[發明專利]基于Zynq的嵌入式焊縫軌跡視覺檢測系統及方法

在審

• 申請號: 202110270057.3
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113109347A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 杜思月;宋旸
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G05B19/042
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種基于Zynq的嵌入式焊縫軌跡視覺檢測系統，其特征在于，基于Zynq嵌入式開發平臺構建視覺傳感器模塊、視覺標定與焊縫特征提取模塊、通信與存儲模塊以及LCD觸摸屏顯示與控制模塊；

所述視覺傳感器模塊由COMS傳感器和線激光器組成，用于采集焊縫激光特征圖像；所述視覺標定與焊縫特征提取模塊用于提取焊縫激光圖像特征點，依據標定結果獲取焊點空間坐標信息；所述通信與存儲模塊負責傳輸存儲數字圖像與數據；所述LCD觸摸屏顯示與控制模塊通過設計的用戶圖像界面實時顯示圖像和控制各模塊有序執行。

2.根據權利要求1所述的基于Zynq的嵌入式焊縫軌跡視覺檢測系統，其特征在于，所述Zynq嵌入式開發平臺包含ARM處理子系統PS部分和可編程邏輯單元PL部分，兩部分通過AXI4接口實現ARM處理器和FPGA之間的通信和數據交互；PS端集成USB、IIC、UART外設通信接口和DDR控制器。

3.根據權利要求2所述的基于Zynq的嵌入式焊縫軌跡視覺檢測系統，其特征在于，所述CMOS傳感器采集數字圖像并通過USB接口與PS部分連接，由PS端接收圖像數據；所述線激光器可TTL調制，其調制信號由PL端的GPIO提供。

4.根據權利要求3所述的基于Zynq的嵌入式焊縫軌跡視覺檢測系統，其特征在于，所述CMOS傳感器采用Daheng Image的MER-031-860U3M，可采集640×480的灰度圖像，支持嵌入式linux環境下開發；所述線激光器中心波長650nm，輸出功率10mW，具有TTL調制功能。

5.根據權利要求1所述的基于Zynq的嵌入式焊縫軌跡視覺檢測系統，其特征在于，所述CMOS傳感器與線激光器的相對位置固定，視覺標定包括相機標定與線結構光光平面標定；

所述焊縫特征提取模塊將所述視覺傳感器模塊提取的焊縫激光圖像經過濾波去噪、自適應閾值分割與形態學處理后提取激光條紋中心線像素點，依據標定結果獲取空間坐標信息。

6.根據權利要求1所述的基于Zynq的嵌入式焊縫軌跡視覺檢測系統，其特征在于，所述通信與存儲模塊由千兆以太網接口與SD存儲卡構成；以太網PHY芯片通過RGMII接口跟ZynqPS系統的MAC層進行數據通信，通信模塊的傳輸層使用TCP/IP協議實現與上位機的數據傳輸，所傳數據包括：系統工作記錄文檔、標定結果、焊縫特征點計算結果和無法提取特征的錯誤圖像；

存儲模塊使用SD卡實現存儲任務，文件系統為FAT32，存儲Zynq系統的BOOT程序，Linux操作系統內核，文件系統以及Qt和OpenCV庫鏡像文件。

7.根據權利要求1所述的基于Zynq的嵌入式焊縫軌跡視覺檢測系統，其特征在于，所述LCD觸摸屏顯示與控制模塊由TFT LCD屏與電容觸摸屏構成，圖像數據從ARM處理器的AXI-HP接口輸出，經過通過axiinterconnect連接axi_vdma IP，axi_vdma通過AXI-Stream流接口連接到axi4s_vid_out IP并輸出驅動信號給LCD觸摸屏模塊，使用v_tc IP來控制輸出的顯示格式和分辨率的時序控制，使用axi_dynclk IP來產生LCD觸摸屏模塊的像素顯示時鐘信號；

PS部分的IIC接口讀取LCD觸摸屏模塊的觸摸信息。

8.根據權利要求7所述的基于Zynq的嵌入式焊縫軌跡視覺檢測系統，其特征在于，人機交互界面包括實時數據顯示區域和模塊控制控件區域。