一种基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构，包括激光器、CCD像机、滑移台、焊枪、步进电机、驱动器、ARM主板和显示器；ARM主板的CCD像机接口通过信号线连接有CCD像机，CCD像机的一侧设有激光器；ARM主板的PWM接口通过信号线连接有驱动器，驱动器还通过信号线连接有步进电机，步进电机的一端设有滑移台，滑移台上连接有焊枪；ARM主板的HDMI接口连通过信号线连接有显示器。本控制系统结构开发周期短、成本低、体积小、实时性高。

An image based embedded control system for weld seam tracking of spiral steel pipe

The utility model relates to an image-based embedded control system structure for spiral steel pipe weld seam tracking, which comprises a laser, a CCD camera, a sliding table, a welding gun, a stepping motor, a driver, an ARM motherboard and a display; the CCD camera interface of the ARM motherboard is connected with a CCD camera through a signal line, and a laser AR is arranged on one side of the CCD camera; The PWM interface of the M motherboard is connected with a driver through a signal line, and the driver is also connected with a stepper motor through a signal line. A sliding table is arranged at one end of the stepper motor, and a welding gun is connected on the sliding table. The HDMI interface of the ARM motherboard is connected with a display through a signal line. The control system has short development cycle, low cost, small volume and high real-time performance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构
本专利技术涉及机器人视觉控制系统领域，尤其涉及一种基于图像的单目机器人视觉伺服控制系统。
技术介绍
螺旋钢管广泛用于石油、天然气、煤气、水等长输管线和石化企业工艺管网、城市集中供热管网、煤气管网等工程。具有强度高，耐压高、安装方便、成本低、使用寿命长等诸多优点。螺旋钢管是将低碳碳素结构钢或低合金结构钢钢带按一定螺旋线的角度(叫成型角)卷成管坯，然后将管缝焊接起来制成。它可以用较窄的带钢生产大直径的钢管，螺旋钢管有单面钢管和双面钢管，主要用于承压流体的输送。由于焊接生产的复杂性，在实际焊接生产中存在着各种各样的干扰，为了提高焊接质量、增产增效、提高焊接自动化程度，实现焊缝自动跟踪具有很重要的意义。随着计算机视觉技术的发展，利用计算机视觉直接观察焊缝，通过图像处理获得焊缝的位置信息和偏差信息，传送于执行机构达到实时跟踪的目的，对焊接质量进行闭环控制的技术也得到了发展。在国内外所研制的埋弧焊视觉自动跟踪系统中，使用最多的是由CCD传感器、图像采集卡和工控机构成的焊缝自动跟踪系统。焊缝自动跟踪是保证焊接质量，实现焊接自动化的重要技术手段。但是由于焊接生产的复杂性存在着多种的干扰，因此严重影响了跟踪信号的提取，影响了自动跟踪的稳定性、精度及可靠性。埋弧焊工艺中焊接电弧埋在焊剂层下而不可见，在焊接过程中焊丝与焊缝偏离是经常出现的问题。
技术实现思路
技术目的本技术的目的是针对上诉技术中存在的不足，提供一种基于ARM的视觉焊缝自动跟踪系统，它比由CCD传感器、图像采集卡和工控机构成的视觉焊缝自动跟踪系统开发周期短、成本低、体积小、实时性高。技术方案一种基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构，其特征在于：包括激光器、CCD像机、滑移台、焊枪、步进电机、驱动器、ARM主板和显示器；所述ARM主板的CCD像机接口通过信号线连接有CCD像机，CCD像机的一侧设有激光器；所述ARM主板的PWM接口通过信号线连接有驱动器，驱动器还通过信号线连接有步进电机，步进电机的一端设有滑移台，滑移台上连接有焊枪；所述ARM主板的HDMI接口连通过信号线连接有显示器。所述步进电机的电机轴与丝杆固定连接，滑移台设有滑动轴套，轴套的内螺纹与丝杆的外螺纹匹配。所述激光器为线性激光器。所述激光器为波长650nm，功率30mW的线性激光器。所述CCD像机与激光器固定连接在一起，CCD像机朝向与激光器的朝向相同。所述ARM主板的PWM接口通过信号线连接有2个驱动器，每个驱动器都通过信号线连接有步进电机，步进电机的一端设有滑移台，滑移台上连接有焊枪。所述两个焊枪的枪口方向是相对的。优点及效果一种基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构，相比由CCD传感器、图像采集卡和工控机构成的视觉焊缝自动跟踪系统，所用硬件大为减少，系统集成度高、连线明显减少、抗干扰能力强、开发周期短、成本低、体积小、实时性高，可单独使用，也可与上位机联网使用。附图说明图1螺旋钢管焊接加工工艺及焊缝跟踪系统结构；图2基于ARM的焊缝跟踪系统。附图标记说明：1-内焊缝；2-外焊缝；3-激光器；4；CCD像机；5-滑移台；6-焊枪；7-步进电机；8-驱动器；9-ARM主板；10-显示器；11-钢板。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步的说明：实施例1如图1和图2所示，一种基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构，包括激光器3、CCD像机4、滑移台5、焊枪6、步进电机7、驱动器8、ARM主板9和显示器10；ARM主板9的CCD像机接口通过信号线连接有CCD像机4，CCD像机4的一侧设有激光器3，CCD像机4与激光器3固定连接在一起，CCD像机4朝向与激光器3的朝向相同。激光器3为线性激光器，激光器3为波长650nm，功率30mW的线性激光器。ARM主板9的PWM接口通过信号线连接有驱动器8，驱动器8还通过信号线连接有步进电机7，步进电机7的一端设有滑移台5，步进电机的电机轴与丝杆固定连接，滑移台设有滑动轴套，轴套的内螺纹与丝杆的外螺纹匹配，滑移台5上连接有焊枪6；ARM主板9的HDMI接口连通过信号线连接有显示器10。实施例2一种基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构，包括激光器3、CCD像机4、滑移台5、焊枪6、步进电机7、驱动器8、ARM主板9和显示器10；ARM主板9的CCD像机接口通过信号线连接有CCD像机4，CCD像机4的一侧设有激光器3，CCD像机4与激光器3固定连接在一起，CCD像机4朝向与激光器3的朝向相同。激光器3为线性激光器，激光器3为波长650nm，功率30mW的线性激光器。ARM主板9的PWM接口通过信号线连接有2个驱动器8，每个驱动器8都通过信号线连接有步进电机7，步进电机7的一端设有滑移台5，步进电机的电机轴与丝杆固定连接，滑移台设有滑动轴套，轴套的内螺纹与丝杆的外螺纹匹配，滑移台5上连接有焊枪6；ARM主板9的HDMI接口连通过信号线连接有显示器10。所述两个焊枪6的枪口方向是相对的。螺旋钢管焊接工艺如图1所示，图1的箭头代表钢板11旋转方向，钢板11在卷起过程中焊接外焊缝2或同时焊接外焊缝2和内焊缝1，成为钢管。若采用单面焊接，只焊接外缝；大多钢管厂采用双面焊，两台焊机同时工作，内缝焊机在前，外缝焊机在后。在螺旋埋弧钢管焊接过程中，在工艺正常的情况下，焊枪不动，钢管螺旋行进的速度与焊接速度匹配。常采取埋弧焊方法，在可熔化的颗粒状的焊剂覆盖下引燃电弧，使焊丝、母材和焊剂的一部分熔化和蒸发构成一个空腔，电弧是在空腔里面稳定燃烧，焊接处电弧不可见，由于递送钢板的横向串动、成形角的调整、导电嘴磨损等原因，常出现焊偏，对钢管的生产质量构成严重威胁。由于电弧不可见，焊缝跟踪系统，其实是在焊接之前测量焊缝的位置，选用波长为650nm,功率30mW的线性激光器，打在坡口处的激光，在配有滤光片的CCD传感器成像后发生弯曲，经图像处理及特征提取，得到焊缝在图像平面的位置，再经坐标变换，得到焊缝的实际位置，根据焊枪与焊缝的偏差信号，ARM板上的控制律算出控制量，经PWM接口送出PWM脉冲给步进电机驱动器，步进电机动作，使滑移台按期望的位移大小和方向运动，固定在滑移台上的焊枪能准确地跟踪焊缝的位置变化，完成焊接任务。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构，其特征在于：包括激光器、CCD像机、滑移台、焊枪、步进电机、驱动器、ARM主板和显示器；所述ARM主板的CCD像机接口通过信号线连接有CCD像机，CCD像机的一侧设有激光器；所述ARM主板的PWM接口通过信号线连接有驱动器，驱动器还通过信号线连接有步进电机，步进电机的一端设有滑移台，滑移台上连接有焊枪；所述ARM主板的HDMI接口连通过信号线连接有显示器。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构，其特征在于：包括激光器、CCD像机、滑移台、焊枪、步进电机、驱动器、ARM主板和显示器；所述ARM主板的CCD像机接口通过信号线连接有CCD像机，CCD像机的一侧设有激光器；所述ARM主板的PWM接口通过信号线连接有驱动器，驱动器还通过信号线连接有步进电机，步进电机的一端设有滑移台，滑移台上连接有焊枪；所述ARM主板的HDMI接口连通过信号线连接有显示器。2.根据权利要求1所述的基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构，其特征在于：所述步进电机的电机轴与丝杆固定连接，滑移台设有滑动轴套，轴套的内螺纹与丝杆的外螺纹匹配。3.根据权利要求1所述的基于图像的螺旋钢管焊缝跟踪嵌入式控制系统结构，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：高悦彤，高成，庞家腾，佟维妍，茹鹏，付思，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21