基于视觉传感的水下焊缝检测技术研究
发布时间：2021-06-06 21:47
随着水利水电工程和海洋工程建设步伐的加快,与之对应的水下焊接技术也受到了越来越多的重视。传统人工潜水焊接存在效率低和焊接质量难以保障等问题。将视觉传感技术与水下机器人技术相结合,来实现水下自动化和智能化焊接,是解决上述问题的有效途径之一。由于水下成像环境不同于陆上,使得传统陆上的焊缝视觉检测方法不能较好的满足实际应用要求,因此研究基于视觉传感的水下焊缝检测技术具有十分重要的意义。本文以实现水下焊缝的自动检测与识别为研究目标,对相机水下成像和相机水下标定等问题展开讨论,并重点研究水下焊缝图像处理算法流程中各环节的处理方法。主要研究工作如下:根据水下焊缝检测的研究需求,构建了水下视觉检测系统,对系统组成元件进行选型,并设计了相机密封装置。依据相机小孔成像原理,建立各成像坐标系之间的转换关系,并对相机水下成像特点进行分析,建立了水下非线性相机成像模型。同时针对水下相机标定的问题,给出了一种焦距变化补偿法,对水和透镜介质的影响进行处理,并利用张正友标定算法对相机进行标定,结果表明,标定误差低于0.06个像素,精度高。针对水下焊缝图像对比度低及特征信息不明显的问题,提出了一种基于边缘信息融合的水...
【文章来源】：南昌工程学院江西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
线激光传感器实物图(a)三维激光视觉传感器示意
基于视觉传感的水下焊缝检测技术研究10图2.4MVD1-1312-160型高速相机Fig2.4MVD1-1312-160highspeedcamera表2.2高速相机性能参数Table2.2Highspeedcameraperformanceparameters分辨率像元尺寸感光范围像素深度帧率外部大小1312×10828μmx8μm350-980nm12/10/8bit108Fps60×60×45mm（2）图像采集卡根据视觉检测系统选用的高速相机以及课题研究的焊缝检测要求，选用的德国SiliconSoftware公司的MicroEnableIVAS1-PoCL型高性能图像采集卡，该卡具有响应时间短、清晰度高和宽带高等优点，并且包含标准CameraLink接口，可连接不同类型的数字面阵或线阵相机。图像采集卡实物如图2.5所示。在视觉检测系统中，采集卡主要用于接收相机采集的数字图像信号、相机拍摄帧率调节、图像分辨率设定以及外触发设定等。图像采集卡的性能参数如表2.3所示。表2.3MicroEnableIVAS1-PoCL型图像采集卡性能参数Table2.3MicroEnableIVAS1-PoCLimagecapturecardperformanceparameters参数MicroEnableIVAS1-PoCL计算机插槽接口PCIex1DMA通道1带宽(max.)250M/s带宽(typ.)200M/s板载内存128M电压+3.3V,200mA/+12V,300mA尺寸(LxH)167.64mmx111.15mm重量110g可支持的相机接口CameraLink1×Base(PortA)FCCverificationclassB
第2章水下视觉检测系统构建与标定11图2.5MicroEnableIVAS1-PoCL型图像采集卡Fig2.5MicroEnableIVAS1-PoCLimagecapturecard（3）辅助光源鉴于水对光的吸收特性，采用被动视觉获取的焊缝图像呈现为整体偏暗且特征信息不明显。因此，必须在检测系统中增加辅助光源。综合考虑各种因素，选取瑜融1200EB型镝灯，该光源可聚焦，适用于不同水深的辅助光照。当辅助光源以预先设定好的角度和亮度拍向水箱中的待焊工件时，可获得视觉效果较好的焊缝图像。瑜融1200EB型镝灯实物图如图2.6所示。镝灯的具体性能参数如表2.4所示。图2.6瑜融1200EB型镝灯实物图Fig2.6YuRong1200EBxenonlampphysicalmap表2.4镝灯辅助光源参数Table2.4Xenonauxiliarylightsourceparameters产品波长功率电压透镜直径镝灯530nm1200WAC220V175mm2.2.3视觉传感器密封装置设计由于视觉传感器（高速相机）处于水下环境工作，因此必须对相机做密封处理。本文采用SolidWorks2014三维建模软件设计了相机密封装置的基本结构。在完成密封装置结构设计后，需要综合考虑各种因素来选择装置的各部分材料，从而完成密封装置的构建。首先，密封透镜的透光性直接影响成像清晰度，并且还需具备一定的耐压能力，故选用厚度为11mm直径为155mm的超白高透钢化玻璃。然后结合成本因素，选用DN100型法兰、DN100型的UPVC管和M16螺栓。其中，法兰前端盖、钢化玻璃和法兰接头间选用四氟垫片由M16螺栓压紧密封；法兰接头和
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进型自适应双边滤波算法[J]. 白晓东,舒勤,杜小燕,黄燕琴. 激光与光电子学进展. 2020(04)
[2]粒子图像测速发展综述[J]. 陈根华,詹斌,王海龙,罗晓萱. 南昌工程学院学报. 2019(03)
[3]改进的小波域阈值算法在图像去噪中的应用[J]. 张瑞雪,沈小林. 现代电子技术. 2019(07)
[4]Otsu阈值分割法特点及其应用分析[J]. 袁小翠,黄志开,马永力,刘宝玲. 南昌工程学院学报. 2019(01)
[5]机器视觉在自动化焊接中的应用[J]. 顾俊,张玲玲,王健超. 应用激光. 2018(06)
[6]小波变换和自适应变换相结合的图像增强方法[J]. 于天河,孟雪,潘婷,兰朝凤. 哈尔滨理工大学学报. 2018(06)
[7]基于多引导滤波的图像增强算法[J]. 刘杰,张建勋,代煜. 物理学报. 2018(23)
[8]基于改进Otsu方法的振动图像分割研究[J]. 马天兵,刘健,杜菲,陈南南. 电光与控制. 2019(02)
[9]一种基于双边滤波和梯度信息的滤波算法[J]. 范娟,陈昌海,王静,李振锋. 电视技术. 2018(11)
[10]分数阶整体变分泊松去噪模型的分裂Bregman方法[J]. 张俊,马明溪,宁成臻,欧阳志奎. 南昌工程学院学报. 2018(04)
博士论文
[1]基于宽动态视觉传感的GMAW机器人焊接偏差实时识别及电弧监测研究[D]. 郭波.华南理工大学 2016
[2]基于视觉技术的水下焊接机器人系统研究[D]. 李盛前.华南理工大学 2016
[3]模拟失重环境星载天线型面水下摄影测量技术研究[D]. 钦桂勤.解放军信息工程大学 2011
[4]旋转电弧传感焊枪倾角检测及水下焊缝跟踪技术研究[D]. 叶建雄.南昌大学 2007
硕士论文
[1]基于小波变换图像去噪及边缘检测研究[D]. 胡志峰.东华理工大学 2018
[2]基于视觉的核电站水下焊接机器人焊缝识别与路径跟踪[D]. 李浩.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于图像传感技术的焊缝定位检测系统的研究[D]. 李松阳.浙江大学 2018
[4]水下机器人视觉系统图像处理研究[D]. 仝灼银.天津理工大学 2017
[5]基于CCD的焊缝检测系统研究与软件设计[D]. 盛宇佳.哈尔滨理工大学 2017
[6]基于视觉传感的焊缝图像处理与识别[D]. 颜俊民.浙江工业大学 2016
[7]双线激光视觉传感焊缝跟踪图像处理[D]. 赵滨.南昌大学 2016
[8]汉字细化算法的研究[D]. 王夏妮.西安理工大学 2016
[9]水下摄像机标定与测量算法研究[D]. 汤兴粲.哈尔滨工业大学 2015
[10]水下焊接机器人双目视觉系统研究[D]. 李光乐.华南理工大学 2015
本文编号：3215200
【文章来源】：南昌工程学院江西省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
线激光传感器实物图(a)三维激光视觉传感器示意
基于视觉传感的水下焊缝检测技术研究10图2.4MVD1-1312-160型高速相机Fig2.4MVD1-1312-160highspeedcamera表2.2高速相机性能参数Table2.2Highspeedcameraperformanceparameters分辨率像元尺寸感光范围像素深度帧率外部大小1312×10828μmx8μm350-980nm12/10/8bit108Fps60×60×45mm（2）图像采集卡根据视觉检测系统选用的高速相机以及课题研究的焊缝检测要求，选用的德国SiliconSoftware公司的MicroEnableIVAS1-PoCL型高性能图像采集卡，该卡具有响应时间短、清晰度高和宽带高等优点，并且包含标准CameraLink接口，可连接不同类型的数字面阵或线阵相机。图像采集卡实物如图2.5所示。在视觉检测系统中，采集卡主要用于接收相机采集的数字图像信号、相机拍摄帧率调节、图像分辨率设定以及外触发设定等。图像采集卡的性能参数如表2.3所示。表2.3MicroEnableIVAS1-PoCL型图像采集卡性能参数Table2.3MicroEnableIVAS1-PoCLimagecapturecardperformanceparameters参数MicroEnableIVAS1-PoCL计算机插槽接口PCIex1DMA通道1带宽(max.)250M/s带宽(typ.)200M/s板载内存128M电压+3.3V,200mA/+12V,300mA尺寸(LxH)167.64mmx111.15mm重量110g可支持的相机接口CameraLink1×Base(PortA)FCCverificationclassB
第2章水下视觉检测系统构建与标定11图2.5MicroEnableIVAS1-PoCL型图像采集卡Fig2.5MicroEnableIVAS1-PoCLimagecapturecard（3）辅助光源鉴于水对光的吸收特性，采用被动视觉获取的焊缝图像呈现为整体偏暗且特征信息不明显。因此，必须在检测系统中增加辅助光源。综合考虑各种因素，选取瑜融1200EB型镝灯，该光源可聚焦，适用于不同水深的辅助光照。当辅助光源以预先设定好的角度和亮度拍向水箱中的待焊工件时，可获得视觉效果较好的焊缝图像。瑜融1200EB型镝灯实物图如图2.6所示。镝灯的具体性能参数如表2.4所示。图2.6瑜融1200EB型镝灯实物图Fig2.6YuRong1200EBxenonlampphysicalmap表2.4镝灯辅助光源参数Table2.4Xenonauxiliarylightsourceparameters产品波长功率电压透镜直径镝灯530nm1200WAC220V175mm2.2.3视觉传感器密封装置设计由于视觉传感器（高速相机）处于水下环境工作，因此必须对相机做密封处理。本文采用SolidWorks2014三维建模软件设计了相机密封装置的基本结构。在完成密封装置结构设计后，需要综合考虑各种因素来选择装置的各部分材料，从而完成密封装置的构建。首先，密封透镜的透光性直接影响成像清晰度，并且还需具备一定的耐压能力，故选用厚度为11mm直径为155mm的超白高透钢化玻璃。然后结合成本因素，选用DN100型法兰、DN100型的UPVC管和M16螺栓。其中，法兰前端盖、钢化玻璃和法兰接头间选用四氟垫片由M16螺栓压紧密封；法兰接头和
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进型自适应双边滤波算法[J]. 白晓东,舒勤,杜小燕,黄燕琴. 激光与光电子学进展. 2020(04)
[2]粒子图像测速发展综述[J]. 陈根华,詹斌,王海龙,罗晓萱. 南昌工程学院学报. 2019(03)
[3]改进的小波域阈值算法在图像去噪中的应用[J]. 张瑞雪,沈小林. 现代电子技术. 2019(07)
[4]Otsu阈值分割法特点及其应用分析[J]. 袁小翠,黄志开,马永力,刘宝玲. 南昌工程学院学报. 2019(01)
[5]机器视觉在自动化焊接中的应用[J]. 顾俊,张玲玲,王健超. 应用激光. 2018(06)
[6]小波变换和自适应变换相结合的图像增强方法[J]. 于天河,孟雪,潘婷,兰朝凤. 哈尔滨理工大学学报. 2018(06)
[7]基于多引导滤波的图像增强算法[J]. 刘杰,张建勋,代煜. 物理学报. 2018(23)
[8]基于改进Otsu方法的振动图像分割研究[J]. 马天兵,刘健,杜菲,陈南南. 电光与控制. 2019(02)
[9]一种基于双边滤波和梯度信息的滤波算法[J]. 范娟,陈昌海,王静,李振锋. 电视技术. 2018(11)
[10]分数阶整体变分泊松去噪模型的分裂Bregman方法[J]. 张俊,马明溪,宁成臻,欧阳志奎. 南昌工程学院学报. 2018(04)
博士论文
[1]基于宽动态视觉传感的GMAW机器人焊接偏差实时识别及电弧监测研究[D]. 郭波.华南理工大学 2016
[2]基于视觉技术的水下焊接机器人系统研究[D]. 李盛前.华南理工大学 2016
[3]模拟失重环境星载天线型面水下摄影测量技术研究[D]. 钦桂勤.解放军信息工程大学 2011
[4]旋转电弧传感焊枪倾角检测及水下焊缝跟踪技术研究[D]. 叶建雄.南昌大学 2007
硕士论文
[1]基于小波变换图像去噪及边缘检测研究[D]. 胡志峰.东华理工大学 2018
[2]基于视觉的核电站水下焊接机器人焊缝识别与路径跟踪[D]. 李浩.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于图像传感技术的焊缝定位检测系统的研究[D]. 李松阳.浙江大学 2018
[4]水下机器人视觉系统图像处理研究[D]. 仝灼银.天津理工大学 2017
[5]基于CCD的焊缝检测系统研究与软件设计[D]. 盛宇佳.哈尔滨理工大学 2017
[6]基于视觉传感的焊缝图像处理与识别[D]. 颜俊民.浙江工业大学 2016
[7]双线激光视觉传感焊缝跟踪图像处理[D]. 赵滨.南昌大学 2016
[8]汉字细化算法的研究[D]. 王夏妮.西安理工大学 2016
[9]水下摄像机标定与测量算法研究[D]. 汤兴粲.哈尔滨工业大学 2015
[10]水下焊接机器人双目视觉系统研究[D]. 李光乐.华南理工大学 2015
本文编号：3215200
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3215200.html
