几年来，激光技术得到了飞速的进展，由激光衍生出了很多的技术，比如激光切割，激光打标，激光焊接，激光覆熔，微加工等比较高端，比较精密的加工工艺技术。就拿激光焊接技术来说;激光焊接是利用高能激光脉冲对微小区域的材料进行局部加热，利用激光辐射的能量通过热传导扩散到材料中，熔化材料，形成特定的溶池，达到焊接目的。主要针对薄壁材料和精密零件的焊接，可以实现电焊、对焊、搭焊接焊、密封焊等。但由于加工的精度比较高，往往不是肉眼就能见到的，这是就要在焊接机上面增添一个焊缝跟踪系统了。跟踪系统是;主要使用激光器、光学传感器和中央处理器，利用光学传播与成像原理，得到激光扫描区域内各个点的位置信息，通过复杂的程序算法完成对常见焊缝的在线实时检测。对于检测范围，检测能力以及针对焊接过程中的常见问题都有相应的功能设置。设备通过计算检测到的焊缝与焊枪之间的偏差，输出偏差数据，由运动执行机构实时纠正偏差，精确引导焊枪自动焊接，从而实现对焊接过程中焊缝的智能实时跟踪。光学焊缝跟踪的优点有：（1）.确保安全焊接和完美焊缝（2）.降低热负荷（3）.提高生产率（4）.可以使焊枪处于理想位置（5）.可补偿生产、设备和操作公差（6）.对于复杂的焊件，可减少编程工作（7）.可实现一致的和可复现的连接1激光焊接焊缝跟踪系统的总体方案总体设计要求对于激光焊接焊缝跟踪系统研究，我根据自己的能力，在结合自己现在所拥有的器件，以及对于器件的熟悉程度，我设计的是一个由算法控制机械运动的以达到焊接精准性的设计，采用了CCD相机定位系统对其进行拍照定位，然后将算法传给PLC，由PLC驱动机械手臂进行焊接，后再由CCD对焊接效果进行拍照后在对其焊接效果进行定位检查。所以主要的原件有：CCD相机，PLC系统，显示屏，机械手臂，具体要求如下：（1）CCD相机进行实物拍照定位；（2）PLC对所得到的算法进行运动控制；（3）机械手臂收到PLC发来的控制信号后，对其信号做出焊接反应；（4）具有相关的控制键；（5）进行再次CCD定位拍照复查。整体的系统设计流程图如图1-1所示。图1-1系统设计流程图基于视觉技术的焊缝跟踪系统如图1-1所示，主要有三个组成部分，分别是视觉传感和控制系统给出算法，驱动器驱动机械手臂焊接。在焊缝跟踪过程中，视觉传感器获得的焊缝的图像信息（有CCD对实物进行采集），并将信息传输到计算机（在图像处理过程中由计算机给出算法），计算机对图像进行图像处理，减少图像的噪声污染，并加强焊缝特征信息的信号，通过一定的算法提取焊缝特征点。计算机对于此类信号进行算法处理，最后获得驱动信号控制焊具运动，实现焊缝跟踪过程实时控制。本次设计与制作的硬件电路主要是围绕CCD相机，PLC控制系统，机械手臂这三个电路图进行搭线，其他的如按键电路，电源电路，信号收集电路都比较容易。系统软件包括：本次设计的所用到的程序辅助有用于编写程序等等，用于实现电路仿真的protues。软件设计包括：CCD定位系统参数设置，PLC控制系统设计，PLC监视系统设计，机械手臂运动信号接收系统设计，PLC控制程序，按键控制程序，电源供电程序，CCD相机图片采集程序。1.2模块搭建1、焊接接头的安装，公差为缝对齐偏于宽松。焊缝的宽度是重要的考虑因素。上材料的形式熔合区，使一个良好的激光焊接的材料可以通过将前置材料在顶部被焊接到少合适的材料。2、激光焊接机在激光焊接的过程中，由于填充材料很少被用到，被焊接的部分处理是很必要的。在对接和缝焊，激光能被施加到材料的交界处，减少热量输入和失真，并允许较高的处理速度。然而，这些对接接头必须符合标准，这往往限制了激光对焊接要圆形部件，它可以打开，关闭的公差和压装前的焊接在一起。3、对于PLC点位要有一定的认识，在导入PLC程序时要注意，PLC所在的位置和所导入的文件。在PLC里找到对应的串口连接。1.3本章小结本章主要是将设计的总体方案进行了一下思路的总结以及对于构成进行了说明，将设计以硬件和软件两个方面分开来设计构思进行开展工作以便形成思路的条理性，由浅入深的掌握相关知识，为后面的硬件的连接、软件的调试打下基础，以方便进一步的工作。对于系统的设计思路，主要是来源于网上和图书馆的相关资料文献以及实习工作中所了解到的激光焊接跟踪系统的知识，在对其进行总结归纳后，提出了一套适合自己情况的设计思路。然后再对系统的元件进行确认，最后对系统应该有的程序模块进行设想，并对编写程序的软件进行说明。对于之后的工作，会以确保能够达到预期的要求为目的，如果实际状况与理论出现的差异，则要分析误差的来源、尽力排查问题，也可以及时向老师和同学寻求帮助，也可以在网上寻找相关的问题，遇到一个问题，只有有了大致的思路方向，才能够有效率有质量的去完成。本章主要内容是介绍了该课题设计与制作的思路以及总体的设计方案，为实现相关功能的所需模块的说明，突出此次设计方案在便携性，实用性，等方面的优点，最终确认了设计方案。2硬件模块的选型及设计2.1总体设计方案本课题的设计任务:整个系统的运作，主要是以PLC的控制为核心，其余模块功能的实现也是通过PLC控制之后经过算法来实现的。由CCD对其实物进行拍照定位分析后，再由传感器将被测物理量转化为与之有对应用处的信号。以算法的形式传到PLC控制系统上面。然后，由PLC控制系统对其信号进行预处理，比如坡口深度、坡口角度、焊缝间隙值等，并通过相应的计算，得到焊缝截面积的数值。然后根据所得到的信息去由PLC去驱动机械手臂运动焊接。再然后根据焊锡丝送丝速度与焊接电流的相关特性，可以计算出在一定的时间内所需要送丝的长度与所消耗的焊丝长度，即可计算出焊丝填充的体积，填充的量是否能达到要求，以达到对焊接监控的目的。该整套流程中最主要的是CCD相机的定位，首先有由CCD相机对实物进行整体的抓拍，以找出焊接的特征点，并将此参数发送给控制系统，然后由控制系统对接收信息后针对不同部位输出不同焊接参数，在然后由焊接设备（机械手臂）对不同的参数进行焊接，最后再由CCD对焊缝进行复检，当得到的数值一致后上传数据。然后显示完成焊接任务。这里介绍我们以一种最精细化的材料为例，即手机开关按键为例。如图2-1所示，在这个例子中可以看到，所需要焊接的东西体积非常小，如果要我们人为的焊接的是无法达到工艺要求的，这时我们就需要的了能精密加工的激光仪器来进行焊接。首先需要CCD对其进行拍照，将所需要焊接的点位确定下来，然后有相机系统将信号传给控制卡，再由控制卡对机械手臂进行控制完成焊接。图2-1手机按键激光焊接本次焊接跟踪的思路总体如下：第一步，首先CCD相机进行拍照并提取照片骨架，实际上是得到激光图像中最有效像素信息。图像中每个像素点就代表了实际空间。若得到焊缝的骨架信息，就要找到代表这条激光带的骨架特征点，利用骨架提取就可是实现这样的操作，如图2-2所示。图2-2骨架提取第二步，特征点的提取;由于采取的焊缝图像不连续，如图2-3所示。首先要进行的是对提取的线段进行拟合，找出两条线段的交点。此点即为特征点，而一种材料的焊接需要上百个特征点，所以需要重复这个步骤上百次。图2-3特征点提取第三步，将此特征点以信号的形式传到PLC控制系统上面，由PLC给出相应的算法参数，去控制机械手臂的运动。根据其要求以及所要得到的各项数据和实现方法如下：(1)利用CCD拍照提取骨架，然后提取特征点。(2)在PLC控制系统上对CCD系统传送过来的信号进行算法分析，然后又以电信号的形式传给机械手臂，以驱动手臂运动。(3)将所焊接完成的材料在传送出来。系统框图如图2-4所示。PLC对算法进行分析CCD复检PLC对算法进行分析CCD复检CCD拍照提取特征点0提取特征点0图2-4系统框图2.2硬件仿真实验本课题无论是软件还是硬件都涉及得比较多，需要用到仿真软件对其进行实验验证。验证和仿真是为了后面模型的搭建和后期在做实物搭建减少材料是消耗，也为后期对于电路问题的改造能得到方便，以减少不必要的时间浪费。仿真实验还有个好处就是比较容易看懂，比较直观。2.2.1模型搭建第一步是机械手臂的模型搭建，机械手臂作为整个课题中唯一的执行系统，他的精准度搭建是很重要的，无论是线的排布，还是运动框架的布置都是很有讲究的，因为线路的布置与机械手臂的灵活性是分不开的，线路太乱会影响手臂焊接点位的精确度。运动框架与激光器的焦点还有后面相机模块的焦距调整都有关系。第二步，相机的搭建;这一步非常关键，因为整个过程是先由相机对物体进行定位拍照的，所以相机拍出来的照片清晰度是后面步骤能否进行的关键。而这一切又与机械手臂的位置有所联系，相机焦距要是调的不好会使后面的去骨架，抓特征点都抓不完整。导致后面的成品达不到要求。本次课题说实用的CCD是线阵的，结构简单，成本价较低。可以同时存储一行电视信号，由于其感光单元的数目可以做得很多，在同等测量精度的前提下，其测量范围可以做的比较大，并且由于线阵CCD实时传输光电变换信号和自描速度快、频率响应高，能够实现动态测量，并能在低照度下工作，所以线阵CCD广泛地应用在产品尺寸测量和分类、非接触尺寸测量、条形码等许多领域。第三步，PLC的搭建;PLC作为整个设计的控制系统加，无论是在PLC的搭建还是PLC的点位对点是都不能出现思路不清晰。本课题所用的是德维森公司的V80系列PLC本体从16点到40点，是一个较为简易的，里面的算法很少。第四步，按键模块的安装，因为PLC是比较简易的PLC，所以在这里按键也会比较简易，PLC编程器各功能键索引FUN—功能键、AND—串联（与）键、OR—并联（或）键、CNT—计数器键、LD—起始键、OUT—输出线圈键、TIM—计时器键、TR—暂存继电器键、LR—链接继电器键、HR—保持继电器键、DM—数据储存通道、CH—通道键、CONT—检索键、CHG—更改键、SRCH—查找键、SET—强制输出、DEL—删除键、MONTR—监控键、RESET—强制复位键、INS—插入键、CLR—清除键、WRITE—写入键、上针键、下针键。2.2.2电路的设置一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器的两端接入晶振再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地。如图2-4所示。图2-5PLC电路设计晶振与单片机的脚XTAL2和脚XTAL1构成的振荡电路中会产生偕波，为了电路的稳定性，ATMEL公司建议在晶振的两处引脚接上两个10pf-50pf的陶瓷电容接地，以此减免偕波对电路的稳定性的影响，所以晶振所配的电容在10pf-50pf之间都可以的。2.2.3相机、激光器对焦CCD相机自动对焦自动对焦有两类方案：主动对焦和被动对焦。主动对焦通过测量镜头与被拍摄目标之间的距离来实现自动对焦。通常相机上装有红外线发射和探测器，红外发射器发射的红外线照射到被摄物体，经物体反射的红外线由探测器接收，由此获得相机与被摄物之间的距离，根据高斯成像公式进行计算物距和像距进行调焦。被动对焦利用相机图像的清晰度作为评价标准进行自动对焦。微动机构带动镜头在光轴方向移动，ccd实时拍摄图像并将图像传给后端的MCU进行清晰度的评定，寻找到清晰度的最佳位置进行定焦。关于清晰度的评价有多种方案，最简单易行的是计算图像的锐度，对目标区域的图像进行微分/拉普拉斯算子处理，锐度最大值所对应的镜头位置即为对焦的最佳位置。两种方案各有优劣，主动式对焦对光滑斜面对焦困难同时对远距离的被摄体对焦困难，而被动对焦对弱光下以及细线条的被摄体对焦困难。可将两种方案结合使用，互相弥补不足。激光器对焦:相对于来说激光器对焦就没啥技巧性可言了，用九点标记发去找出激光器光斑最亮，最明显的地方，那就是激光器的焦点。2.3机械手电路的设计气动机械手动作示意图，其功能是将工件从A处移送到B处。气动机械手的升降和左右移行分别使用了双线圈的电磁阀，在某方向的驱动线圈失电时能保持在原位，必须驱动反方向的线圈才能反向运动。上升、下降对应的电磁阀线圈分别是YV2、YV1，右行、左行对应的电磁阀线圈分别是YV3、YV4。机械手的夹钳使用单线圈电磁阀YV5，线圈通电时夹紧工件，断电时松开工件。通过设置限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别对机械手的下降、上升、右行、左行进行限位，而夹钳不带限位开关，它是通过延时1.7s来表示夹紧、松开动作的完成的。如下图所图2-6机械手设计图机械手系统的程序总体结构如图2-6所示，分为公用程序、自动程序、手动程序和回原位程序等四部分。其中自动程序包括单步、单周期和连续运行的程序，因它们的工作顺序相同，所以可将它们合编在一起。2-7机械手总结构2.4PLC的安装1、电源安装需注意的问题PLC系统的电源有两类：外部电源和内部电源。外部电源是用来驱动PLC输出设备和提供输入信号的，相同一台PLC的外部电源有很多规格的电源。外部电源的电源容量与性能由输出设备和PLC的输入电路决定。因为PLC的I／O电路都具有滤波、隔离功能，所以外部电源对PLC性能影响不大。因此，对外部电源的要求不高。内部电源是PLC的工作电源，即PLC内部电路的工作电源。它直接能影响到PLC的好坏。因此，对于内部电源的要求非常的高。一般PLC的内部电源都采用开关式稳压电源或原边带低通滤波器的稳压电源。在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用带屏蔽层的隔离变压器，对PLC系统供电。还可以在隔离变压器二次侧串接LC滤波电路。同时，在安装时还应注意以下问题：（1）PLC和I/O电源之间最好采用带有抗干扰的线，以免受到干扰；（2）系统的动力线应该选大号的线，以降低设备线路的压力；（3）PLC最好采用稳压电源，以保证正确的信号的稳定，否则可能使PLC接收到错误的信号。2、I/O端接线要求（1）plc输入，输出要分开走线，开关和其他线路也要分开走线。走线的时候尽量采用屏蔽线，屏蔽层应设置一端接地，接地端的电阻应该小于传送端的电阻。（2）输入接线A、输入接线不要太长。尽量减小外界对于线内传输的干扰。B、输入和输出不能用同一条线以避免不必要信号失真。C、尽可能采用触点接线法，避免线头之间相互连通。（3）输出连接A、输出端接线分为单线输出和多线输出两种。在不同种中，可采用不同类型的输出线分开区分。在同一输出中尽量要走线简单。B、由于PLC的输出元件被封装版盒子里的，因此要小心接线以避免将烧毁印制电路板。C、在采用继电器输出时，应该先了解继电器所能承受的电感性负载的大小，以避免继电器损坏。D、PLC在输出负载会产生干扰，因此要对于此采取措施加以控制，用直流输出来保护续流管，用交流输出的阻容来吸收电路。3、选择正确的接地点，第一点，以避免偶然的发生的电压冲击伤害。第二点，为了抑制干扰。4、PLC程序的导入（1）在计算机里找到Gppw.gpj安装包，然后点击安装并打开。（2）进入plc页面后在工具栏里找到--在线，然后点击在线进入串口通信设置页面。（3）在串口通信页面里在串行里选择所需要连接的串口端口。（4）确认好plc串口后再回到主页面，点击在线然后选择plc录入，会弹出一个窗口选MAIN（主程序）和plc参数，选择完成后单击“执行”即可。2.5本章小结本章主要介绍的内容是本次设计的硬件元件的一些相关知识，在每个主要元件下介绍其在设计中起到的作用和使用方法，这样是为了之后在连接电路时减少对硬件部分认识不足的。在本章中的重点是实验仿真的那一块，这块的电路搭建直接影响到了后面的进度。在焊接焊缝跟踪系统研究的设计方案中，PLC为指令执行控制都来只CCD相机的定位，抓取骨架，然后提取特征点，并将此信息发送给了控制系统PLC，再由PLC给出算法，再将指令送给驱动系统，再由驱动系统去执行指令。在硬件电路安装，连接时，应该首先用仿真软件走几遍，并将电路图全部画到仿真软件里，这样可以有利于确定每个元器件的位置，并PLC对点时能减少对点的错误率，为后面的机台调试减少了不必要的步骤，而且焊接的时候对于位置的把控会更加有把握，减少了重焊，漏焊的现象。在连接完成之后，如若出现了问题，就使用万用表等工具对每个焊点进行逐一的排查，避免出现问题。3跟踪系统的构建及其软件的设计3.1程序流程图设计通过对系统的预计功能的仿真了解，设计系统的流程框图，该图将整个焊接焊缝跟踪系统的程序运行过程进行一个大致的说明，这是为了在之后的程序编写过程中能够对每个小程序进行时编写有明确的目的，有条理的联合各个程序模块，主程序如图3-1所示。PLCPLC控制系统的搭建与算法参数的输入CCD相机定位系统焊接成品的检测拍照焊接成品的检测拍照机械手驱动系统的搭建机械手驱动系统的搭建图3-1主程序流程图程序中包括最开始的初始化程序，和后面的相机图片骨架的提取和特种点的提取的程序，以及后面的PLC控制系统程序，还有机械手臂运动的程序。3.2PLC系统的安装plc控制系统的安装与调试，涉及到各项工作，并且只能按序进行，一环紧扣一环，稍有不慎都将导致调试失败，不但延误工期，甚至会损坏设备。(1)PLC的实验室安装与开通制作金属支架，将各工作站的输入、输出模块固定其上，按安装提要以同轴电缆将各站与主机、编程器、打印机等相连接，检查接线正确，供电电源等级与PLC电压选择相符合后，按开机程序送电，装入系统配置带，确认系统配置，装入编程器装载带、编程带等，按操作规程将系统开通，此时即可进行各项操作试验。(2)键入工作程序(3)模拟I/O输入、输出，检查修改程序本步骤的目的在于验证输入的工作程序的正确性，该程序的逻辑所表达的工艺设备的联锁关系是否与设计的工艺控制要求相符，程序是否畅通。若不相符或不能运行完成全过程，说明程序有误，应进行修改。在这一过程中，对程序的理解将逐步加深，为现场调试作好了准备，同时也可以发现程序不合理和不完善的部分，以便进一步优化。（4）PLC的现场安装与检查实验室调试完成后，待条件成熟，将设备移至机械安装。安装时应符合要求，插件插入牢靠，并用螺栓紧固；电线要统一型号，不能混用，必要时要用仪器检查线路信号衰减量，其衰减值不超过技术资料提出的指标；测量一些端口是否导通；检查供电电源等等，并做好记录，待确认所有各项均符合要求后，才可通电开机。3.3相机定位系统的搭建视觉定位系统的软件开发部分主要由图像获取、摄像机标定和获取发送目标点的坐标三部分组成。(1)图像获取视觉定位系统采用的都是千兆网接口的CCD相机，连接到硬件设备后，只要对参数进行相应的设置，既可以获得图像。(2)骨架提取计算机视觉的任务就是从摄像机获取的图像信息中计算出物体二维骨架的信息，然后重建和识别物体。然后采取的焊接激光图像不连续，首先要进行的是对提取的直线进行拟合，找出两条线的交点。(3)获取和发送目标点的特征视觉定位系统的目标就是为了在实物图片里找出图片的特征点，然后把摄像机获得的标定与图像在机械手上的参数相互结合联系起来，所以现在只要知道目标物，就可以知道它的位置是在什么地方，就能快速的实现检验。3.4机械手控制系统的安装机械手一般分为两个子系统:机械系统和控制系统。机械系统又可分为结构设计，驱动系统和传感系统。机械手的控制系统决定了机械手的灵活性。控制系统必须满足以下几个的条件：（1）.必须要有足够的输入输出端口。例如，一具有9个自由度的低级手，其驱动器至少需要9路模拟输出端口，且要有9路从角度编码器的输入端口。如再加上每个手指上的力传感器、触觉传感器及物体状态传感器的话，则端口数量将增加号几倍。（2）.需具备对外部事件快速实时反应的能力。例如，当检测到物体滑落时，能立即采取相应的措施。（3）.需具备较高的计算能力以应对一些不同的任务。如可以对多指及物体并行执行路径规划、坐标转换及闭环控制等任务。（4）.控制系统的体积要小，以便能够将其直接集成到操作系统当中。（5）.在控制系统与驱动器及传感器之间必须要电气短接。特别是对传感器来说，若没有的话，很多的干扰信号将会干扰传感器信号。3.5本章小结本章主要的工作是设计软件运行的流程图，为之后的软件编写提供一个明确的思路，在设计好具体的流程图之后，就是对于控制代码编辑。对于定位代码的编辑较为简单，只用写一段图片骨架的提取代码，还有一个是特征点提取的代码。然后两段程序整合在一起使用，然后对于一些数字参数的录入。本章重点在于对控制系统PLC程序的编写，首先是设置初始值（复位键），定义一些数据。然后就是程序中的显示程序、延时程序、写命令程序、初始化程序等等其中最重要的当相机系统讲数据上传过来后要对于其的一些算法的设定。和后面复检时对于点位焊接效果的判断，在编写程序时，出现了一些问题，导致程序出现错误不能正常的运行，譬如在编写PLC控制系统程序时，没有设置启动程序和复位程序，这样会导致程序陷入了死循环。在编写延时程序时，由于讲错误的算法加进去导致程序出现了在编写程序的时候，由于没有注意输入法，导致最后的编译过程有错误，这些都是编写程序时一些错误。在编程序的时候，应该尽量把程序分成一个个小模块，这样才能够逐个攻破，需要注意的是在进行调试的时候需要注意每个程序之间的先后顺序。4跟踪系统的调试4.1焊接参数的设定在焊接之前，首先由相机位给出0-6的6个点位处焊接速度的程度以及电流大小（送丝速度）、焊接的电压大小等，然后利用插补运算计算出每小段的焊接参数量，从而分别对不同的焊接参数进行实时插补计算。整个过程都是在计算机里完成。电压影响着焊接电弧的稳定性、熔滴过渡形式、焊缝形状及飞溅量大小。焊接速度影响着熔深、熔宽和余高均量的大小，影响着焊缝的成形。4.2相机的点位定点与传统焊接技术相比，激光焊接在质量和效率等方面都具有明显优势。因为光焊接污染小，焊缝比较小，所做的东西比较高精密性。因此，对于焊缝的跟踪是激光焊接中非常重要的。所以CCD视觉是激光焊机跟踪的重要手段之一，通过多次拍照处理，可了解到焊接溶池动态图像，从而获得溶池的特征参数。这样可以实时的了解焊缝路径偏差与溶池特征参数的变化，然后再将参数送到控制系统。相机定位主要是跟曝光测光有关。单点对焦或者中央定点对焦，只对指定焦点处进行测光，保证焦点处曝光正确，其他位置不管。广域则是大范围，多个对焦点测光后，通过机内算法确定一个平均曝光值。局域或者中央重点类似于多点，只是范围稍小，以某点或某些点为标准，这点或这些点附近多少尺寸内范围进行测光并计算出平均曝光值。当曝光值和相机焦点位置都调到最佳点位处是，将此位置记录下，并录入电脑中。此时的位置就是相机位置的定点。图4-1相机定位图4.3对于图片骨架提取方法与相应的算法介绍关于骨架提取，现存的算法有很多种。其中最常用的是K3M算法，该算法分为两块：第一块，不断腐蚀，提取出伪骨架（部分区域有两层像素宽度，但已经很接近真实骨架）第二块，提取伪骨架，每次迭代共有6步。不断迭代，直至某次迭代的过程，目标边界中没有新的像素被腐蚀，那么此时，剩余的目标图像真实骨架。然后就是在为后面提取特征点做好准备。图像的骨架似乎没有严格的数学定义，可认为是图像细化的产物。目前已经有很多细化算法，这些算法得到的骨架可能略有差异。本文采用K3M算法。此算法是采用迭代腐蚀边界的一类算法，该类算法主要是，从二维图像中边缘部位开始逐渐向中心腐蚀的思想，物体就会被逐步细化，但是在此过程中会对于一些特定的东西进行保留，以确定腐蚀结束后，剩下的最后一像素宽的图像为图像的骨架。这些条件的确定没有统一的标准，各个算法采取了不同的方案。一般来讲，为了满足计算的速度要求和算法的准确，迭代中算法会对图像边界上某点的3*3邻域内进行检查，判断是否满足要求。K3M算法在每次迭代中需要进行三次检查（1）标记出图像的边界，（2）如果该点的邻域中有3个点相邻，删除该点，（3）如果在该点有四个以上的点相邻，删除此点。4.4机械手的定点焊接根据所掌握的数据显示，机械手是按CCD相机所提取的特征点来进行焊接的，它与按坐标轴的焊接方法不同，提取特征点的方法对于相机的精准定位系统要求非常的高，它要求相机能将图片所有的特征点进行精准的定位，并且反复的筛选，最终确认所要焊接的点位。这个过程对于算法系统也要很高的要求。然后在根据算法系统给出的指令，进行焊接。这样的焊接有优点也有缺点，优点在于:在对于大型的机器，特别是特征点比较明确的，它能快速找准位置，快速的进行焊接，这样节约了大量的时间，提高了产量。缺点在于:所需要的相机分辨率比较高，成本很高，并且在焊接比较精密的器件或者特征点不是很明显的物料时，有可能会漏掉某些点位。4.5最终进程本次设计由于材料上面的准备不足，导致比较偏于理论性的东西。对于PLC的控制系统这一块，由于设备比较大，也比较复杂，所以并没想将其作为重点要讲的项目。本次设计的重点在于如何对焊缝的定位到，如何提取定位的特征点这一块，以及采用何种算法。4.6本章小结本章的主要目的是对各种点位定位的确定，以及对一些数据的对比，从而优化自己所设计的系统，以为后面检测的工作减少负担。在和以往现有的数据作对比时，我发现不论是软件，还是硬件方面的数据都比现有的数据有所偏差，而且我在调试的过程中还发现相机所抓拍的特征点位不全，在很多地方的特征点都没有抓拍到，有时候还会出现特征点抓拍出错，导致机械手在接收控制系统所发给的指令是无法做出相应的焊接动作，甚至有时候连控制系统都无法发送指令。从所拥有的数据