智能相机在激光焊缝跟踪检测系统中的应用研究

本文以中国科学院知识创新工程重要方向项目“全自动激光拼焊成套装备关键技术研究与示范应用”及沈阳市科技攻关项目“激光视觉焊缝自动跟踪与质量检测系统”为依托，针对激光焊接这个难点问题，在广泛调研国内外研究现状的基础上，研究开发了一套激光视觉焊缝跟踪检测原理样机。本文主要包括以下四方面的工作：1焊缝跟踪系统的系统结构搭建；2图像处理方法研究；3图像处理方法在FPGA中的实现；4基于工业机器人的激光焊接实验 及结果分析。具体工作如下： 本文首先论述了应用于焊缝跟踪的线结构光视觉传感器检测原理，建立了激光焊缝跟踪检测系统实验平台。该平台由图像采集与处理模块、上位机系统、DSP控制器、伺服电机驱动器、伺服电机等五部分组成。 激光拼焊焊缝跟踪图像的处理方法是关键技术之一，直接影响系统的实时性，根据激光拼焊焊缝跟踪图像的特点设计了相应的图像处理算法，分析研究了基于数学形态学的焊缝跟踪结构光条纹图像增强算法，并根据本课题的特点提出了一种基于模板的边缘提取方法，能简洁快速地提取出单像素边缘，然后研究了结构光中心线提取算法以及焊缝特征点识别算法，最后通过仿真实验验证了该图像处理流程的有效性。 论文的重点在于图像处理方法在智能相机中的实时实现。跟踪系统对图像处理的实时性要求很高，传统的处理方法主要是在DSP中以软件编程的方式实现，速度难以进一步提高，本课题中通过在智能相机中的FPGA中构建一个SOPC系统，将基于硬件描述语言VHDL完成的图像预处理模块和基于Xilinx公司的microblaze软核的特征点提取模块集成在单片芯片上，实现了激光条纹特征点的实时提取，系统具有高度的灵活性与出色的功能。 最后对搭建的跟踪系统平台进行了实验研究，用实验验证了焊缝跟踪系统的性能，保证了该套系统能够满足实时跟踪的要求，可以达到预期的设计目标。