嵌入式Linux平台下的焊缝测量系统.pdf
哈尔滨理工大学电子信息硕士学位论文
嵌入式Linux平台下的焊缝测量系统
摘要
焊接技术是工业生产中重要的一个环节,焊缝的识别跟踪对于国家发展起
到至关重要的作用。传统的焊缝跟踪系统由跟踪模块、线性激光器、PC等部
件构成,主要依赖PC主控机,从而使整个系统体积较大、成本较高,不利于
条件苛刻的环境下工作。近年来,我国焊接制造业正朝着高精度、高效率、低
功耗和便携性的方向迅速发展。为此,设计了一种基于嵌入式Linux平台的焊
缝跟踪系统,以取代传统的PC主控系统。该系统主要包括平台搭建和系统程
序设计两个方面。其中,平台设备搭建包括CCD相机采集焊缝图像、图像传
输以及显示等,系统程序设计主要为嵌入式Linux系统移植、外围设备驱动程
序、焊缝图像处理、QT图形移植等。实现快速而准确的图像分析、特征提取、
焊缝提取等功能。
随着科技的发展和嵌入式设备的广泛应用,ARM和OpenCV相结合,在嵌
入式系统上可以高效的执行图像处理任务。ARM的架构提供了低功耗、高性
能、系统可裁剪的优势,而OpenCV提供了强大的图像处理功能,可以实现图
像滤波、边缘检测等。本文的工作和研究主要包括以下几个方面:
(1)分析焊缝跟踪系统的相关研究以及发展现状,确定传感器的结构设
计及硬件选型,搭建焊缝图像采集模块、激光器、嵌入式平台等实验硬件平台,
为后续采集图像数据以及实验提供条件。
(2)为提高焊接作业中对焊缝的检测识别精度,本文对激光焊接图像进
行了图像滤波、形态学变化等一系列图像处理技术,通过对多种算法进行性能
测试和实验分析,对比不同方法的降噪效果,基于骨架法改进的灰度质心法来
提取激光中心线条纹,通过斜率分析法对焊缝特征点进行识别。
(3)对标定系统进行了相关的标定工作,包括根据张氏标定法完成相机
的内外参的标定、利用三维光学平台精确的刻度信息,获得焊缝特征点随三维
光学平台移动所对应的像素坐标,为BP神经网络准备数据集、利用实验数据
训练BP神经网络,实现焊缝图像中的像素点到现实世界中的位移量的转换。
(4)主控器以ARMCortex-A7架构的I.MX6ULL芯片为核心处理器,利
用网口连接的CCD相机采集焊缝图像,将嵌入式Linux操作系统移植到开发板
上为应用程序提供开发环境,在嵌入式系统上集成OpenCV库,用于对焊缝图
-I-
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像进行分析和处理,配合Qt库的移植实现人机交互界面的显示,并设计应用
程序软件。
关键词焊接机器人;线结构光视觉测量;嵌入式Linux;图像处理
-II-
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Weldingseammeasurementsystemunderembedded
Linuxplatform
Abstract
Weldingtechnologyisanimportantlinkinindustrialproduction,andthe
identificationandtrackingofweldsplaysavitalroleinnationaldevelopment.The
traditionalweldingseamtrackingsystemconsistsoftrackingmodules,linearlasers,
PCsandothercomponents,andmainlyreliesonthePChostcomputer,makingthe
entiresystemlargerandmoreco