基于线激光视觉传感的机器人三维焊缝导引与跟踪控制研究

发布时间：2020-06-03 01:37

【摘要】：机器人焊接中的工件与焊缝的定位、跟踪控制是智能化自主机器人焊接的重要问题。本文基于线激光传感器,将焊缝的定位、识别、跟踪整合作为多功能、全流程的机器人焊接视觉系统。建立了基于矩阵转换形式的测量原理。根据激光转换矩阵和手眼矩阵实现二维图像到三维坐标的转换,完成立体测量重建过程。开发了自动化标定软件,通过简单的平面标定板即可完成标定。利用基于Hessian矩阵的Steger方法提取图像线特征及其方向信息。针对不同接头形貌,设计形貌模型,将接头形貌分成若干子区,在各子区内利用提取的方向信息过滤方向性噪声,并使用随机抽样一致算法进行形貌直线的拟合,提取到的焊缝中心点用于焊接跟踪。算法在各种焊接图像噪声,如亮斑、反光、飞溅等干扰下仍能稳定识别出接头形貌与焊缝中心点。基于三维点云数据,使用KD树背景模型对点云数据进行背景减除,利用工件夹角信息的分步拟合平面模型分割出工件点云,进而识别焊缝以及焊接起始点,引导机器人进行焊缝定位。针对典型焊缝,如T型角接和V型对接等,进行焊缝引导跟踪实验。设计了精度验证实验,使用理想示教轨迹与跟踪轨迹比较,得到轨迹偏差曲线以及全过程的平均偏差。实验结果表明,焊缝跟踪平均误差为0.528)8)。焊缝成形良好。本套系统能满足于实际机器人焊接生产的要求。
【图文】：

形貌,焊缝,被动视觉

并且使用了 PID 与模糊控制结合的控制算法，根置对焊枪轨迹进行纠正，同时结合了电弧传感进行高度方向的的跟踪结果。但这种多传感融合的手段也表明了被动视觉传感器三维方位（在焊接中体现为工件表面法向方向）的信息，必须他手段进行。被动视觉传感器更适用于观察当前焊枪下的焊接前观察焊缝的位置。动视觉方法和双目立体视觉方法相比，利用激光辅助光源的主适合焊接过程的焊缝位置信息提取。激光扫描是利用激光作为辅法作为原理的测量系统。在三维重建等高精度形貌领域被广泛于焊接工件的形貌测量中。文献[21]介绍了最新的一些主动传感量的研究，分布在主动激光视觉的图像预处理、激光条纹特征貌特征提取等研究领域。一些特殊焊缝，改变光结构能提高焊缝测量性能，图 1-1 展示构，如三线光[22]、环状光[23]、十字形光[24]、三角形光[25]等。其了一套新颖的环形结构光视觉传感器来针对厚板对接焊缝进行设计的结构光能对特定结构的焊接接头取得更好的测量结果。

形貌,测量原理,中心点,焊缝

图 1-2 线激光传感测量原理. 1-2 Measuring principle of laser stripe sensing焊缝跟踪传感器的早期研究中, 文献取激光条纹中心点，，之后通过基于规则套算法能 7hz 每秒的速度在 GMAW 过算能力而采用的这些基于规则的形貌匹到的图像易受到焊接条件下的噪声，如的是准确识别焊缝中心点，为了利用焊献[28]利用了文献[30]中提出的“split-a提取焊缝形貌，检测焊缝特征点。另一激光点，如图 1-3 所示。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG409

【参考文献】