遥控焊接视觉监视系统研究
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摘要
随着现代工业技术的不断发展,对焊接的质量要求也越来越高。传统的焊接技术一般都依靠焊接电压或是电流对焊接质量进行控制，这样只能够通过焊接过程中的反馈数据来间接分析焊接质量。可是为了能够更加直观的去分析焊接质量，本文介绍并研究了遥控焊接视觉监视系统，主要围绕着硬件系统、软件系统以及监控结果进行理论的分析与研究。
硬件设计部分主要是根据实验的具体要求，选择合适的CCD以及图像采集卡，并分析了CCD的成像原理以及相应的特征参数。除此之外，为了克服TIG焊接过程中电弧的光照强度以及连续的光谱，还使用了光谱仪对TIG焊接电弧进行采样并分析光谱成分，从而选取合适的波片。
软件设计部分主要是基于LabVIEW软件开发平台编写的一套图像采集与图像处理程序。在设计过程中，为了满足焊接监控过程中能够清楚的看到电弧与熔池，引入了低通滤波、二值化、边缘提取等图像处理算法。除此之外，为了确定电弧与熔池的相对位置以及能够保存监控图像信息，还增加了边缘定位模块以及监控录制模块。
本文主要是对TIG焊接电弧进行监控，主要是通过该套监控设备监控TIG焊接电弧的形态变化，并且通过相应的边缘提取算法来提取TIG焊接电弧的有效信息，通过提取的数据进一步分析焊接过程中电弧与焊缝的相对位置。
With the continuous development of modern industrial technology,the welding quality requirement becomes more and more perfect.Traditional welding techniques generally controls the welding qualityrelying on welding voltage or current, so the operators analyze indirectlythe welding quality through the feedback data in the welding process.However, in order to analyze the welding quality more intuitively, thisarticle describes remote welding vision system, which analyzes andresearch around the hardware systems, software systems and themonitoring results.
The part of hardware design mainly selects the appropriate CCD andimage acquisition card, and analyze the CCD imaging principle andcorresponding characteristic parameters based on the specificrequirements of experiment. In addition, in order to overcome the arclight intensity and continuous spectrum of TIG welding, this choosesappropriate pieces through analyzing spectrum.
The part of software mainly composes a set of image acquisition and processing program based on LabVIEW software platform. In the designprocess, in order to see clearly the arc and welding pool, this introducesthe low-pass filtering, binarization, edge extraction and image processingalgorithms. In addition, in order to determine the relative position of thearc and welding pool as well as save the monitoring image information,this article increases the edge of positioning module and monitors therecording module.
This article mainly monitors the TIG welding arc through themonitoring equipment, as well as extracts effective information of TIGwelding arc through edge extraction. And then, it further analyzes therelative position of arc and weld in the welding process through extracteddata.
硬件设计部分主要是根据实验的具体要求，选择合适的CCD以及图像采集卡，并分析了CCD的成像原理以及相应的特征参数。除此之外，为了克服TIG焊接过程中电弧的光照强度以及连续的光谱，还使用了光谱仪对TIG焊接电弧进行采样并分析光谱成分，从而选取合适的波片。
软件设计部分主要是基于LabVIEW软件开发平台编写的一套图像采集与图像处理程序。在设计过程中，为了满足焊接监控过程中能够清楚的看到电弧与熔池，引入了低通滤波、二值化、边缘提取等图像处理算法。除此之外，为了确定电弧与熔池的相对位置以及能够保存监控图像信息，还增加了边缘定位模块以及监控录制模块。
本文主要是对TIG焊接电弧进行监控，主要是通过该套监控设备监控TIG焊接电弧的形态变化，并且通过相应的边缘提取算法来提取TIG焊接电弧的有效信息，通过提取的数据进一步分析焊接过程中电弧与焊缝的相对位置。
With the continuous development of modern industrial technology,the welding quality requirement becomes more and more perfect.Traditional welding techniques generally controls the welding qualityrelying on welding voltage or current, so the operators analyze indirectlythe welding quality through the feedback data in the welding process.However, in order to analyze the welding quality more intuitively, thisarticle describes remote welding vision system, which analyzes andresearch around the hardware systems, software systems and themonitoring results.
The part of hardware design mainly selects the appropriate CCD andimage acquisition card, and analyze the CCD imaging principle andcorresponding characteristic parameters based on the specificrequirements of experiment. In addition, in order to overcome the arclight intensity and continuous spectrum of TIG welding, this choosesappropriate pieces through analyzing spectrum.
The part of software mainly composes a set of image acquisition and processing program based on LabVIEW software platform. In the designprocess, in order to see clearly the arc and welding pool, this introducesthe low-pass filtering, binarization, edge extraction and image processingalgorithms. In addition, in order to determine the relative position of thearc and welding pool as well as save the monitoring image information,this article increases the edge of positioning module and monitors therecording module.
This article mainly monitors the TIG welding arc through themonitoring equipment, as well as extracts effective information of TIGwelding arc through edge extraction. And then, it further analyzes therelative position of arc and weld in the welding process through extracteddata.
引文
[1]何唐坤,靳枫毅.中国古代焊接技术初步研究[J].华夏考古,2000,(1):61-62
[2]陈光辉,李晓辉,汪苏.从中国古代焊接到现代焊接发展过程研究[A].见:第四届中日机械技术史及机械设计国际学术会议论文集[C].北京:航空航天大学出版社,2004,170
[3]徐国荣.焊接技术发展概述及展望[A].见:高新技术产业发展会议文集[C].黑龙江:硅谷编辑部,2010,20
[4]李维博.世界焊接技术的最新发展[J].上海造船,2003,21(2):24
[5]尹显华,王晶.从焊接展会看国内外焊接技术的发展趋势[J].现代焊接,2010,11(1):1-2
[6]陈裕川.中国焊接博览会促进行业和企业的发展[A].见:第21届中国焊接博览会策划会议论文集[C].成都:机械工人编辑部,2007,10
[7]陈裕川.焊接工艺方法的当代发展水平[J].现代焊接,2008,35(4):7-8
[8]李海超,吴林,高洪明,张广军.基于机器人遥操作的遥控焊接最新研究进展[J].焊接学报,2006,12(6):108
[9]李海超,吴林等.应用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教[J].焊接技术,2006,27(5):39
[10]皮佑国,黄石生.遥测遥控技术在焊接中的应用[J].焊接技术,1997,1(1):36
[11] B.M.Abdullah, J.S.Smith, W.Lucas. Monitoring of TIG Welding using Laser and DiodeIllumination Sources: a Comparison Study[A]. In: International Conference on ElectronicDesign[C]. Malaysia: ICED,2008,97-99
[12]萧波,黄从达.具有遥控监视功能的焊缝自动跟踪图像处理系统[J].焊接技术,1994,15(4):17
[13]李文明,贺利乐.工程机械遥控技术[J].工程机械与维修,2009,22(1):130
[14]焦向东,周灿丰,陈家庆,等.海底管线铺设焊接技术现状与发展趋势[J].上海交通大学学报,2008,11(S1):123-124
[15]周灿丰,焦向东,陈家庆,等.深水海底管线铺设自动焊接技术研究[J].船舶工程,2012,13(1):96-97
[16]欧扬.基于机器视觉的实时视频监控系统设计[J].苏州科技学院学报,2004,21(1):76-78
[17]王金庭,杨敏.智能化监控系统信息处理研究[J].福建电脑,2008,15(7):78
[18]卢本.汽车工程焊接机器人应用概述[J].现代焊接,2005,33(2):53-54
[19] K.Y.Bae, T.H.Lee, K.C.Ahn. An optical sensing system for seam tracking and weld poolcontrol in gas metal arc welding of steel pipe[J]. Materials Processing Technology,2002,20:462-463
[20]何世权,徐德怀,樊丁,等.高频焊管温度监控系统及其影响因素分析[J].兰州理工大学学报,2011,21(2):19
[21]汤玉凡,陈宗仁.焊缝质量监控系统在激光焊机上的应用[J].梅山科技,2010,(6):4-5
[22]魏烈和,陈波.焊接熔池动态数字监视分析系统的开发及在焊接技术中的应用[J].现代焊接,2006,14(4):41
[23]王春明,吴松坪,胡伦骥,胡席远.基于多传感器融合的激光焊接熔透状态的识别[J].中国激光,2007,15(4):539-540
[24]严宏剑.传感器技术在生产实践中的研究与应用[J].计量与测试技术,2006,16(6):38
[25]韩磊,黄庆安,廖小平.热电式微波功率传感器的优化设计[J].半导体学报,2008,32(4):789-790
[26]董晓亮,李醒飞,杨光,高雅彪.纱线检测中光电传感器及其前置放大器设计[J].2010,31(3):102-103
[27]贾剑平,张华,徐建宁.电弧传感器的研究现状与展望[J].焊接学报,2005,15(11):14-17
[28]丛菲菲,关文瑜.光纤化学传感器的研究及其在环境分析中的应用[J].福建分析测试,2010,10(1):50-51
[29]建平. CCD图像传感器的基本应用与感知功能应用探析[J].射频世界,2010,9(4):36-38
[30]吴建文,程念平.基于CPLD的CCD采集系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2005,6(4):31
[31] Antonio Heronaldo de Sousa, Rafael Campos do Prado, Felipe Cubas Schulz. Monitoring,Controlling and Configuring a Wireless Household-Electric Network through LabVIEWRemote Virtual Interface[A]. In: IEEE Conference on Local Computer Networks[C].Pradorc,2007,256
[32]王阳,王竹林.基于Labview的图像处理技术[J].兵工自动化,2009,11(1):89-90
[33]周秀荣,崔小虹,邢冀川.基于Labview平台的图像采集与处理技术研究[J].光学技术,2007,15（S1）357-358
[34]何志杰,乐仁昌,陈健俤,陈清华.基于Labview的图像采集系统设计[J].福建师范大学福清分校学报,2009,21(5):12-13
[35]田地银,田云.关于滚珠丝杠副的选择[J].电子工艺技术,1997,19(3):18
[36]陈曼龙.滚珠丝杠副的结构形式及选用[J].机械工程师,2007,13(10):112-113
[37]崔凤波.伺服技术的应用和发展趋势[J].机电设备,2007,42(4):5-6
[38]孙颖.浅谈在数控机床设计中伺服电机的选取[J].科技论坛,2010,11(9):22
[39]周红平. CCD图像传感器工作原理[J].信息技术,2009,15(20):28
[40]阿亮.摄像头的工作原理与构成分析[J].光学技术,2004,22(6):15
[41]郭悦,刘晓鹏,杨桦. CCD的调制传递函数(MTF)分析[J].航天返回与遥感,2004,17(3):25-26
[42]赵文蕾,李媛媛,赵岚,等. CCD亚像元成像质量的调制传递函数分析[J].遥测遥控,2011,23(4):66-67
[43]余莉,陈杰. Labview编程语言特点[J].中国农机化,2006,11(1):92
[44]路红,费树岷,夏庆观,郑建勇.基于Labview和IMAQ Vision的目标统计系统[J].测控技术,2007,8(5):32-34
[45]陈裕川.热丝TIG焊技术的新发展[J].现代焊接,2008,17(6):9-11
[46]王勇,王定贺,方帅,廖建雄. GMAW管道打底焊视觉监控系统研究[J].电焊机,2009,39(4):43-45
[47]黄静雯,侯宇刚,李铭新,张刚.图像的低通滤波实现[A].见:第十一届全国煤矿自动化学术年会论文专辑[C].北京:中国煤炭学会,2001,42-43
[48]吕俊哲.图像二值化算法研究及其实现[A].见:山西省科学技术情报学会学术年会论文集[C],2004,266
[49]冷璐,黎明,张家树.二维直方图图形统计分析的分割方法[J].计算机工程与应用,2010,22(4):156-158
[50]陈明星,朱灵,张龙,等.基于Labview的光纤傅立叶变换光谱仪数据处理技术[J].仪器仪表学报,2010,15(3):489-490
[51]罗耀辉.快速傅立叶变换的算法及其实现[J].邢台学院校刊,2006,32(3):8-10
[52]万志龙.一维边缘检测算子的递归算法[J].测绘学报,1995,27(2):47-49
[53] Beant Kaur, Anil Garg. Mathematical Morphological Edge Detection For Remote SensingImages[A]. In: Electronics Computer Technology on International Conference[C].2011,324-327
[54]袁春兰,熊宗龙,周雪花,彭小辉.基于Sobel算子的图像边缘检测研究[J].激光与红外,2009,15(1):86-87
[55]王鹏,耿相铭,陈健.基于Prewitt算子的快速帧内编码算法[J].测控自动化,2006,17(7):192-193
[2]陈光辉,李晓辉,汪苏.从中国古代焊接到现代焊接发展过程研究[A].见:第四届中日机械技术史及机械设计国际学术会议论文集[C].北京:航空航天大学出版社,2004,170
[3]徐国荣.焊接技术发展概述及展望[A].见:高新技术产业发展会议文集[C].黑龙江:硅谷编辑部,2010,20
[4]李维博.世界焊接技术的最新发展[J].上海造船,2003,21(2):24
[5]尹显华,王晶.从焊接展会看国内外焊接技术的发展趋势[J].现代焊接,2010,11(1):1-2
[6]陈裕川.中国焊接博览会促进行业和企业的发展[A].见:第21届中国焊接博览会策划会议论文集[C].成都:机械工人编辑部,2007,10
[7]陈裕川.焊接工艺方法的当代发展水平[J].现代焊接,2008,35(4):7-8
[8]李海超,吴林,高洪明,张广军.基于机器人遥操作的遥控焊接最新研究进展[J].焊接学报,2006,12(6):108
[9]李海超,吴林等.应用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教[J].焊接技术,2006,27(5):39
[10]皮佑国,黄石生.遥测遥控技术在焊接中的应用[J].焊接技术,1997,1(1):36
[11] B.M.Abdullah, J.S.Smith, W.Lucas. Monitoring of TIG Welding using Laser and DiodeIllumination Sources: a Comparison Study[A]. In: International Conference on ElectronicDesign[C]. Malaysia: ICED,2008,97-99
[12]萧波,黄从达.具有遥控监视功能的焊缝自动跟踪图像处理系统[J].焊接技术,1994,15(4):17
[13]李文明,贺利乐.工程机械遥控技术[J].工程机械与维修,2009,22(1):130
[14]焦向东,周灿丰,陈家庆,等.海底管线铺设焊接技术现状与发展趋势[J].上海交通大学学报,2008,11(S1):123-124
[15]周灿丰,焦向东,陈家庆,等.深水海底管线铺设自动焊接技术研究[J].船舶工程,2012,13(1):96-97
[16]欧扬.基于机器视觉的实时视频监控系统设计[J].苏州科技学院学报,2004,21(1):76-78
[17]王金庭,杨敏.智能化监控系统信息处理研究[J].福建电脑,2008,15(7):78
[18]卢本.汽车工程焊接机器人应用概述[J].现代焊接,2005,33(2):53-54
[19] K.Y.Bae, T.H.Lee, K.C.Ahn. An optical sensing system for seam tracking and weld poolcontrol in gas metal arc welding of steel pipe[J]. Materials Processing Technology,2002,20:462-463
[20]何世权,徐德怀,樊丁,等.高频焊管温度监控系统及其影响因素分析[J].兰州理工大学学报,2011,21(2):19
[21]汤玉凡,陈宗仁.焊缝质量监控系统在激光焊机上的应用[J].梅山科技,2010,(6):4-5
[22]魏烈和,陈波.焊接熔池动态数字监视分析系统的开发及在焊接技术中的应用[J].现代焊接,2006,14(4):41
[23]王春明,吴松坪,胡伦骥,胡席远.基于多传感器融合的激光焊接熔透状态的识别[J].中国激光,2007,15(4):539-540
[24]严宏剑.传感器技术在生产实践中的研究与应用[J].计量与测试技术,2006,16(6):38
[25]韩磊,黄庆安,廖小平.热电式微波功率传感器的优化设计[J].半导体学报,2008,32(4):789-790
[26]董晓亮,李醒飞,杨光,高雅彪.纱线检测中光电传感器及其前置放大器设计[J].2010,31(3):102-103
[27]贾剑平,张华,徐建宁.电弧传感器的研究现状与展望[J].焊接学报,2005,15(11):14-17
[28]丛菲菲,关文瑜.光纤化学传感器的研究及其在环境分析中的应用[J].福建分析测试,2010,10(1):50-51
[29]建平. CCD图像传感器的基本应用与感知功能应用探析[J].射频世界,2010,9(4):36-38
[30]吴建文,程念平.基于CPLD的CCD采集系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2005,6(4):31
[31] Antonio Heronaldo de Sousa, Rafael Campos do Prado, Felipe Cubas Schulz. Monitoring,Controlling and Configuring a Wireless Household-Electric Network through LabVIEWRemote Virtual Interface[A]. In: IEEE Conference on Local Computer Networks[C].Pradorc,2007,256
[32]王阳,王竹林.基于Labview的图像处理技术[J].兵工自动化,2009,11(1):89-90
[33]周秀荣,崔小虹,邢冀川.基于Labview平台的图像采集与处理技术研究[J].光学技术,2007,15（S1）357-358
[34]何志杰,乐仁昌,陈健俤,陈清华.基于Labview的图像采集系统设计[J].福建师范大学福清分校学报,2009,21(5):12-13
[35]田地银,田云.关于滚珠丝杠副的选择[J].电子工艺技术,1997,19(3):18
[36]陈曼龙.滚珠丝杠副的结构形式及选用[J].机械工程师,2007,13(10):112-113
[37]崔凤波.伺服技术的应用和发展趋势[J].机电设备,2007,42(4):5-6
[38]孙颖.浅谈在数控机床设计中伺服电机的选取[J].科技论坛,2010,11(9):22
[39]周红平. CCD图像传感器工作原理[J].信息技术,2009,15(20):28
[40]阿亮.摄像头的工作原理与构成分析[J].光学技术,2004,22(6):15
[41]郭悦,刘晓鹏,杨桦. CCD的调制传递函数(MTF)分析[J].航天返回与遥感,2004,17(3):25-26
[42]赵文蕾,李媛媛,赵岚,等. CCD亚像元成像质量的调制传递函数分析[J].遥测遥控,2011,23(4):66-67
[43]余莉,陈杰. Labview编程语言特点[J].中国农机化,2006,11(1):92
[44]路红,费树岷,夏庆观,郑建勇.基于Labview和IMAQ Vision的目标统计系统[J].测控技术,2007,8(5):32-34
[45]陈裕川.热丝TIG焊技术的新发展[J].现代焊接,2008,17(6):9-11
[46]王勇,王定贺,方帅,廖建雄. GMAW管道打底焊视觉监控系统研究[J].电焊机,2009,39(4):43-45
[47]黄静雯,侯宇刚,李铭新,张刚.图像的低通滤波实现[A].见:第十一届全国煤矿自动化学术年会论文专辑[C].北京:中国煤炭学会,2001,42-43
[48]吕俊哲.图像二值化算法研究及其实现[A].见:山西省科学技术情报学会学术年会论文集[C],2004,266
[49]冷璐,黎明,张家树.二维直方图图形统计分析的分割方法[J].计算机工程与应用,2010,22(4):156-158
[50]陈明星,朱灵,张龙,等.基于Labview的光纤傅立叶变换光谱仪数据处理技术[J].仪器仪表学报,2010,15(3):489-490
[51]罗耀辉.快速傅立叶变换的算法及其实现[J].邢台学院校刊,2006,32(3):8-10
[52]万志龙.一维边缘检测算子的递归算法[J].测绘学报,1995,27(2):47-49
[53] Beant Kaur, Anil Garg. Mathematical Morphological Edge Detection For Remote SensingImages[A]. In: Electronics Computer Technology on International Conference[C].2011,324-327
[54]袁春兰,熊宗龙,周雪花,彭小辉.基于Sobel算子的图像边缘检测研究[J].激光与红外,2009,15(1):86-87
[55]王鹏,耿相铭,陈健.基于Prewitt算子的快速帧内编码算法[J].测控自动化,2006,17(7):192-193