搅拌摩擦焊的焊缝跟踪系统研究

发布时间：2017-09-17 12:27

  本文关键词：搅拌摩擦焊的焊缝跟踪系统研究

  更多相关文章： 搅拌摩擦焊 焊缝跟踪 图像处理 曲线拟合 偏差矫正

【摘要】：搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法,目前其在航空航天设备、铁路运输设备、船舶等的制造中已经取得了广泛的应用。当前智能化加工制造已成为一种时代趋势,为了提高加工设备的智能化以及提高焊接精度,在实际项目中,设计了一套搅拌摩擦焊焊缝跟踪系统软件。本文针对搅拌摩擦焊焊缝跟踪系统展开了研究,这些研究是在对国内外焊缝跟踪研究学习的基础上进行的,其中所涉及的很多方法及理论均是站在前人的肩膀上并加以创新得来的。本文所设计的这套系统属于典型的示教再现系统,主要通过上位机研华工控机和下位机西门子802D数控系统相结合,来完成对搅摩擦焊焊缝跟踪的控制。本文所设计的这套系统的焊缝跟踪中重要的一步是搅拌摩擦焊焊缝图像坐标的获取,文中对图像坐标获取所涉及到的数字图像处理方法进行了实验验证,通过图像滤波、边缘提取、轮廓提取、图像特征提取等即可以获取搅拌摩擦焊焊缝图像的形心坐标。由于摄像机本身存在制造误差,需要进行标定,本文也对摄像机标定中通常采用的角点检测方法进行了介绍与实验验证。由于获取的机床坐标存在误差,本文进行了曲线拟合研究,对获取的焊缝图像坐标系坐标进行了拟合实验。本文还介绍了系统中需要建立的各种坐标系模型,通过图像坐标系和机床坐标系的映射,建立起图像像素坐标与机床物理坐标的关系,然后把图像坐标系中经过曲线拟合后焊缝坐标转换到机床中,即完成了焊缝坐标获取的全部工作。文章末尾进行了搅拌摩擦焊焊缝跟踪过程中的偏差矫正分析,最后介绍了搅拌摩擦焊焊缝跟踪系统软件的界面布局和功能设置。项目中获得的焊缝机床坐标系坐标后,此软件给相关参数加入数控系统运行数据后生成CNC加工需要的G代码,由上位机通过RS232接口将代码传给数控系统,即可完成焊缝跟踪。
【关键词】：搅拌摩擦焊 焊缝跟踪 图像处理 曲线拟合 偏差矫正
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG453.9;TP391.41
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 引言12-14
• 1.1.0 搅拌摩擦焊在船舶制造和海洋工业中的应用12
• 1.1.2 搅拌摩擦焊在宇航制造工业中的应用12-13
• 1.1.4 搅拌摩擦焊在铁路运输工业中的应用13-14
• 1.2 搅拌摩擦焊焊焊缝研究的现实意义14
• 1.3 焊缝跟踪国内外研究现状14-16
• 1.4 课题来源16
• 1.5 本文研究内容及章节安排16-17
• 第2章 搅拌摩擦焊焊缝跟踪系统结构17-26
• 2.1 控制系统17-18
• 2.1.1 西门子 802D数控系统17-18
• 2.1.2 研华IPC-610H工控机18
• 2.2 AVT_GT_1660 德国相机18-20
• 2.3 光源选择20
• 2.4 焊缝跟踪系统的实施20-25
• 2.4.1 机床坐标系的介绍20-21
• 2.4.2 焊接零点的确定21-22
• 2.4.3 焊缝跟踪实施方案22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 焊缝图像处理常用算法26-62
• 3.1 搅拌摩擦焊焊缝图像灰度变换26
• 3.2 搅拌摩擦焊焊缝图像滤波26-29
• 3.2.1 空域滤波26-27
• 3.2.2 线性平均滤波27
• 3.2.3 非线性空域滤波27-29
• 3.3 搅拌摩擦焊焊缝图像边缘检测29-34
• 3.3.1 Roberts算子29-30
• 3.3.2 Sobel算子边缘检测30-31
• 3.3.3 Marr算子边缘检测31-32
• 3.3.4 Canny算子边缘检测32-34
• 3.4 搅拌摩擦焊焊缝图像阈值分割34-37
• 3.4.1 全阈值分割34-35
• 3.4.2 迭代阈值分割35-36
• 3.4.3 最大类方差阈值分割36-37
• 3.5 搅拌摩擦焊焊缝图像边缘提取37-40
• 3.5.1 边界追踪法37-38
• 3.5.2 Mean-shift聚类分割38-40
• 3.6 搅拌摩擦焊焊缝形态学处理40-42
• 3.6.1 图像腐蚀和膨胀40-41
• 3.6.2 图像开运算和闭运算41-42
• 3.7 搅拌摩擦焊焊缝图像特征提取42-48
• 3.7.1 颜色特征提取42-44
• 3.7.2 形状特征提取44
• 3.7.3 图形的几何参数44-47
• 3.7.4 局部LBP二进制模式47-48
• 3.8 图像匹配48-52
• 3.8.1 模板匹配49
• 3.8.2 SIFT算子图像匹配49-51
• 3.8.3 SURF算子图像匹配51-52
• 3.9 角点检测52-60
• 3.9.1 Moravec角点检测算法53-55
• 3.9.2 Harris角点检测算法55-57
• 3.9.3 Hession矩阵角点检测算法57-59
• 3.9.4 SUSAN角点检测算法59-60
• 3.10 本章小结60-62
• 第4章 坐标变换与图像标定62-71
• 4.1 搅拌摩擦焊焊焊缝图像的坐标系变换62-68
• 4.2 相机镜头畸变及其矫正68-70
• 4.2.1 相机畸变的分析68-69
• 4.2.2 相机镜头畸变的矫正69-70
• 4.3 本章小结70-71
• 第5章 曲线拟合71-75
• 5.1 最小二乘法原理71
• 5.2 搅拌摩擦焊焊缝拟合71-73
• 5.3 西门子数控系统中的插补功能73-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第6章 焊缝跟踪偏差矫正75-79
• 6.1 直线焊缝偏差75
• 6.2 圆弧焊缝的偏差补偿75-76
• 6.3 西门子 802D数控系统中的纠偏76-78
• 6.4 本章小结78-79
• 第7章 软件界面布局及功能79-83
• 7.1 图像处理布局79-80
• 7.2 机床相关参数设置界面布局80-81
• 7.3 图像采集对话框布局81
• 7.4 焊缝跟踪布局及功能81-82
• 7.5 本章小结82-83
• 结论83-84
• 参考文献84-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果87-88
• 致谢88-89

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