【摘要】：隨著制造裝備的發(fā)展,中厚板的多層多道焊接已是常用的焊接方法。但是結(jié)構(gòu)件的焊接通常會存在一些缺陷,而焊接的質(zhì)量對產(chǎn)品可靠性有著重要的影響。對焊縫外觀的檢測,在一定程度上有利于發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部的缺陷,通過焊縫的外觀也可以判斷焊接工藝規(guī)范的合理性。傳統(tǒng)焊縫檢測有著檢測時間長、工具易磨損、檢測范圍小等缺點,隨著工業(yè)自動化程度的提高,光學(xué)測量受到了越來越多的關(guān)注。本文根據(jù)線結(jié)構(gòu)光三角測量的原理,對焊縫焊后的外觀檢測技術(shù)進行了研究,主要研究內(nèi)容如下:(1)根據(jù)線結(jié)構(gòu)光三角測量原理,設(shè)計視覺傳感系統(tǒng)模型。視覺傳感系統(tǒng)包括相機、鏡頭、濾光片、激光器、嵌入式處理單元等部件。(2)根據(jù)視覺傳感系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型對系統(tǒng)進行了標(biāo)定。其中,相機標(biāo)定采用了張氏模板標(biāo)定法;手眼標(biāo)定采用了TSAI-LENZ兩步標(biāo)定法;光平面方程通過中心線數(shù)據(jù)點的擬合得出。(3)針對線結(jié)構(gòu)光條紋中心線提取中的精度和實時性要求,采用了精度較高的Hessian矩陣法提取中心線,并通過GPU的并行計算能力保證了算法的實時性。在圖像預(yù)處理中,通過圖像投影來定位光條位置,并作為ROI(Region Of Interest)縮小計算的范圍;通過濾波、幀間按位與去除焊接飛濺干擾;通過按計算并修正結(jié)構(gòu)光條紋的寬度來確定分割閾值,去除光條附近的反光。在中心線提取中,通過使用不同分辨率的高斯模板對Hessian法進行了改進。在提取到中心線后,對中心線中的斷線進行了修補,然后結(jié)合圖像處理的方法利用結(jié)構(gòu)光條紋法向方向的角度差值對焊縫截面特征點進行了識別。通過視覺傳感系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型得到中心線三維坐標(biāo),并對焊縫表面進行了曲面重建。(4)基于應(yīng)用程序開發(fā)框架Qt,結(jié)合點云庫PCL(Point Cloud Library)、視覺庫OpenCV、點云庫PCL、機器人離線編程接口庫與相機軟件開發(fā)包,開發(fā)了具有數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備控制、測量等功能的圖形界面應(yīng)用程序。通過對焊接件進行視覺傳感系統(tǒng)測量與人工測量的對比,驗證了其與人工測量方式的一致性并分析了誤差可能的來源。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;TG441.7
【圖文】：

第 1 章 緒論2傳統(tǒng)上焊后視覺檢測常用量規(guī)、量尺、放大鏡等進行人工檢測，如圖1-1，這種方式有著很多缺點：檢測時間長、工具磨損、檢測范圍小以及質(zhì)量評估由主觀判斷。而且在多層多道焊接中，有著多道焊縫，人為檢測困難耗時。因此針對多層多道焊接的焊縫焊后視覺檢測系統(tǒng)的研究對提高焊接的自動化和智能化水平具有重大的意義。(a) 焊接檢驗尺 (b) 傳統(tǒng)人工測量[8]圖1-1 焊接檢驗尺測量機器視覺起源于20世紀(jì)50年代的統(tǒng)計模式識別，圖像的二維認知是當(dāng)時的主要研究重點。20世紀(jì)60年代由Roberts提出的“積木世界”開創(chuàng)了以三維場景的理解為目標(biāo)的計算機視覺。在20世紀(jì)80年代Marr視覺理論被提出，該理論明確提出了一個機器視覺研究體系，首次綜合了計算機科學(xué)、圖像處理、模式識別、生物科學(xué)及人工智能等方面的研究成果。在接下來的十多年機器視覺得到了飛快的發(fā)展，新的理論方法不斷被提出，機器視覺在工業(yè)領(lǐng)域也得到了更廣泛的應(yīng)用[9-10]。在目前的焊接應(yīng)用中，視覺傳感的方式一般可根據(jù)光源不同分為主動視覺和被動視覺兩種方式。被動視覺的傳感方式是通過自然光或者弧光的照明來獲取焊縫的圖像

將激光視覺傳感器應(yīng)用于焊縫質(zhì)量的實時檢測，該技術(shù)被應(yīng)用于T形焊縫的質(zhì)量在線監(jiān)測。圖1-2 三星重工焊縫檢測儀[29,31]圖1-3 Nelson J Orozco 焊縫跟蹤檢測裝置[30]同時國內(nèi)在焊接視覺檢測方面也有一些研究。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的劉鳴宇[32]研究了通過結(jié)構(gòu)光反射法對熔池表面的形貌進行三維檢測的方法，該方法的原理是通過小功率激光器發(fā)射結(jié)構(gòu)光條紋，并將結(jié)構(gòu)光條紋投射在熔池表面上，結(jié)構(gòu)光條紋由于熔池的鏡面反射而在成像屏上成像，其結(jié)構(gòu)光反射條紋的變化可通過相機觀察到，其原理如圖1-4所示。張世亮等人[33]利用激光頻閃的方式拍攝熔池圖像，提取激光與熔池的邊緣。圖1-4 結(jié)構(gòu)光反射法[32]圖1-5 激光頻閃獲取的激光與熔池邊緣[33]

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本文編號：2729968