坡口及焊缝表面三维轮廓的激光视觉表征

发布时间：2017-10-09 07:25

  本文关键词：坡口及焊缝表面三维轮廓的激光视觉表征

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【摘要】：随着机器人技术、数字化制造等高新技术在装备制造业中的广泛应用,焊接自动化也得到了快速发展,焊接过程趋向智能化的方向发展,对焊工的依赖程度越来越低。目前埋弧自动焊焊接时,仅仅依靠焊工人为经验进行对中和路径示教,不但费时费力,而且随焊接过程不断进行,大线能量的热输入导致待焊工件翘曲变形,使焊接偏离之前示教的路径,无法进行实时调整,从而使埋弧焊焊接过程常常出现焊偏、未焊透等严重缺陷。针对以上问题,搭建了激光视觉测量系统,探索了一种获取坡口及焊缝表面数字化轮廓的方法,为焊接填充策略及路径自主规划提供了基础数据。主要研究内容如下:(1)搭建了一套激光视觉测量系统。通过工件与激光视觉测量系统之间的相对运动,使激光条纹连续扫描焊道,获取了一系列能够反映坡口及焊缝轮廓变化的视觉图像。对激光视觉测量系统进行标定,确定了像素坐标系与世界坐标系之间的关系,激光视觉系统能够完成坡口及焊缝轮廓信息的采集。(2)坡口及焊缝视觉图像特征的分析与处理。通过分析条纹与坡口及焊缝轮廓特征的相关性可知,条纹能够很好的反映坡口及焊缝轮廓的特征变化,条纹的变化跟随了坡口及焊缝轮廓的变化趋势,条纹能够作为表征坡口及焊缝轮廓形态的信息源。(3)实现了条纹上离散点坐标化。通过增强、各向异性扩散滤波、最大类间方差法结合区域生长法、条纹细化等图像处理手段实现条纹分割与细化,得到单像素宽度的激光条纹。建立条纹上各离散点坐标的获取方法,实现了条纹上离散点坐标化,而条纹与其扫描的坡口及焊缝轮廓截面是一一对应的,故通过条纹连续扫描获得了坡口及焊缝表面轮廓任一截面的点坐标。(4)实现了坡口及焊缝三维数字化轮廓的重构。为克服摄像机与焊接小车移动速度匹配产生的测量盲区问题,提出了一种搜索拟合插值算法,实现了条纹间各离散点坐标的获取。并采用近邻点直连成网格方法,获得了坡口及焊缝的三维数字化重构几何轮廓。实验验证表明,从数字化轮廓上获取的任一截面上的坡口宽度和深度与游标卡尺测量值的吻合度达98%以上,坡口及焊缝的三维数字化轮廓可以取代人工测量结果。(5)建立了三维轮廓的数字化表征参数和获取方法。根据焊接填充策略和路径自主规划的需求,建立了坡口宽度Wi、坡口深度Hi、轮廓截面积Si、焊接轨迹曲线Z等几何特征参数,并基于以上参数进行了填充量的确定。基于激光视觉测量构造的坡口及焊缝三维数字化轮廓为焊接过程和质量保证的智能化实现提供了基础数据。
【关键词】：机器视觉 坐标化 激光条纹 三维轮廓 焊接路径
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG409
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 中厚板多道焊焊接路径规划的研究现状11-13
• 1.2.2 视觉传感技术的发展现状13-16
• 1.3 主要研究内容及技术路线16-17
• 1.3.1 研究内容16
• 1.3.2 技术路线16-17
• 第2章 激光视觉测量系统的建立17-24
• 2.1 视觉测量系统的组成及工作原理17-19
• 2.1.1 系统组成17-18
• 2.1.2 系统工作原理18-19
• 2.2 摄像机参数标定19-21
• 2.3 畸变校正21-23
• 2.3.1 径向畸变21-22
• 2.3.2 切向畸变22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 条纹视觉图像的特征分析与处理24-33
• 3.1 条纹与坡口及焊缝轮廓相关性分析24-25
• 3.2 视觉图像的采集与处理25-32
• 3.2.1 图像增强26
• 3.2.2 图像平滑26-28
• 3.2.3 条纹图像分割28-30
• 3.2.4 条纹细化30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第4章 坡口及焊缝表面三维轮廓的重构33-46
• 4.1 3D激光视觉测量系统的数学模型33-37
• 4.2 条纹上离散点三维坐标的获取37-40
• 4.3 条纹间离散点三维坐标的获取40-44
• 4.4 本章小结44-46
• 第5章 焊缝三维轮廓几何参数的建立46-56
• 5.1 填充参数的建立46-52
• 5.1.1 坡口宽度Wi46-47
• 5.1.2 坡口深度Hi47
• 5.1.3 轮廓截面积Si47-52
• 5.2 填充量的确定52
• 5.3 路径规划参数的建立52-55
• 5.3.1 一道次焊轨迹曲线Z的确定52-53
• 5.3.2 多道次焊轨迹曲线Z的确定53-55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-62
• 致谢62-63
• 附录A 攻读硕士期间发表的论文63

【参考文献】

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本文编号：998890