激光焊缝视觉测量系统研究

发布时间：2017-10-07 21:10

  本文关键词：激光焊缝视觉测量系统研究

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【摘要】：焊缝自动跟踪技术是实现焊接自动化的关键。相比传统的以电磁学、声学技术为基础的焊接检测方法,基于视觉的焊缝跟踪技术因其信息量大、灵敏度高和测量精度高、抗电磁干扰强、与工件无接触等特点备受焊缝跟踪研究者的重视。本文分析了焊缝跟踪技术的现状,设计了以CMOS摄像头为图像采集单元、半导体激光器作为辅助光源、FPGA作为控制器的激光焊缝视觉测量系统,包括光路系统、图像采集与处理系统。通过FPGA完成图像的采集和传输工作。将采集的图像传输到工控机中,由工控机对图像进行滤波去噪、阈值检测和二值化等图像处理,提取焊缝中心位置,得到焊缝的偏差量信息。1.本文在分析、研究国内外焊缝跟踪发展现状的基础上,制定了基于视觉激光焊缝测量系统的实现方案,并探讨了焊缝跟踪系统的分类。2.对测量系统的光学结构进行了设计,完成了光学器件的选型。3.搭建了图像采集的硬件电路。以FPGA作为主芯片,设计了相关外围电路。进行了图像采集硬件逻辑平台的设计,分析图像采集与显示的资源分配,给出了图像采集的显示效果。4.研究了焊缝图像识别算法。对图像进行滤波去噪、二值化等预处理过程,通过边界跟踪、边缘提取、Hough变换等方法获得焊缝特征线段,求得焊缝图像的特征点,最后得出特征点的偏差量信息。本文对所设计的激光焊缝视觉测量系统进行了初步的实验,结果表明,设计的测量系统结构简单实用,能实时获取焊缝位置的偏差量信息。
【关键词】：激光焊缝 图像处理 FPGA 边界跟踪
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG409;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题提出的背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外状况12-13
• 1.2.2 国内状况13
• 1.3 焊缝跟踪的主要方式13-19
• 1.3.1 直接电弧式焊缝跟踪14
• 1.3.2 接触式焊缝跟踪14-15
• 1.3.3 非接触式焊缝跟踪15-19
• 1.4 论文的主要研究内容19-20
• 第2章 激光焊缝测量系统的光学结构设计20-31
• 2.1 结构光检测原理20-21
• 2.2 光学三角法的基本原理21-24
• 2.2.1 斜射式激光三角法21-22
• 2.2.2 直射式激光三角法22-24
• 2.2.3 两种激光三角法的比较24
• 2.3 三角法Scheimpflug条件24-26
• 2.4 传感器的器件选型26-28
• 2.4.1 激光器的选择26-27
• 2.4.2 滤光片的选择27
• 2.4.3 CMOS视觉传感器27-28
• 2.4.4 挡板和防飞溅玻璃片28
• 2.5 传感器的结构设计28-30
• 2.5.1 CMOS摄像机与激光器之间的位置关系28-29
• 2.5.2 CMOS摄像机与半导体激光器之间的夹角关系29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 焊缝跟踪系统的图像采集电路设计31-43
• 3.1 图像采集平台硬件电路设计31-36
• 3.1.1 电源电路设计31-33
• 3.1.2 SDRAM存储电路33-34
• 3.1.3 D/A转换电路及VGA显示接口电路34-35
• 3.1.4 以太网通信电路设计35-36
• 3.1.5 JTAG下载电路和EPCS64代码固化电路设计36
• 3.2 图像采集平台硬件逻辑设计36-41
• 3.2.1 System_ctrl时钟控制模块37
• 3.2.2 Sdram_vga_top显示控制模块37-39
• 3.2.3 I2C_AV_Controller模块39-40
• 3.2.4 CMOS_Cputure模块40-41
• 3.3 视频采集与显示的验证41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 焊缝图像预处理与特征点提取43-55
• 4.1 焊缝图像处理的过程43
• 4.2 焊缝图像的预处理过程43-47
• 4.2.1 图像滤波去噪44-47
• 4.2.2 图像二值化处理47
• 4.3 边界跟踪和直线检测47-50
• 4.3.1 边界跟踪的原理48-49
• 4.3.2 直线提取方法49-50
• 4.4 激光条纹特征点的提取50-51
• 4.5 偏差量的计算51-53
• 4.6 测试结果53
• 4.7 测量系统的测试指标53-54
• 4.8 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-59
• 攻读学位期间发表的学术论文59-60
• 致谢60

【参考文献】

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本文编号：990076