1、    ccd視覺傳感器在激光焊接中的應用    劉鵬摘要：在工業環境中，機器視覺應用日臻成熟，尤其在危險工作環境或人工視覺難以滿足要求的場合，用機器視覺來替代人工視覺提高了作業的準確性和安全性。在激光加工領域機器視覺技術與激光加工技術開始融合，通過機器視覺的定位和引導實現高精度加工，降低了對高成本精密卡具的需求，提升設備精度，降低加工成本，本文簡單介紹了ccd視覺傳感器在激光焊接中的應用。關鍵字：機器視覺檢測系統;ccd視覺傳感器;激光焊接機器視覺檢測系統就是用工業相機代替人眼睛去完成識別、測量、定位、判斷等功能。視覺檢測是指通過機器視覺產品將被攝取目

2、標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像采集系統和圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號。ccd視覺傳感器使用高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以便捷地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機進行圖像處理。激光加工是一種應用廣泛的工業加工技術，利用對激光器的運動控制，實現高精度的打標、切割、雕刻、焊接等功能。隨著激光加工的工藝升級，傳統技術已經不能滿足工業加工對高精度高速度的要求，這使機器視覺檢測技術與激光加工技術開始融合，通過視覺的定位和引導實現高精度加工，降低了對高成

3、本精密卡具的需求，提升設備精度，降低加工成本。一、ccd視覺傳感器對于焊縫圖像的采集ccd視覺傳感器是基于仿生學研制的，在整個焊縫跟蹤系統中就相當于人的眼睛，所以視覺傳感器的精度對整個焊縫跟蹤系統的精度來說至關重要。ccd視覺傳感器需要滿足的是在實際焊接作業環境條件下的焊縫自動跟蹤機器人系統對其提出的一系列要求，例如：可以對不同焊縫坡口形狀以及不同焊縫坡口厚度的焊縫進行跟蹤焊接;可以適用于持續的高溫輻射、飛濺煙塵干擾、強烈的弧光、燃燒的氣體等一些惡劣的焊接環境;可以從激光視覺傳感器中獲取到清晰可見的焊縫結構光原始圖像等，這就決定了焊接過程中焊縫圖像的特殊性。在基于視覺傳感器的焊縫跟蹤系統中，傳

4、感器攝取的焊縫圖像經空間采樣和模數轉換后，以灰度矩陣的形式存入計算機存儲器得到數字圖像，所獲得的圖像因為存在許多噪聲和傳輸過程中的畸變，無法直接獲取有用的焊縫位置信息，所以必須對采集的數字圖像運用濾波去噪、圖像分割、邊緣檢測等一系列圖像處理方法來解決這個問題，從而獲取有用的信息。基本的圖像處理一般包括圖像預處理、圖像分割和圖像識別等，最終獲取焊縫位置信息。ccd傳感器采用雙反射鏡來獲取焊縫圖像，雙反射鏡式激光視覺傳感器獲取焊縫圖像的光路圖如圖：二、ccd視覺傳感器對于焊縫圖像的處理在焊縫跟蹤視覺傳感系統中，視覺傳感器將攝取到的焊縫圖像信號傳送給圖像處理單元，圖像信號經過圖像處理單元一系列圖像處

5、理之后，得到一組結構光條紋圖像的像素點坐標值，像素點坐標經過視覺傳感器內部標定以及坐標轉換之后，最終得到的坐標是在機器人坐標系下的焊縫位置坐標。利用視覺傳感器在固定時間間隔攝取到并且經過圖像預處理之后得到的焊縫像素點坐標數據來重建在機器人坐標系下的焊縫，然后在焊縫的基礎上對焊縫進行特征識別與提取。在焊接過程中從 ccd 攝像機攝取到的實時焊縫圖像，并不能直接被計算機識別而獲取焊縫特征點以及位置信息。這是因為在焊接過程中采集到的焊縫結構光圖像在焊接弧光、煙塵和飛濺的影響下存在一系列噪聲的干擾。所以，在對焊縫結構光圖像進行處理之前要先對焊縫結構光圖像進行圖像預處理操作。焊縫圖像的預處理其主要目的就

6、是使得實時傳輸的焊縫結構光圖像變得清晰，并且突出焊縫特征，為下一步的焊縫特征識別與提取做好準備。三、ccd視覺傳感器與cmos傳感器相比較ccd制作技術起步早，技術成熟，采用pn結或二氧化硅（sio2）隔離層隔離噪聲，成像質量相對cmos有一定優勢。由于cmos集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像質量影響很大，使cmos很長一段時間無法投入實用。感光度方面，由于cmos每個像素由四個晶體管與一個感光二極管構成，還包含了放大器與數模轉換電路，過多的額外設備縮小了單一像素感光區域的表面積，因此相同像素下，同樣的尺寸，cmos的感光度會低于ccd。分

7、辨率方面：由于cmos傳感器的每個像素都比ccd傳感器復雜，其像素尺寸很難達到ccd傳感器的水平，因此，當我們比較相同尺寸的ccd與cmos時，ccd傳感器的分辨率通常會優于cmos傳感器。ccd在影像品質等方面均優于cmos，而cmos則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。不過，隨著ccd與cmos傳感器技術的進步，兩者的差異將逐漸減小，新一代的ccd傳感器一直在功耗上作改進，而cmos傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足。相信不斷改進的ccd與cmos傳感器將為我們帶來更加美好的數碼影像世界。綜上所述，隨著信息技術的發展，為計算機、機器人或其他智能機器賦予人類視覺功能，成為科學家們的奮斗目標。目前，機器視覺技術已經實現了產品化、實用化，鏡頭、高速相機、光源、圖像軟件、圖像采集卡、視覺處理器等相關產品功能日益完善。機器視覺領域新技術爆出，通用式三維即時視覺傳感技術將為機器視覺再添濃墨重彩的一筆。參考資料1.嚴