坡口及焊缝数字轮廓的激光光栅视觉测量
发布时间：2022-01-17 09:16
随着现代制造对焊接的生产率和质量要求越来越高,焊接过程实现由自动化向智能化的发展已成为必然趋势。机器视觉作为最有效的智能化实现手段,国内外已经有了许多利用机器视觉获取焊接环境信息,实现焊接过程智能控制的研究。但是研究中大多采用单条纹激光视觉传感,系统采集一副图像只能获取焊缝的一个截面信息,测量的精度与速度难以兼顾,目前自主的识别、理解复杂焊接环境及工况状态还是实现智能化的一个瓶颈。针对单条纹线激光逐条扫描的缺点,本文搭建了激光光栅视觉测量系统,尝试以多线同时扫描的方式提取坡口及焊缝表面轮廓的数字化信息。主要开展的工作如下:（1）搭建了一套激光光栅视觉测量系统。系统以25条平行线光栅激光器作为主动光源,并在一定角度下投射光栅条纹至待测坡口表面,随着行走小车与工件的相对移动,光栅条纹连续扫描,CCD摄像机定时曝光,实现条纹图像的连续采集。（2）探索了系统视觉测量的技术条件。通过实验分析了成像系统内部激光器投射角度以及摄像机工作距离,对系统测量视场范围以及测量结果准确度的影响,使系统可以获取满足坡口及焊缝待测区域范围的清晰光栅条纹图像。工作距离和投射角度是系统工作前必须确定的两个技术参数。（...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 机器视觉技术的发展
1.2.2 机器视觉技术在焊接中的应用
1.3 研究目标、内容和技术路线
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
第2章 光栅视觉测量系统的搭建
2.1 光栅视觉测量系统的组成及原理
2.1.1 测量系统的技术指标与设计原理
2.1.2 硬件组成
2.1.3 软件组成
2.1.4 系统的工作原理
2.2 摄像机与激光器的相对位置
2.2.1 摄像机与激光器的几何位置关系
2.2.2 系统的工作距离
2.2.3 激光器的投射角度
2.3 本章小结
第3章 光栅条纹视觉图像的特征分析
3.1 V型、I型与搭接坡口
3.2 间隙量、错边量、坡口角度不同的V型坡口
3.3 多层多道焊过程中的典型焊缝图像
3.4 本章小结
第4章 光栅条纹的图像处理与坐标化
4.1 V型坡口的光栅条纹图像处理
4.1.1 原始图像的特点分析
4.1.2 图像的校正
4.1.3 开窗处理
4.1.4 条纹分割
4.1.5 条纹细化
4.2 焊缝表面轮廓的光栅条纹图像处理
4.3 光栅条纹的坐标化
4.3.1 摄像机的标定
4.3.2 激光器的标定
4.3.3 三维坐标的获取
4.4 本章小结
第5章 长焊缝视觉连续测量的实现
5.1 系统工作方式的确定
5.2 不同帧数图像坐标系的统一
5.3 连续扫描离散点坐标的获取
5.4 本章小结
第6章 坡口及焊缝表面轮廓的数字化
6.1 坡口及焊缝表面轮廓的三维重构
6.1.1 点云数据的处理
6.1.2 三维重构
6.2 焊缝参数量化指标的建立
6.2.1 截面轮廓上特征点的提取
6.2.2 尺寸参数的计算
6.3 实际测量
6.3.1 V型坡口
6.3.2 一道次焊焊缝
6.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进Steger算法的自适应光条纹中心提取[J]. 南方,李大华,高强,于晓. 激光杂志. 2018(01)
[2]基于机器视觉PCB焊点质量检测研究[J]. 祝振敏,吕兆康,宋瑞超,李海文. 控制工程. 2017(04)
[3]我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势[J]. 霍厚志,张号,杜启恒,黄胜利,仇一晨. 焊管. 2017(02)
[4]基于网格激光的TIG焊熔池三维表面凹凸性分析[J]. 何笑英,黄健康,石玗,樊丁. 焊接学报. 2017(01)
[5]基于激光视觉传感的船舶型材机器人焊接焊道编排及系统研制[J]. 刘希鹏,陈兴,陈华斌,林涛. 上海交通大学学报. 2016(S1)
[6]基于激光视觉的多层多道焊接坡口特征点提取方法[J]. 顾帆,陈华斌,何银水,陈善本. 上海交通大学学报. 2016(S1)
[7]机器人装配中的视觉引导定位技术研究[J]. 郑魁敬,潘春莹,许斐. 制造技术与机床. 2016(03)
[8]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[9]亚像素级激光光条提取及其激光平面标定应用(英文)[J]. 陈平,张志胜,戴敏,陈恺. Journal of Southeast University（English Edition）. 2015(01)
[10]焊接智能化与智能化焊接机器人技术研究进展[J]. 陈善本,吕娜. 电焊机. 2013(05)
博士论文
[1]基于激光视觉传感的CO2横焊焊缝图像处理研究[D]. 申俊琦.天津大学 2010
[2]空域自适应滤波方法及其在斜模式遥感图像复原中的应用[D]. 郑钰辉.南京理工大学 2009
硕士论文
[1]坡口及焊缝表面三维轮廓的激光视觉表征[D]. 张国强.兰州理工大学 2016
[2]基于线激光辅助的焊缝成形表征方法的研究[D]. 代敦三.兰州理工大学 2013
[3]基于数字光栅投影的三维形貌技术研究[D]. 黄祥岭.山东大学 2013
[4]复杂背景下室内移动机器人双目立体视觉系统研究[D]. 马璇.浙江大学 2012
[5]激光结构光视觉传感器焊缝跟踪的图像处理方法研究[D]. 邓景煜.上海交通大学 2012
本文编号：3594468
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 机器视觉技术的发展
1.2.2 机器视觉技术在焊接中的应用
1.3 研究目标、内容和技术路线
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
第2章 光栅视觉测量系统的搭建
2.1 光栅视觉测量系统的组成及原理
2.1.1 测量系统的技术指标与设计原理
2.1.2 硬件组成
2.1.3 软件组成
2.1.4 系统的工作原理
2.2 摄像机与激光器的相对位置
2.2.1 摄像机与激光器的几何位置关系
2.2.2 系统的工作距离
2.2.3 激光器的投射角度
2.3 本章小结
第3章 光栅条纹视觉图像的特征分析
3.1 V型、I型与搭接坡口
3.2 间隙量、错边量、坡口角度不同的V型坡口
3.3 多层多道焊过程中的典型焊缝图像
3.4 本章小结
第4章 光栅条纹的图像处理与坐标化
4.1 V型坡口的光栅条纹图像处理
4.1.1 原始图像的特点分析
4.1.2 图像的校正
4.1.3 开窗处理
4.1.4 条纹分割
4.1.5 条纹细化
4.2 焊缝表面轮廓的光栅条纹图像处理
4.3 光栅条纹的坐标化
4.3.1 摄像机的标定
4.3.2 激光器的标定
4.3.3 三维坐标的获取
4.4 本章小结
第5章 长焊缝视觉连续测量的实现
5.1 系统工作方式的确定
5.2 不同帧数图像坐标系的统一
5.3 连续扫描离散点坐标的获取
5.4 本章小结
第6章 坡口及焊缝表面轮廓的数字化
6.1 坡口及焊缝表面轮廓的三维重构
6.1.1 点云数据的处理
6.1.2 三维重构
6.2 焊缝参数量化指标的建立
6.2.1 截面轮廓上特征点的提取
6.2.2 尺寸参数的计算
6.3 实际测量
6.3.1 V型坡口
6.3.2 一道次焊焊缝
6.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进Steger算法的自适应光条纹中心提取[J]. 南方,李大华,高强,于晓. 激光杂志. 2018(01)
[2]基于机器视觉PCB焊点质量检测研究[J]. 祝振敏,吕兆康,宋瑞超,李海文. 控制工程. 2017(04)
[3]我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势[J]. 霍厚志,张号,杜启恒,黄胜利,仇一晨. 焊管. 2017(02)
[4]基于网格激光的TIG焊熔池三维表面凹凸性分析[J]. 何笑英,黄健康,石玗,樊丁. 焊接学报. 2017(01)
[5]基于激光视觉传感的船舶型材机器人焊接焊道编排及系统研制[J]. 刘希鹏,陈兴,陈华斌,林涛. 上海交通大学学报. 2016(S1)
[6]基于激光视觉的多层多道焊接坡口特征点提取方法[J]. 顾帆,陈华斌,何银水,陈善本. 上海交通大学学报. 2016(S1)
[7]机器人装配中的视觉引导定位技术研究[J]. 郑魁敬,潘春莹,许斐. 制造技术与机床. 2016(03)
[8]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[9]亚像素级激光光条提取及其激光平面标定应用(英文)[J]. 陈平,张志胜,戴敏,陈恺. Journal of Southeast University（English Edition）. 2015(01)
[10]焊接智能化与智能化焊接机器人技术研究进展[J]. 陈善本,吕娜. 电焊机. 2013(05)
博士论文
[1]基于激光视觉传感的CO2横焊焊缝图像处理研究[D]. 申俊琦.天津大学 2010
[2]空域自适应滤波方法及其在斜模式遥感图像复原中的应用[D]. 郑钰辉.南京理工大学 2009
硕士论文
[1]坡口及焊缝表面三维轮廓的激光视觉表征[D]. 张国强.兰州理工大学 2016
[2]基于线激光辅助的焊缝成形表征方法的研究[D]. 代敦三.兰州理工大学 2013
[3]基于数字光栅投影的三维形貌技术研究[D]. 黄祥岭.山东大学 2013
[4]复杂背景下室内移动机器人双目立体视觉系统研究[D]. 马璇.浙江大学 2012
[5]激光结构光视觉传感器焊缝跟踪的图像处理方法研究[D]. 邓景煜.上海交通大学 2012
本文编号：3594468
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