基于结构光视觉的激光拼焊焊缝几何形貌检测研究
发布时间：2021-03-28 03:25
激光拼焊作为一种先进的焊接技术,在汽车车身制等造领域中有着重要的应用,焊缝质量直接关系到车身的刚度和安全性,因此研究激光拼焊焊缝质量检测方法具有较好的实际意义。本文依托国家自然科学基金项目《基于多视觉特征融合的激光焊接质量检测与直接式控制方法》,采用结构光视觉检测技术,旨在设计一套视觉检测系统对激光拼焊焊缝几何形貌进行检测,主要研究工作如下:（1）介绍了线结构光视觉测量原理,建立了线结构光视觉测量模型。根据激光拼焊焊缝特点,对传感器的组成硬件进行选型,设计了焊缝几何形貌检测传感器,并对传感器的测量精度影响因素进行分析,介绍了传感器的标定原理,给出了一种基于支持向量机的直接标定方法。（2）针对不等厚焊缝图像,首先进行图像预处理操作,包括ROI的自动提取、滤波去噪、灰度级形态学处理的背景补偿、阈值分割和结构光条纹的提取。提出一种基于斜率分析法的二值图像去噪方法,能够在结构光条纹断裂的情况下,有效去除二值图像中的噪声干扰。对多种条纹中心线提取方法进行分析,采用改进的灰度重心法实现了条纹中心线的亚像素提取,并进行了线性插值和滤波平滑的后续处理。最后根据结构光条纹畸变特征,提出一种基于迭代的焊缝...
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?Ｓｅｒｖｏ－Ｒｏｂｏｔ焊缝质量检测系统??Ｆｉｇ．?１．２?Ｗｅｌｄ?ｓｅａｍ?ｑｕａｌｉｔｙ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?Ｓｅｒｖｏ－Ｒｏｂｏｔ??
硕士研宄生学位论文?第一章绪论??「：剩??；＿麵＾３??：：＃?邏??图１．３?ＳＯＵ?ＶＩＳ焊缝质量检测系??Ｆｉｇ．?１．３?Ｗｅｌｄ?ｓｅａｍ?ｑｕａｌｉｔｙ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ＳＯＵ?ＶＩＳ??德国Ｐｒｅｃｉｔｅｃ公司开发的ＳＧＭ焊缝质量检测系统，通过集成在焊接头中的结构光??视觉传感器，能够实时检测焊缝几何形状的相关信息｜１３１。此外，德国Ｍｉｅｂａｃｈ公司开发??的ＱＣＤＳ激光焊接在线检测系统，通过焊缝熔池形态来判断焊缝是否焊透｜１４ｉ，为焊缝质??量检测提供了另一种思路。??除此之外，国外研究人员针对焊缝质量检测，开展了大量的研究，并取得一系列的??硕果。如来自Ａｕｓｔｒｉａｎ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?Ｃｅｎｔｅｒｓ的Ｄ．?Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ１１＇＇１等人通过选取能够充分表达焊??缝特征的数据对系统进行训练，并建立参考机制，通过当前帧位置预测值与参考值进行??对比判断焊缝质量是否合格，所开发的焊缝质量检测系统具有较好的灵活性。??来自?Ｇｒａｚ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?Ｇｒａｚ?Ａｕｓｔｒｉａ?的?Ｍａｒｋｕｓ?Ｈｅｂｅｄ１６１?等人利用连续多??帧图像之间的冗余信息来生成焊缝图像，有效地抑制烟尘、弧光等引起的不利噪声干扰，??提高了图像采集系统的性能。??来自Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｕｌｓａｎ的Ｈｕｕ－Ｃｕｏｎｇ?Ｎｇｕｙｅｎ１１７１等人通过使用滑动矢量方法，提出??了一种结构光条纹特征点识别方法，能够用于非破坏性焊缝测量和缺陷检测。??来自Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?ＬＵｂｅｃｋ的Ｆａｂｉａｎ?Ｔｉｍｍ１１Ｘ１等人研究了一种基于镜面反射自动检测??
两士研宂生学位论文?第二章线结构视觉传感器设计与标定??第二章线结构光视觉传感器设计与标定??本文的主要内容是基于线结构光视觉对激光拼焊焊缝几何形貌进行检测，因此，需??要设计线结构光视觉传感器。采用线结构光视觉传感器获取焊缝表面灰度图像，为了能??够测量得到检测指标的实际物理值，还需要对线结构光视觉传感器进行标定。本章首先??介绍线结构光视觉测量原理与模型，然后基于该测量原理设计线结构光视觉传感器，完??成传感器的硬件选型，并对传感器的测量精度影响因素进行了分析，最后介绍线结构光??视觉传感器的标定原理，并给出传感器的标定方法。??２．１线结构光视觉测量原理与模型??２．１．１线结构光视觉测量原理??线结构视觉测量方法具有高速、高精度、抗干扰能力强、非接触等优点｜２１１，被广泛??应用于焊缝几何形貌检测上。焊缝的基本测量原理如图２．１所示，该方法主要基于激光??三角测量原理，由激光器和相机构成视觉检测系统。首先将线激光（结构光）以一定的??角度投射到焊缝表面，由于焊缝表面的高低不平而形成一条畸变的结构光条纹，然后通??过相机采集包含结构光条纹的焊缝阁像，最后对焊缝图像进行特征提取并结合传感器的??标定得出焊缝边界特征点的三维坐标，进而计算出焊缝的几何尺寸信息，实现焊缝儿何??形貌相关指标的检测。??＼??相机??Ｚ激光器??结构光条纹??焊缝?＇?＼?＼??激光拼焊板??图２．１线结构光视觉测量原理图??Ｆｉｇ．２．１?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｌｉｎｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｌｉｇｈｔ?ｖｉｓｉｏｎ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??９??
本文编号：3104789
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?Ｓｅｒｖｏ－Ｒｏｂｏｔ焊缝质量检测系统??Ｆｉｇ．?１．２?Ｗｅｌｄ?ｓｅａｍ?ｑｕａｌｉｔｙ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?Ｓｅｒｖｏ－Ｒｏｂｏｔ??
硕士研宄生学位论文?第一章绪论??「：剩??；＿麵＾３??：：＃?邏??图１．３?ＳＯＵ?ＶＩＳ焊缝质量检测系??Ｆｉｇ．?１．３?Ｗｅｌｄ?ｓｅａｍ?ｑｕａｌｉｔｙ?ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ｏｆ?ＳＯＵ?ＶＩＳ??德国Ｐｒｅｃｉｔｅｃ公司开发的ＳＧＭ焊缝质量检测系统，通过集成在焊接头中的结构光??视觉传感器，能够实时检测焊缝几何形状的相关信息｜１３１。此外，德国Ｍｉｅｂａｃｈ公司开发??的ＱＣＤＳ激光焊接在线检测系统，通过焊缝熔池形态来判断焊缝是否焊透｜１４ｉ，为焊缝质??量检测提供了另一种思路。??除此之外，国外研究人员针对焊缝质量检测，开展了大量的研究，并取得一系列的??硕果。如来自Ａｕｓｔｒｉａｎ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?Ｃｅｎｔｅｒｓ的Ｄ．?Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ１１＇＇１等人通过选取能够充分表达焊??缝特征的数据对系统进行训练，并建立参考机制，通过当前帧位置预测值与参考值进行??对比判断焊缝质量是否合格，所开发的焊缝质量检测系统具有较好的灵活性。??来自?Ｇｒａｚ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?Ｇｒａｚ?Ａｕｓｔｒｉａ?的?Ｍａｒｋｕｓ?Ｈｅｂｅｄ１６１?等人利用连续多??帧图像之间的冗余信息来生成焊缝图像，有效地抑制烟尘、弧光等引起的不利噪声干扰，??提高了图像采集系统的性能。??来自Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｕｌｓａｎ的Ｈｕｕ－Ｃｕｏｎｇ?Ｎｇｕｙｅｎ１１７１等人通过使用滑动矢量方法，提出??了一种结构光条纹特征点识别方法，能够用于非破坏性焊缝测量和缺陷检测。??来自Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?ＬＵｂｅｃｋ的Ｆａｂｉａｎ?Ｔｉｍｍ１１Ｘ１等人研究了一种基于镜面反射自动检测??
两士研宂生学位论文?第二章线结构视觉传感器设计与标定??第二章线结构光视觉传感器设计与标定??本文的主要内容是基于线结构光视觉对激光拼焊焊缝几何形貌进行检测，因此，需??要设计线结构光视觉传感器。采用线结构光视觉传感器获取焊缝表面灰度图像，为了能??够测量得到检测指标的实际物理值，还需要对线结构光视觉传感器进行标定。本章首先??介绍线结构光视觉测量原理与模型，然后基于该测量原理设计线结构光视觉传感器，完??成传感器的硬件选型，并对传感器的测量精度影响因素进行了分析，最后介绍线结构光??视觉传感器的标定原理，并给出传感器的标定方法。??２．１线结构光视觉测量原理与模型??２．１．１线结构光视觉测量原理??线结构视觉测量方法具有高速、高精度、抗干扰能力强、非接触等优点｜２１１，被广泛??应用于焊缝几何形貌检测上。焊缝的基本测量原理如图２．１所示，该方法主要基于激光??三角测量原理，由激光器和相机构成视觉检测系统。首先将线激光（结构光）以一定的??角度投射到焊缝表面，由于焊缝表面的高低不平而形成一条畸变的结构光条纹，然后通??过相机采集包含结构光条纹的焊缝阁像，最后对焊缝图像进行特征提取并结合传感器的??标定得出焊缝边界特征点的三维坐标，进而计算出焊缝的几何尺寸信息，实现焊缝儿何??形貌相关指标的检测。??＼??相机??Ｚ激光器??结构光条纹??焊缝?＇?＼?＼??激光拼焊板??图２．１线结构光视觉测量原理图??Ｆｉｇ．２．１?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｌｉｎｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｌｉｇｈｔ?ｖｉｓｉｏｎ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??９??
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