基于视觉传感的弧焊机器人焊缝图像信息优化处理

论文摘要

随着自动化技术、图像处理技术以及传感器技术的发展,现代焊接技术也越来越自动化、智能化。然而如何提高焊接质量、提高生产率、实现自动在线监控等依然是焊接技术的热点问题。在自动焊缝跟踪系统中,如何获得更清晰的焊缝条纹图像、更高效快捷的提取焊缝信息、更精确获取焊缝偏差依然是该领域需要研究的内容。本文研究了弧焊机器人视觉传感的焊缝图像信息优化处理。激光器发出的点光源经柱透镜变成条形光投射在焊接工件表面,CCD垂直接收从工件上方漫反射的反映不同焊缝坡口形状的条形光,通过信号采集和图像处理环节,得知条形光变形处的中间位置即是焊缝中心位置。通过与当前焊枪位置比较,获得焊缝真实偏差,并将其送于控制机构,从而调整焊枪运动以消除偏差。在焊接过程中,’由于弧光、飞溅、烟尘等干扰,CCD拍摄的焊缝图像包含了大量的噪声,因此需要对焊缝图像进行去噪等一些列图像处理,从而提取焊缝条纹信息。论文讨论了焊缝图像处理中存在噪声、断点、波动以及处理速度慢等问题,分析了影响焊缝图像处理的各种干扰因素。根据焊缝条纹呈线性分布的特点,通过行灰度值累加分布,合理确定视频采集窗口的尺寸。采用阈值化、3*1中值滤波、水平腐蚀、细化等图像处理方法对焊缝图像进行处理。获得焊缝条纹信息之后,根据焊缝偏差量的参数要求和不同坡口焊缝的特征,针对性的设定特征点。根据焊缝细化后的图像行像素灰度累加呈尖峰分布的特性,在图像处理窗口的基础上,再次缩小需要搜索图像的范围和确定需要的特征点。然后,利用探测准则结合跟踪准则,对对接、搭接、V形、角型坡口焊缝的特征点进行了提取和偏差量计算。实验结果表明,优化后的图像处理方法结合特征点提取,不仅能较好的提取焊缝特征点,且提取速度几乎提高了两倍,实时性更好。为后续的焊缝跟踪环节提供更精确的数据。文中采用USB串行总线的图像采集卡对焊缝图像进行实时数据采集传输,与传统的插槽式图采卡相比,它可以形成各种类型的移动式图像处理工作站,为焊缝跟踪控制软件程序开发应用提供了方便。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 焊接机器人的发展概述
• 1.1.1 国内外焊接机器人技术的发展状况
• 1.1.2 我国焊接机器人的应用状况
• 1.2 机器人视觉
• 1.3 用于焊缝跟踪系统的传感技术
• 1.3.1 电弧传感焊缝跟踪
• 1.3.2 视觉传感焊缝跟踪
• 1.4 计算机图像处理技术
• 1.4.1 数字图像处理
• 1.4.2 基于视觉传感的焊缝图像处理
• 1.5 课题来源、研究内容
• 第2章 结构光视觉传感焊缝跟踪系统硬件组成
• 2.1 系统构成及工作原理
• 2.2 视觉传感系统
• 2.2.1 激光器
• 2.2.2 CCD摄像头和滤光片
• 2.2.3 冷却吹灰系统
• 2.2.4 视觉传感器的安装
• 2.3 基于USB的图像采集卡
• 2.4 焊缝跟踪系统
• 2.4.1 焊机和十字滑架
• 2.4.2 焊接小车
• 2.4.3 系统控制箱
• 2.5 本章小结
• 第3章 焊缝图像信息优化处理
• 3.1 基于VC++6.0的弧焊机器人焊缝跟踪图像处理工程
• 3.1.1 VC++可视化编程
• 3.1.2 焊缝图像处理工程及其优化
• 3.2 影响焊缝图像的噪声
• 3.2.1 噪声分析
• 3.2.2 影响飞溅形成的因素
• 3.3 焊缝图像预处理
• 3.3.1 灰度直方图
• 3.3.2 阈值变换
• 3.3.3 图像平滑
• 3.3.4 图像锐化
• 3.4 数学形态学
• 3.4.1 二值形态学
• 3.4.2 骨架提取
• 3.5 改进型焊缝图像处理
• 3.6 本章小结
• 第4章 改进型焊缝坡口识别及特征提取
• 4.1 焊缝特征点搜索准则
• 4.1.1 定义焊缝偏差
• 4.1.2 焊缝搜索坐标及搜索窗口设置
• 4.2 焊缝特征点搜索
• 4.2.1 对接型焊缝特征分析与参数提取
• 4.2.2 搭接型焊缝特征分析与参数提取
• 4.2.3 "V"型焊缝特征分析与参数提取
• 4.2.4 角型焊缝特征参数提取
• 4.2.5 搜索程序
• 4.3 本章小结
• 第5章 视觉传感焊缝图像信息优化处理的应用
• 5.1 焊缝视觉信息处理优化应用
• 5.1.1 工程界面窗口的优化应用
• 5.1.2 特征点提取优化的应用
• 5.2 视觉传感焊缝跟踪实验
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果