摘  要

随着焊接自动化以及焊接机器人技术的发展，焊缝自动跟踪系统地研制和应用显得越来越重要。
焊缝自动跟踪系统一般由传感器、信息处理系统和跟踪执行机构组成。在焊接过程中传感器不断检测有关焊缝中心位置的信息，信息处理机构则对偏差信息进行处理，得出焊缝的中心位置，然后输出控制信号，执行机构根据控制信号产生所需的运动，实现焊缝跟踪。本文主要研究了焊缝跟踪系统组成中的传感器和信息处理系统两部分。
首先，本文介绍了焊缝跟踪一般所用的传感器及其工作原理，在此基础上提出了视觉传感技术，并着重介绍了激光结构光式焊缝跟踪系统。同时针对视觉传感方法，介绍了数字图像处理中的中值滤波、增强、二值化、边缘提取等手段，以及数学形态学的基本知识。
在文章的最后介绍了焊缝跟踪的经典控制方法和智能控制方法，同时分析和讨论了边缘跟踪和切向预估两种典型算法，在总结上述方法的基础上提出了切向跟踪、法向*近的算法。

关键词：焊缝跟踪；传感器；图像处理；跟踪算法

ABSTRACT
Along with the development of  robot and welding automation technical,the research and application of seam tracking system is more and more importance .
Usually the seam tracking system is made up of sensor ,information processing system and tracking performance organization. The sensor detect constantly  the information of the center position of weld in course of jointing,then the information processing organization process warp information,get the center position , simultaneous export control signal.when getting the signal , the performance organization come into being the movement that needed, consequently the seam tracking is come true. This text mainly studies the sensor and information processing system that are  two main parts of seam tracking system.
First ,this text introduces the sensor and work principle of usual seam tracking system,then puts forward vision sensor technology.At the same time an implementing method of laser seam tracking system are presented in the article. Because of adopting vision  sensor ,the text introduce median filter ,histogram equalization,binarization,edge extraction and so on,otherwise including basic knowledge of mathematic geomorphology.
Classic control method and intelligences  control method of seam tracking are introduced in the end of the article.at the same time ,the text analyses three algorithms .They are the algorithm of edge tracking algorithm and tangential estimate algorithm .In the foundation of above-mentioned method,the algorithm of tragential tracking and normal nearness is discussed in the end of the article.
Key words：seam tracking；sensor；image processing；tracking algorithm

目  录
 
第1章 绪 论 1
1.1 概述 1
1.2 当今的自动化焊接技术 1
1.2.1焊缝跟踪技术的发展状况 2
1.2.2 焊缝跟踪传感技术 2
1.3 本文的主要工作 5
第2章 视觉传感及激光焊缝跟踪技术 7
2.1视觉传感焊缝跟踪技术简述 7
2.2 视觉传感器的发展状况 8
2.2.1 被动光视觉 8
2.2.2 主动光视觉 9
2.2.2.1 激光扫描法 9
2.2.2.2 结构光方法 10
2.3 视觉传感焊缝跟踪系统整体结构设计及工作原理 12
2.4 本章小结 14
第3章 焊缝的图像处理与分析 16
3.1 图像复原-中值滤波 16
3.2 用直方图修改技术对焊缝图像进行增强 20
3.3 图像的二值化 22
3.3.1 新的二值化方法 22
3.3.2  与Otsu算法的比较 25
3.4 焊缝图像的边缘提取及数学形态学的应用 27
3.4.1 微分算子法 28
3.4.2 拉普拉斯高斯算子法 29
3.4.3 canny法 30
3.4.4 数学形态学原理 32
3.4.4.1 一些定义 33
3.4.4.2 腐蚀（erosion） 35
3.4.4.3 膨胀（dilation） 38
3.4.4.4 开（open） 39
3.4.4.5 闭（close） 41
3.5 焊缝位置的搜索 42
3.6 本章小结 43
第4章 焊缝跟踪控制技术及跟踪算法 44
4.1 焊缝跟踪控制技术简述 44
4.1.1经典控制方法 44
4.1.2 智能控制的方法 44
4.2 跟踪算法 47
4.2.1 典型跟踪算法 47
4.2.1.1 边缘跟踪法 47
4.2.1.2 局部轨线切向预估法 50
4.2.2 切法向跟踪算法 51
4.3 实验及结果分析 53
4.4 本章小结 54
结论 55
参考文献 56
致谢 59

第1章 绪论

1.1 概述
随着焊接自动化技术的迅猛发展，焊缝跟踪系统成为焊接领域的一项重要研究课题。早在40年代埋孤焊刚刚诞生，电孤焊走上自动化道路的初期，人们就急待解决焊缝跟踪这个问题．以避免由于导轨安置和传动误差等原因造成的对中误差和操作工的校正操作。气保护自动电弧焊中，这种校正操作使工人无法承受强烈的弧光幅射。近几年来，一方面由于窄间隙厚板自动焊、全位置自动焊、螺旋管曲线焊及弧焊机器人的开发研究，使这一问题更加突出；另一方面半导体传感器、激光及高智能控制技术的发展又为解决这一问题提供了比较充裕的技术物质基础。目前，从传统的机械电子式到先进的弧焊机器人式焊缝跟踪系统都得到了广泛的应用。然而，尽管焊缝跟踪技术得到了很大的发展．但由于焊接是一个非常复杂的过程，焊接生产中工件的加工误差、热变形、电磁干扰、卡具误差及其它各种干扰因素的影响，使得许多焊缝跟踪系统还不能得到令人满意的结果(如控制方法落后，系统稳定性、可*性差等)。迄今为止，还没有一种能满足所有焊接过程的焊缝跟踪系统，每种焊缝跟踪系统都是针对具体焊接过程而设计的。因此，焊缝跟踪至今仍然是一个十分活跃的研究课题。近年来，由于人工智能技术的发展和应用，为提高焊接自动化水平增添了新的动力。目前，人们迫切希望研制出一种对环境及工作条件都具有一定自适应能力的感知型焊缝跟踪智能系统。