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应用背景
与传统焊接技术相比，激光焊接在焊接质量和效率等各方面都具有明显优势。
由于激光束的光斑直径较小，使得激光束准确对中焊缝成为实现高质量焊接的前提。
因此，准确跟踪焊缝是激光焊接的关键所在。
机器视觉检测是焊缝跟踪的主要方法之一，通过高速视觉传感器拍摄动态熔池图像序列，获取熔池特征参数，分析焊缝路径偏差与熔池特征参数之间的内在规律，建立焊缝路径与激光束偏差实时测量的视觉模型。
然后输出调整量给机器人控制器,控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。
应用优势
1、拍摄过程缓慢，可以获取高度清晰的熔池特征参数；
2、可以控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。
拍摄效果
科天健已有多款高速相机用于焊缝跟踪项目应用中中，下面介绍两款常用高速相机。
1、德国Optronis的CP80-4-M-500，该相机为Coaxpress接口，全分辨率为1696X1710下可达500fps，开窗分辨率为512X512时可达5000fps，它的这些特点可使拍摄画面更清晰，拍摄过程更缓慢。
图一CP80-4-M-500在5000fps@512X512下的拍摄效果
2、瑞士Photonfocus的MV-D1024E-160，该相机采用Photonfocus的LINLOG技术，动态范围高达120dB；在全分辨率1024*1024分辨率下可达150帧/秒；开窗分辨率256*256时，帧率达到2241帧/秒。
在Linlog功能下能有效抑制强等离子干扰，在焊机电压、电流较小时可直接用相机拍摄，无需光学辅助系统即可得到对比度较好的图像，借助光学辅助手段可得到高清晰的、细节清晰的图像。
图二MV-D1024E-160相机的拍摄效果。
Meta Vision Systems机器人用激光焊缝跟踪系统技术手册原作者：Jonathan Moore 翻译：Dr. Lin Sanbao (林三宝博士)前言尽管我们在编写这个手册时已经尽了最大努力，但是我们不接受任何由通过使用或者错误使用本手册中的信息，或者可能包含在本手册中的错误，而引发的责任和义务。
本手册所提供的信息只是用于培训的目的。
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埋弧焊焊缝视频摄像传感器自动跟踪系统
李云峰;张志金;宫文彪;段志发;邹国旗
【期刊名称】《焊管》
【年(卷),期】2006(029)001
【摘要】简单分析了螺旋焊管埋弧自动焊接生产过程,针对其生产中存在的问题设计了一种基于视频摄像传感器的焊缝自动跟踪系统.该系统采用CCD视频摄像机作为传感器,在焊接过程中实时采集焊缝图像信息,并将图像信息转换为电信号,经视频信号处理电路放大、滤波、二值化等处理后,送主要由单片机构成的焊缝偏差计算处理电路进行处理,处理后的偏差信息反馈给焊接纠偏执行机构,驱动电机对焊接偏差实时纠偏.经实际使用,效果良好.
【总页数】3页(P32-34)
【作者】李云峰;张志金;宫文彪;段志发;邹国旗
【作者单位】长春工业大学,材料科学与工程学院,长春,130012;长春工业大学,材料科学与工程学院,长春,130012;长春工业大学,材料科学与工程学院,长春,130012;四平万通钢管有限公司,吉林,四平,136001;四平万通钢管有限公司,吉林,四平,136001【正文语种】中文
【中图分类】TG409
【相关文献】
1.螺旋埋弧焊钢管外焊缝视觉传感自动跟踪系统 [J], 李云峰;赵喜华
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4.基于线性CCD的埋弧焊焊缝自动跟踪系统设计 [J], 吴希杰
5.视觉传感螺旋钢管埋弧焊内焊焊缝自动跟踪系统 [J], 李云峰;赵熹华;黄滨安;杨雄英
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基于CCD焊缝自动跟踪系统的设计
郭文斌;程耀瑜;刘清文
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2008(24)21
【摘要】本文所研究的是为了保证焊接的质量而进行的焊缝自动跟踪系统,采用面阵CCD视觉传感器来摄取焊接点前焊缝图像,通过采集卡把图像采集到内存,进行图像处理,获得焊缝与焊枪的偏差量,再经由上位机向PLC发送控制信号,来达到精确焊缝跟踪的目的.
【总页数】3页(P304-305,314)
【作者】郭文斌;程耀瑜;刘清文
【作者单位】030051,山西,太原,仪器科学与动态测试教育部重点实验室中北大学;030051,山西,太原,仪器科学与动态测试教育部重点实验室中北大学;030051,山西,太原,仪器科学与动态测试教育部重点实验室中北大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP472
【相关文献】
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4.基于线性CCD的埋弧焊焊缝自动跟踪系统设计 [J], 吴希杰
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CCD的应用现状及其发展前景摘要：CCD全称为charge coupled Device，译名为电荷耦合器件，是七十年代初发展起来的一种新型的半导体器件。
CCD器件是一种固体化器件(1)体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、寿命长：(2)图像畸变小，尺寸重现性好：(3)具有较高的空间分辨力：(4)光敏元间距的几何尺寸准确度高，可获得较高的定位准确度和测量准确度。
经过几十年的不断更新与发展，到目前为止，其应用范围己非常广泛，涉及到航空航天、广播摄像、工业视觉、尺寸测量等众多领域。
关键词：CCD技术应用发展现状发展前景引言：CCD使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。
CCD由许多感光单位组成，当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。
它就像传统相机的底片一样的感光系统，是感应光线的电路装置，你可以将它想象成一颗颗微小的感应粒子，铺满在光学镜头后方，当光线与图像从镜头透过、投射到CCD表面时，CCD就会产生电流，将感应到的内容转换成数码资料储存起来。
CCD像素数目越多、单一像素尺寸越大，收集到的图像就会越清晰。
因此，尽管CCD数目并不是决定图像品质的唯一重点，我们仍然可以把它当成相机等级的重要判准之一。
它可以分为线型和面型两种传感器。
线阵CCD获取的信息少，不能处理复杂的图形。
但其处理信息的速度快，后续处理电路简单，易实现实时控制，且价格低廉，因此线阵CCD主要用于产品外部尺寸的非接触检测、控制和分类、产品表面质量评定、自动化及机器人视觉中的精确定位等。
面阵CCD获取的信息量大，能处理复杂的图形，主要用于图象的记录、储存等方面，但其缺点是处理信息的速度慢，且价格高。
基于激光视觉的焊缝跟踪系统一、焊缝自动跟踪系统构成基于激光视觉传感,具有主动性、非接触、能获取物体的三维信息、灵敏度精度高、抗电磁场干扰能力强等优点,被认为是焊缝检测的主要发展方向。
线激光法是一种直接获取深度图像的方法,它可以获取焊缝的二维半信息。
基于激光视觉的焊缝跟踪系统如图1所示，主要有3个组成部分，分别是视觉传感、图像处理和跟踪控制。
CCD摄像机垂直对准工件,激光器倾斜布置，激光器打出的激光,经柱透镜形成一光片照射到工件上形成一条宽度很窄的光带。
当该光带被工件反射或折射后,经滤光片保留激光器发出的特定波长的光,而滤除其他波长的光,最后进入CCD摄像机成像。
由于坡口各处与工件在垂直方向深度不同,故从垂直工件的方向看去,反射光成一折线,折线反映了光纹中心与焊缝坡口中心的三维位置关系。
计算机对采集图像进行图像预处理，减少图像中的噪声污染，并加强焊缝特征信息信号，通过一定的算法提取焊缝特征点，得到焊缝与电弧偏差。
此偏差作为跟踪控制系统的输入条件，依据控制算法进行处理，最后获得驱动信号控制焊炬运动，实现焊缝跟踪过程实时控制。
图1 系统构成二、焊缝自动跟踪硬件设计1.激光器在本系统中决定采用半导体激光器。
半导体激光器是以半导体为工作介质，具有超小形、高效率、结构简单、价格便宜、工作速度快、波长范围宽等一系列优点。
本视觉系统中采用的激光器是红光一字线激光器，由点激光二极管发光通过一柱透镜变换成直线形的激光条纹。
有文献通过测量MIG焊弧光的光谱范围，提出弧光的范围为150～970nm。
通过比较弧光波长与普通激光二极管波长，认为弧焊传感器中所用激光二极管的中心波长最好为467nm，594nm，610nm，632nm和950nm。
从而可选择适当波长的激光感器以减少弧光对激光的干扰。
参考多篇文献，本系统选用弧光干扰最小中心波长650 nm的条形半导体激光器。
2.摄像头CCD和滤光片本系统采用面阵型CCD工业摄像头，主要考虑其性能稳定，工作可靠的特点，要求CCD 尺寸1/3"，帧率25fps以上。
半导体激光器用途半导体激光器是一种使用半导体材料产生激光的器件。
由于半导体激光器具有小体积、低功耗、高效率、易集成等优点，因此被广泛应用于各个领域。
下面将探讨一些半导体激光器的常见用途。
首先，半导体激光器在通信领域有着重要的应用。
随着互联网的迅速发展，人们对高速、高带宽、长距离的数据传输需求越来越大。
半导体激光器可以通过光纤传输高能量、高速度的数据信号，实现光纤通信的高效传输。
另外，半导体激光器还可以用于无线通信中的激光光纤传输、激光通信和激光雷达等应用。
其次，半导体激光器在医疗领域也有广泛的应用。
它可以用于眼科手术中的激光治疗、近视手术以及眼底疾病的检测等。
通过选择合适的激光波长，半导体激光器可以对眼部组织进行精确的切割或照射，从而实现矫正视力和治疗眼部疾病的目的。
此外，半导体激光器还可以用于皮肤美容、激光去眼袋等美容医疗方面的应用。
第三，半导体激光器在工业制造领域也有广泛的应用。
它可以用于激光切割、激光打标、激光焊接等工艺。
半导体激光器具有高能量、高功率密度和高稳定性的特点，可以实现对各种材料的高精度加工和快速加工。
例如，半导体激光器广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域的工艺加工，可以实现对金属、塑料、玻璃等材料的切割、焊接和打标等工作。
此外，半导体激光器还在科研领域具有重要的应用。
科研人员可以利用其高光效率、短脉冲时间和高光束质量来实现对小尺寸结构和微观材料的研究。
例如，在纳米科学和量子技术领域，半导体激光器被广泛应用于纳米材料的制备、纳米加工和纳米图案的制作等方面。
此外，半导体激光器还可以用于光谱分析、光学测量以及环境监测等科学实验。
最后，半导体激光器还有一些其他应用，如安全防护领域的激光器雷达、激光追踪系统，娱乐产业中的激光演出和激光秀等。
这些应用体现了半导体激光器在不同领域中的多样性和灵活性。
总的来说，半导体激光器作为一种重要的光源器件，广泛应用于通信、医疗、工业制造、科研以及其他一些领域。
88电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering焊缝自动跟踪是实现焊接自动化的关键，近年来受到了越来越多的关注。
目前，应用于焊缝跟踪系统的传感器最常见的有电弧传感器和视觉传感器。
电弧传感器结构简单，但只有电弧形成后才能工作，精度通常不高。
视觉传感器灵敏度和精度更高、不受电磁干扰，适合于各种不同布置形态的焊缝，是一种更有发展前景的方法[1]。
在焊缝位置获取和图像识别算法的研究方面，国内外都开展过一些研究，例如横尾尚志等提出了模糊控制和模糊专家系统[2]。
Yoshito Sameda 等以激光扫描法，通过焊缝图像处理，实现了焊缝跟踪[3]。
N.SHIBATA 等采用激光束与CCD 传感器配合，实现了焊接过程的跟踪控制[4]。
在国内，崔元彪等通过改进传感器的结构设计，实现了对焊缝的跟踪[5]。
在焊缝图像处理技术中，对图像的预处理及后处理是实现位置检测的关键技术。
预处理阶段的主要目的是采用滤波方法除噪，排除弧光、烟雾等干扰因素，常用的有频域滤波以及空域滤波[6]。
空域滤波比较常用，有邻域平均法以及中值滤波法等，其中，中值滤波法在滤除噪音的同时又能够保留原有图像的主要特征，应用得最为普遍。
对于焊缝图像后处理一般常采取的算法为二值化处理，其中关键技术是阈值的确定[7]，其中，Otsu 法是确定最佳阈值常用的一种有效方法[8]。
本文采用CCD 作为传感器采集焊缝位置图像，通过预处理后，在上位机上完成了图像后处理，并根据图像信息来指挥下位机工作，有效地完成了焊缝的跟踪。
1 试验方法及装置本文实验中采用的试验布置如图1，图中焊接设备部分包括焊机、焊枪和焊枪移动执行机构。
图像采集及处理系统包括CCD 摄像头，图像采集卡和上位机系统。
本课题试验中所采用的焊机为YC-400TX TIG 焊机，焊枪移动执行机构为自行设计，为十字滑板型结构，采用步进电机驱动，可以满足系统的精度要求。
