光束焊接控制器对动停止数据采集关闭程序本章小结华中科技大学硕士学位论文型接头的焊缝实时测量与跟踪闭环控制技术型接头的焊缝偏差测量技术三维型接头的激光焊接质量和效率直接影响航空航天领域的发展速度和激光焊接技术的应用推广。般无约束情况下，高强铝合金型接头结构采用激光焊接时容易出现变形气孔裂纹和焊缝成形等问题，复杂三维型接头还存在加工路径难以确定，路径拟合精度低，变形量大等问题。目前,实现形焊缝焊接的设备存在严重不足维形焊缝复杂多变，必须灵活加工，且精度要求高，现有设备难以加工型接头的双路焊接要求两侧的焊接点必须同时对准焊缝，这在原有的约束条件上增加更大的难度，仅仅靠三维路径规划技术也难于满足要求在实际生产中,由于工件的加工安装误差,以及工件的热变形等,往往使示教路径偏离焊缝,导致工件焊接跑偏加工报废。针对以上三点提出的现有技术水平的不足，本文采用双侧焊接的双路跟踪补偿控制技术，能够实时测量焊接过程中产生的焊接偏差，并控制跟踪轴补偿该偏差。图视觉传感器的结构图三维型接头的焊接偏差测量技术是基于结构光的视觉传感器实现的。，该传感器由个工业用相机和个能够发射结构光的激光器组成，激光器与工业华中科技大学硕士学位论文用相机成个角度安装，该角度保证工件上的结构光在视觉范围之内，相机拍摄下方的结构光条纹，通过光学滤光片其他杂光例如电弧光，进入相机的仅有结构光频率段的光。视觉传感器的结构如图所示。视觉传感器是基于结构光的三角测量原理的传感器，拍摄到的是测量坐标系下的二维平面图像，而实际中的焊缝是机床坐标系下的三维位置信息。利用三角测量原理，可以把三维的空间坐标转换到平面的二维坐标中去，焊缝的测量坐标系与工件坐标系的关系如下图所示图测量坐标系与工件坐标系的关系传感器中的线结构光激光器打出的机构光，打在型接头的两侧，形成条空间折线，其中为三维焊缝上焊接点，机床坐标系下的位置坐标为同时相机将此结构光拍下，在视觉传感器在成像平面上形成的二维图像,根据三角测量原理，测量坐标系中焊接点图像坐标。为这样，把空间折线转化到图像上的平面折线，该转换过程遵循以下数学原理。将焊缝点位信息由三维机床坐标系转化至二维图像坐标系的数学转换模型如下式为华中科技大学硕士学位论文其中为平移矢量，为摄像机焦距，为与传感器安装角度相关的旋转矩阵式中为传感器安装位置在轴向的转角。以上两式中均经过安装位置的精确测量，相机内部的标定得到，将标定完成的参数代入上式，得到三维型接头的焊缝在图像测量坐标系下的位置，实际视觉测量图像如图所示。焊接点焊缝视觉测量区装夹区装夹区图视觉传感器测量图像华中科技大学硕士学位论文基于机器视觉的型接头双路跟踪补偿控制技术通过基于机构光的视觉传感器测量，得到焊接点在测量坐标系中的偏差，焊接偏差可以采用两种方式来实现跟踪补偿，即分解式和独立式，两种控制方式的控制框图如图所示。偏差分解式补偿原理是将测量系统反馈回来的偏差，通过控制算法，将计算结果分解到原有的运动轴上，与轨迹规划的结果叠加，形成新的焊接轨迹。偏差分解式补偿原理的有点是不需要额外的补偿轴，将测量的偏差结果通过分解的方式纠正原有轨迹，简化了机械结构，整个系统相对简单，缺点是需要单独的偏差分解模块，偏差分解的算法控制要求高，实时性高，且与原焊接轨迹的叠加需要额外的接口，对控制系统要求高。独立式偏差补偿原理是建立独立的偏差补偿机构，通过偏差测量技术，设立独立偏差分解式补偿原理焊缝测量反馈伺服驱动运动机构伺服驱动运动机构偏差分解初始焊接轨迹规划运动控制器偏差轨迹输出焊缝变形扰动偏差独立式补偿原理初始焊接轨迹规划运动控制器伺服驱动伺服驱动伺服驱动伺服驱动调节机构调节机构补偿控制器接口电路焊接轨迹输出测量反馈环节焊缝变形扰动图两种偏差补偿方式的控制原理框图华中科技大学硕士学位论文的补偿控制器，由补偿控制器完成对偏差的跟踪补偿，而三维焊接轨迹的执行依然在原有的控制器和机械结构上。分解式偏差补偿原理的优点是针对焊接偏差，独立设置的跟踪补偿系统能够在高实时性高控制精度下完成补偿，能满足高精度，大型系统的控制要求。鉴于以上原理说明，本系统采用分解式补偿原理，针对测量出的偏差独立设置补偿控制系统。在三向旋转头上安装两套十字滑台，两套十字滑台分别对型接头的两侧进行跟踪，十字滑台的两个轴即为轴轴，分别补偿焊缝偏差的偏差。补偿结构的机械结构如图所示。轴轴轴轴弧板十字滑台十字滑台三向旋转头图两侧跟踪补偿结构的机械结构图对补偿结构的控制系统，本平台采用跟踪补偿独立控制器，方面在对轴的控制上，与运动控制器分离，运动控制器负责三维路径的拟合，补偿控制器负责跟踪补偿控制，各自对相关电机进行控制另方面采用运动控制器的接口进行通信，使三维路径拟合和焊缝跟踪补偿结合起来，拟合路径的基础上增加补偿，提高精度，整个平台的跟踪补偿控制系统如图所示。华中科技大学硕士学位论文工控机运动控制器数字量模块进给轴伺服驱动单元双光束焊接机床本体位置检测装置进给电机十字滑台电机组跟踪补偿控制器输入输出装置焊缝位置检测传感器工控机多轴控制模块模拟量模块通信模块十字滑台电机组二焊缝位置检测传感器跟踪补偿轴驱动单元图跟踪补偿控制系统图两套焊缝位置检测传感器分别装在两路十字滑台上，两个激光焊头分别分布在两侧，激光束与筋板成定的角度。传感器的摄像机拍到条纹图像后，将图像信息发送给焊缝跟踪控制系统处理，经系统内部的图像处理算法，可输出两组每组十字滑台电机由两个电机控制，每个电机由路信号控制，共四路速度偏差模拟量信号，此信号送予运动控制器的模拟量模块，经用户设定参数后，修正多轴控制模块输出的电机速度信号，实现高精度焊缝跟踪。焊缝跟踪系统同焊缝位置检测传感器配合使用，最大的跟踪速度可以达到米分钟，路径的跟随精度可达。跟踪补偿系统的控制流程图如图所示。华中科技大学硕士学位论文焊接开始判断焊缝位置是否偏离是焊缝跟踪控制接口接受监测信号否输出十字滑台运动纠正信号双运动你不练笔是要组成部分之，是实现车牌识别系统的关键。针对不同背景和光照条件下的车辆图像，提出了种基于灰度图像灰度变化特征进行车牌定位的方法。依据车牌中字符的灰度变化以峰谷规律分布确定车牌上下边界，对扫描行采用灰度跳变法确定车牌左右边界。数字化处理的第步包含了系列不同的操作并被称之为图像处理。如果传感器具有非线性特性，就必须予以校正，同样，图像的亮度和对比度也需要改善。通常，还需要进行坐标变换以消除在成像时产生的几何畸变。辐射度校正和几何校正是最基本的像素处理操作。在图像中，对已知的干扰进行校正也是不可少的，比如由于光学聚焦不准，运动模糊，传感器误差以及图像信号传输误差所引起的干扰。在此还要涉及图像重构技术，它需要许多间接的成像技术，比如不直接提供图像的射线断层技术等。套完整的处理步骤对于物体的分析和识别是必不可少的。首先，应该采用适当的过滤技术以便从其他物体和背景中将所感兴趣的物体区分出来。实质上就是从幅图像或者数幅图像中抽取出幅或几幅特征图像。要完成这个任务最基本的工具就是图像处理中所使用的求均值和边缘检测简单的相邻像素分析，以及复杂的被称为材质描述的模式分析。物体的个重要特性就是它的运动性。检测和确定物体运动性的技术是必不可少的。随后，该物体必须从背景中分离出来，这就意味着具有同样特性和不同特性的区域必须被识别出来。这个过程产生出标志图像。既然已经知道了物体精确的几何形状，就可以抽取诸如平均灰度值区域边界以及形成物体的其他参数等更多的信息。这些参数可用来对物体进行分类，这是许多图像处理应用中至关重要的步，比如下面些应用在个显示农业地区的卫星图像中，想要区别出不同的果树，并获取参数以估算出成熟情况并监测害虫情况在许多的医学应用中，最基本的问题是检查病理变化，最典型的应用就是染色体畸变分析印刷体和手写体识别是另个例子，图像处理出现，人们就开始对它进行着研究，现在依然困难重重。人们希望能了解得更多些，也就是试图理解所读到的内容。这也是图像处理的最后个步骤，即理解所观察到的景象。当我们使用视觉系统时，实际上已或多或少无意识地在执行这个任务。我们能识别不同的人，可以很轻易地区分出实验室和起居室，可以观察车流以便安全地穿行马路。我们完成这样的任务而并不了解视觉系统工作的奥秘。长久以来，图像处理和计算机图形学被看做两个不同的领域。现在，人们在这两个领域中的知识都有了极大的提高，并可以解决许多复杂的问题。计算机图形学正在努力使三维景物的计算机图像达到照片级效果。而图像处理则试图对用照相机实际拍摄的图像进行重构。从这个意义上讲，图像处理完成的是与计算机图形技术相反的过程。但从有关物体的形状和特性知识开始如图的底部所示，向上直到获得个二维图像要运用图像处理和计算机图形技术，所用到的基本知识都是样的。我们需要了解物体和照明之间的相互关系，三维景物是如何投影到图像平面上的等有关知识。图像处理和计算机图形工作站之间仍然有些不同之处。但我们应该看到，旦较好地理解了计算机图形技光束焊接控制器对动停止数据采集关闭程序本章小结华中科技大学硕士学位论文型接头的焊缝实时测量与跟踪闭环控制技术型接头的焊缝偏差测量技术三维型接头的激光焊接质量和效率直接影响航空航天领域的发展速度和激光焊接技术的应用推广。般无约束情况下，高强铝合金型接头结构采用激光焊接时容易出现变形气孔裂纹和焊缝成形等问题，复杂三维型接头还存在加工路径难以确定，路径拟合精度低，变形量大等问题。目前,实现形焊缝焊接的设备存在严重不足维形焊缝复杂多变，必须灵活加工，且精度要求高，现有设备难以加工型接头的双路焊接要求两侧的焊接点必须同时对准焊缝，这在原有的约束条件上增加更大的难度，仅仅靠三维路径规划技术也难于满足要求在实际生产中,由于工件的加工安装误差,以及工件的热变形等,往往使示教路径偏离焊缝,导致工件焊接跑偏加工报废。针对以上三点提出的现有技术水平的不足，本文采用双侧焊接的双路跟踪补偿控制技术，能够实时测量焊接过程中产生的焊接偏差，并控制跟踪轴补偿该偏差。图视觉传感器的结构图三维型接头的焊接偏差测量技术是基于结构光的视觉传感器实现的。，该传感器由个工业用相机和个能够发射结构光的激光器组成，激光器与工业华中科技大学硕士学位论文用相机成个角度安装，该角度保证工件上的结构光在视觉范围之内，相机拍摄下方的结构光条纹，通过光学滤光片其他杂光例如电弧光，进入相机的仅有结构光频率段的光。视觉传感器的结构如图所示。视觉传感器是基于结构光的三角测量原理的传感器，拍摄到的是测量坐标系下的二维平面图像，而实际中的焊缝是机床坐标系下的三维位置信息。利用三角测量原理，可以把三维的空间坐标转换到平面的二维坐标中去，焊缝的测量坐标系与工件坐标系的关系如下图所示图测量坐标系与工件坐标系的关系传感器中的线结构光激光器打出的机构光，打在型接头的两侧，形成条空间折线，其中为三维焊缝上焊接点，机床坐标系下的位置坐标为同时相机将此结构光拍下，在视觉传感器在成像平面上形成的二维图像,根据三角测量原理，测量坐标系中焊接点图像坐标。为这样，把空间折线转化到图像上的平面折线，该转换过程遵循以下数学原理。将焊缝点位信息由三维机床坐标系转化至二维图像坐标系的数学转换模型如下式为华中科技大学硕士学位论文其中为平移矢量，为摄像机焦距，为与传感器安装角度相关的旋转矩阵式中为传感器安装位置在轴向的转角。以上两式中均经过安装位置的精确测量，相机内部的标定得到，将标定完成的参数代入上式，得到三维型接头的焊缝在图像测量坐标系下的位置，实际视觉测量图像如图所示。焊接点焊缝视觉测量区装夹区装夹区图视觉传感器测量图像华中科技大学硕士学位论文基于机器视觉的型接头双路跟踪补偿控制技术通过基于机构光的视觉传感器测量，得到焊接点在测量坐标系中的偏差，焊接偏差可以采用两种方式来实现跟踪补偿，即分解式和独立式，两种控制方式的控制框图如图所示。偏差分解式补偿原理