本文關(guān)鍵詞：基于主動(dòng)光視覺傳感的焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 結(jié)構(gòu)光視覺傳感 焊縫跟蹤 圖像處理 時(shí)空上下文 特征點(diǎn)提取

【摘要】：由于手工焊接存在生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境惡劣等問(wèn)題,焊接機(jī)器人逐漸在國(guó)內(nèi)的眾多生產(chǎn)制造領(lǐng)域得到應(yīng)用。然而前工序的定位誤差和焊接過(guò)程出現(xiàn)的熱變形可能導(dǎo)致示教編程獲得的機(jī)器人焊接軌跡偏離實(shí)際的焊縫軌跡,從而影響焊接質(zhì)量。為此,本文研了制基于主動(dòng)光視覺傳感的焊縫跟蹤系統(tǒng),采用基于圖像處理和時(shí)空上下文學(xué)習(xí)的焊縫特征點(diǎn)提取算法,以實(shí)現(xiàn)在強(qiáng)烈的弧光、飛濺、塵煙等干擾下,實(shí)時(shí)檢測(cè)焊縫特征點(diǎn),并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人完成自動(dòng)跟蹤焊接。本課題的研究獲得國(guó)家04科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(編號(hào):2015ZX04005006,五千臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的面向機(jī)床自動(dòng)化生產(chǎn)的機(jī)器人開發(fā)及產(chǎn)業(yè)工程)和廣東省科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(編號(hào):2014B090920001,面向數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人集成一體化技術(shù)的研究)的資助。本文建立了以結(jié)構(gòu)光為主動(dòng)光的激光視覺三維測(cè)量數(shù)學(xué)模型,針對(duì)數(shù)學(xué)模型所需的攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)和激光平面方程,研究了攝像機(jī)和激光平面的標(biāo)定方法,完成標(biāo)定實(shí)驗(yàn),獲得了所需的參數(shù)。針對(duì)結(jié)構(gòu)光視覺傳感器與三軸機(jī)器人平臺(tái)組成的Eye-in-Hand系統(tǒng),提出了一種手眼標(biāo)定算法,獲得了攝像機(jī)坐標(biāo)系與三軸機(jī)器人基坐標(biāo)系的變換關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了像素坐標(biāo)系和基坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。焊縫跟蹤系統(tǒng)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)是測(cè)量點(diǎn)與焊接點(diǎn)之間的距離。該距離越小,系統(tǒng)的綜合性能越高,但弧光和飛濺對(duì)視覺傳感器的干擾越嚴(yán)重,從而導(dǎo)致測(cè)量精度下降甚至測(cè)量失敗。為此,本文提出了一種基于圖像處理和時(shí)空上下文學(xué)習(xí)的焊縫特征點(diǎn)提取算法。焊接開始前,基于圖像處理提取初始特征點(diǎn),其過(guò)程包括濾波、閾值分割、形態(tài)學(xué)修正、ROI提取、中心線提取和特征點(diǎn)提取;焊接開始,利用初始特征點(diǎn)的時(shí)空上下文信息進(jìn)行建模,通過(guò)模型對(duì)當(dāng)前圖像特征點(diǎn)的位置進(jìn)行估計(jì),再利用當(dāng)前特征點(diǎn)的時(shí)空上下文信息對(duì)模型進(jìn)行更新,用于下一幀圖像的估計(jì);通過(guò)噪聲污染程度評(píng)估,檢測(cè)出污染程度較低的圖像,基于圖像處理方法提取實(shí)際特征點(diǎn)并對(duì)模型進(jìn)行修正。該算法大大提升了系統(tǒng)的抗干擾能力。設(shè)計(jì)和研制了一套基于TwinCAT實(shí)時(shí)控制軟件的三軸機(jī)器人焊縫跟蹤實(shí)驗(yàn)平臺(tái),控制系統(tǒng)包括運(yùn)行于TwinCAT實(shí)時(shí)核的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制模塊和運(yùn)行于Windows的上位機(jī)軟件模塊。在此平臺(tái)上分別進(jìn)行了焊縫特征點(diǎn)提取實(shí)驗(yàn)和焊縫軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在存在強(qiáng)烈弧光和飛濺的工況下,系統(tǒng)能夠正常進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)跟蹤焊接,測(cè)量點(diǎn)與焊接點(diǎn)的最小距離可達(dá)30mm,視覺傳感器測(cè)量頻率可達(dá)30Hz,跟蹤的平均絕對(duì)誤差小于0.4mm,能滿足實(shí)際焊接生產(chǎn)的需求。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu)光視覺傳感 焊縫跟蹤 圖像處理 時(shí)空上下文 特征點(diǎn)提取
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題研究背景和意義12-13
• 1.2 焊縫跟蹤的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 焊縫跟蹤的傳感技術(shù)13-14
• 1.2.2 主動(dòng)光視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 視覺傳感圖像處理的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 圖像去噪16-17
• 1.3.2 圖像分割17
• 1.3.3 特征提取17-18
• 1.4 論文研究的目的與主要內(nèi)容18-20
• 第二章 結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)原理20-28
• 2.1 基本測(cè)量原理20
• 2.2 三維測(cè)量數(shù)學(xué)模型20-25
• 2.2.1 基于三角測(cè)量法的數(shù)學(xué)模型20-23
• 2.2.2 基于透視投影的數(shù)學(xué)模型23-25
• 2.3 激光器和濾光鏡25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章 視覺系統(tǒng)標(biāo)定28-48
• 3.1 攝像機(jī)標(biāo)定28-36
• 3.1.1 攝像機(jī)模型28-29
• 3.1.2 內(nèi)外參數(shù)求解29-32
• 3.1.3 基于HALCON的攝像機(jī)標(biāo)定32-34
• 3.1.4 標(biāo)定精度檢驗(yàn)34-36
• 3.2 激光平面標(biāo)定36-41
• 3.2.1 標(biāo)定原理37-39
• 3.2.2 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)39-41
• 3.3 三軸機(jī)器人手眼標(biāo)定41-47
• 3.3.1 手眼系統(tǒng)42-43
• 3.3.2 標(biāo)定原理43-45
• 3.3.3 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 焊縫特征點(diǎn)提取48-77
• 4.1 初始特征點(diǎn)提取49-61
• 4.1.1 圖像濾波49-50
• 4.1.2 閾值分割50-52
• 4.1.3 形態(tài)學(xué)基本運(yùn)算52-54
• 4.1.4 形態(tài)學(xué)修整54-55
• 4.1.5 ROI提取55-57
• 4.1.7 中心線提取57-59
• 4.1.8 特征點(diǎn)和傾斜角提取59-61
• 4.2 基于時(shí)空上下文的特征點(diǎn)提取61-66
• 4.2.1 算法原理62-64
• 4.2.2 特征點(diǎn)提取過(guò)程64-66
• 4.3 時(shí)空上下文模型的修正66-74
• 4.3.1 噪聲污染程度評(píng)估66-67
• 4.3.2 實(shí)際特征點(diǎn)的提取67-73
• 4.3.3 模型修正73-74
• 4.4 參數(shù)設(shè)定74-76
• 4.4.1 空間上下文區(qū)域的尺寸74-75
• 4.4.2 其他參數(shù)設(shè)定75-76
• 4.5 本章小結(jié)76-77
• 第五章 實(shí)驗(yàn)研究與分析77-95
• 5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)77-81
• 5.1.1 運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)78-79
• 5.1.2 結(jié)構(gòu)光視覺傳感器79
• 5.1.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)79-81
• 5.2 特征點(diǎn)提取實(shí)驗(yàn)81-87
• 5.3 焊縫軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn)87-94
• 5.3.1 數(shù)據(jù)濾波87-88
• 5.3.2 軌跡跟蹤方法88-89
• 5.3.3 焊縫軌跡跟蹤的實(shí)驗(yàn)過(guò)程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果89-94
• 5.4 本章小結(jié)94-95
• 總結(jié)與展望95-98
• 全文總結(jié)95-96
• 創(chuàng)新點(diǎn)96
• 未來(lái)展望96-98
• 參考文獻(xiàn)98-104
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果104-105
• 致謝105-106
• 附件106

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