接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。同时由于人工操作的特殊性，以及人工操作容易受外界因素的影响，人工焊接的效率较低，而且，每一个焊接工人的焊接培训力度和焊炬经验参差不一，导致他们的焊接质量也不统一。
[0017]由此可见，现有技术中的人工焊接模式存在诸多弊端，为了保障焊接质量的可靠性，需要采取机器焊接的方式替代人工焊接，这要求焊接机器能够自行实时检测出焊缝的位置和焊炬的位置，确定二者的偏差，以偏差为控制基础，控制焊炬移动到焊缝位置进行焊接。即，对于焊缝的自动跟踪系统已经成为目前焊接领域研宄的重点之一。
[0018]本实用新型搭建了一种跟踪焊缝位置的焊炬位移控制系统，通过焊炬定位传感器实时确定焊炬的当前位置，通过有针对性的图像采集和处理技术完成对焊缝中心线位置的检测，并进一步采用焊炬驱动器以基于焊接位置和焊缝位置的偏差，驱动焊炬移动到焊缝位置进行焊接，整个过程不需要人工操作，提高了焊接的效率和质量。
[0019]图1为根据本实用新型实施方案示出的跟踪焊缝位置的焊炬位移控制系统的结构方框图，所述控制系统包括:(XD摄像头1、图像采集卡2、图像处理器3、嵌入式处理器4、焊炬驱动器5和供电设备6，所述嵌入式处理器4与所述CCD摄像头1、所述图像采集卡2、所述图像处理器3、所述焊炬驱动器5和所述供电设备6分别连接，所述图像采集卡2与所述CCD摄像头I和所述图像处理器3分别连接。
[0020]其中，所述CCD摄像头I用于拍摄待焊接设备的焊件图像，所述图像采集卡2用于对所述焊件图像执行图像预处理操作，输出预处理图像，所述图像处理器3对所述预处理图像执行焊缝位置识别操作，输出焊缝中心线位置，所述嵌入式处理器4基于所述焊缝中心线位置向所述焊炬驱动器5发出焊炬驱动信号，所述焊炬驱动信号用于驱动焊炬移动，所述供电设备6用于为所述控制系统提供电力供应。
[0021]接着，继续对本实用新型的跟踪焊缝位置的焊炬位移控制系统的具体结构进行进一步的说明。
[0022]所述控制系统还包括:焊炬，采用氧气和中低压乙炔作为焊接热源，对待焊接设备进行焊接，焊接处为待焊接设备中的焊缝中心线位置。
[0023]所述控制系统还包括:焊炬位置传感器，包括电磁式接近开关，用于实时确定焊炬的当前位置。
[0024]所述控制系统还包括:摄像光源，设置在所述CXD摄像头I上，为所述CXD摄像头I的拍摄提供照明，所述摄像光源的光源强度与所述CCD摄像头I周围环境的亮度成反比。
[0025]所述控制系统还包括:存储器，用于预先存储二值化阈值和黑点数量阈值，还用于预先存储标定线上限灰度阈值和标定线下限灰度阈值，所述二值化阈值在0-255之间，所述二值化阈值用于将灰度化图像处理为二值化图像，所述标定线上限灰度阈值和所述标定线下限灰度阈值用于将图像中的标定线和背景分离，标定线在被拍摄目标上的位置为已知数据。
[0026]所述控制系统还包括:显示器，与嵌入式处理器4连接，用于显示复合图像。
[0027]所述图像采集卡2包括对比度增强器件、中值滤波器件和灰度化处理器件，所述对比度增强器件与所述CXD摄像头I连接，用于将所述焊件图像执行对比度增强处理，输出增强焊件图像，所述中值滤波器件与所述对比度增强器件连接，基于3X3像素矩阵的中值滤波窗口对所述增强焊件图像执行中值滤波，输出滤波焊件图像，所述灰度化处理器件与所述中值滤波器件连接，对所述滤波焊件图像执行灰度化处理，输出所述预处理图像，所述对比度增强器件、所述中值滤波器件和所述灰度化处理器件集成在一块FPGA芯片上。
[0028]所述图像处理器3与所述存储器和所述图像采集卡2分别连接，所述图像处理器3包括焊缝检测器件、标定线识别器件和焊缝位置确定器件，所述焊缝检测器件与所述灰度化处理器件和所述存储器连接，基于所述二值化阈值将所述预处理图像处理为二值化焊件图像，所述焊缝检测器件对所述二值化焊件图像的每一列像素进行检测，如果一列像素中黑点像素的数量大于等于所述黑点数量阈值，则该列像素为焊缝像素列，针对每条焊缝像素列，所述焊缝检测器件对所述二值化焊件图像中与这条焊缝像素列垂直的每一行像素进行检测，检测出其中黑点像素最多的一行像素，将检测出的像素行与这条焊缝像素列的交点作为焊缝中心点，将所有的焊缝像素列的焊缝中心点组成焊缝中心线。
[0029]所述标定线识别器件与所述灰度化处理器件和所述存储器连接，将所述预处理图像中灰度值在所述标定线上限灰度阈值和所述标定线下限灰度阈值之间的像素识别并组成标定线图案，所述焊缝位置确定器件与所述焊缝检测器件和所述标定线识别器件分别连接，测量所述焊缝中心线与所述标定线图案的相对位置，基于所述相对位置和所述标定线在所述待焊接设备上的已知位置确定焊缝中心线位置，所述焊缝检测器件、所述标定线识别器件和所述焊缝位置确定器件分别采用不同的FPGA芯片来实现。
[0030]所述嵌入式处理器4与所述焊炬位置传感器、所述焊缝位置确定器件和所述焊炬驱动器5分别连接，基于所述焊缝中心线位置和所述焊炬的当前位置确定焊炬位移，并将焊炬位移包括在所述焊炬驱动信号以发送给所述焊炬驱动器5，所述焊炬驱动器5基于所述焊炬驱动信号驱动所述焊炬按照所述焊炬位移移动。
[0031 ] 所述嵌入式处理器4还与所述CXD摄像头1、所述焊缝检测器件和所述标定线识别器件分别连接，将所述标定线图案、所述焊缝中心线复合到所述焊件图像上以组成复合图像。
[0032]其中，所述二值化阈值用于将灰度化图像处理为二值化图像包括，将所述二值化阈值与灰度化图像中的每一个像素的灰度值比较，灰度值小于所述二值化阈值的像素，用O表示该像素的像素值，该像素为黑点，灰度值大于等于所述二值化阈值的像素，用I表示该像素的像素值，该像素为白点。
[0033]其中，所述控制系统中还可以包括:无线收发接口，用于与远端的焊接监控平台建立双向通信链路连接，以接收所述焊接监控平台发送的控制指令，所述无线收发接口还可以与所述嵌入式处理器4连接，以将所述复合图像无线发送给所述焊接监控平台，所述无线收发接口还可以包括编码器，以在将所述复合图像无线发送给所述焊接监控平台之前，对所述复合图像执行压缩编码，可选择地，所述压缩编码采用的编码标准是MPEG-2或MPEG-4。
[0034]另外，图像编码指的是，在满足一定保真度的要求下，对图像数据的进行变换、编码和压缩，去除多余数据减少表示数字图像时需要的数据量，以便于图像的存储和传输。即以较少的数据量有损或无损地表示原来的像素矩阵的技术。图像压缩编码可分为两类:一类压缩是可逆的，即从压缩后的数据可以完全恢复原来的图像，信息没有损失，称为无损压缩编码；另一类压缩是不可逆的，即从压缩后的数据无法完全恢复原来的图像，信息有一定损失，称为有损压缩编码。
[0035]另外，MPEG标准主要有以下五个，MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7 及 MPEG-21等。MPEG专家组建于1988年，专门负责为CD建立视频和音频标准，而成员都是为视频、音频及系统领域的技术专家。及后，他们成功将声音和影像的记录脱离了传统的模拟方式，建立了 ISO/IEC11172压缩编码标准，并制定出MPEG-格式，令视听传播方面进入了数码化