基于机器视觉的白车身焊点自动定位方法研究

发布时间：2020-09-05 09:22

　　在汽车制造行业,电阻点焊作为白车身上应用最广泛的焊接工艺,对维持汽车整车的刚度结构以及质量水平有着重要意义。许多汽车整机生产企业已经实现了机器人自动化点焊生产,而与此对应的焊点质量的检测方法,其自动化程度并不高,目前应用的焊点检测设备大多只能使用人工方式对焊点进行离线抽检,检测效率低,不能及时反馈焊点质量,无法适应工业生产自动化的潮流。本文结合已有的超声波焊点质量检测技术,研究基于机器视觉的白车身焊点自动定位方法,对焊点进行快速的定位,并引导机器人末端焊点检测设备的探头到达焊点位置进行质量检测,从而实现焊点的自动化质量检测功能。本文的主要研究内容如下:(1)根据焊点定位功能的需求,搭建机器视觉试验平台。采用某型号汽车白车身为试验对象,对机器视觉系统硬件选型,包括相机、镜头、光源、机器人、工控机等,并对硬件进行合理布置;设计焊点识别定位的流程,根据选型的硬件选定驱动接口、合适的编程语言和函数库,确定程序架构。(2)根据焊点图像特征,设计焊点的图像处理定位算法。分析焊点图像轮廓和灰度分布的特点,设计图像处理算法包括图像滤波、边缘检测等预处理方法,应用Hough变换原理使用圆形拟合焊点轮廓对焊点定位,并根据焊点的渐变曲率特征设计了多轮廓拟合并聚类分析的定位方法,对于轮廓不规则焊点中心的定位具有较好的效果。(3)求解相机模型参数,研究机器人引导方法,使机器人末端的超声波检测探头对准定位的焊点中心。分析相机模型的原理,计算相机的内参数矩阵、畸变系数等,并采用仿射变换的原理,得出相机坐标系到机器人的世界坐标系下的转换方法。研究机器人接口通讯方式,实现工控机与机器人之间实时的信息交互,使工控机可以引导机器人移动到焊点位置。(4)根据白车身焊点定位和质量检测的功能要求,开发了一套软件,可以实现图像处理、图像数据存储和设置、引导机器人移动、焊点质量检测等功能,并在搭建的机器视觉试验平台运行测试,对不同位置的焊点进行重复的定位检测试验,将测试结果和相关的数据进行分析总结,验证焊点识别定位方法的有效性,对实现白车身焊点在生产线上的自动化质量检测具有重要的参考价值。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U466;TP391.41
【部分图文】：

示意图,焊接过程,示意图

的各种质量问题，进而反馈相关点焊工艺或焊接操作制造水平有重要意义。测技术的研究现状焊及其影响因素工艺在汽车白车身上应用广泛，是最主要的装配工艺，它的焊接效率高，加工过程热影响较低，温度恢复小[12]。电阻点焊的整个过程如图 1.1 所示，首先在预与待焊件接触并压紧，施加充分的挤压力保证焊接过两端电极通电，电极与压紧的焊件接触面形成电流回回路的焊件接触面部分会产生大量的热量；在保持阶接触部分受热融化或形成塑形的形态，使焊件接触面[13]。

示意图,超声波焊,示意图,焊点

基于机器视觉的白车身焊点自动定位方法研究加热后，使用红外热像仪观察焊点区域的温度分布情况，再与标准焊点的分布数据对比分析，来判定焊点质量。以上的焊点无损检测方法中，无论是理论基础的研究还是在实际生产检测中的应用，超声波检测方法都是最成熟的。超声波检测设备根据回波特性有一套相应的焊点质量评价体系，可以自动完成分析过程，也具有进行自动化质量检测的可行性。因此本课题相关人员在开展研究前期，着手开发了一套超声波焊点检测设备[16][17][18]，具有一定的技术基础。1.2.3 超声波焊点检测设备由上一节介绍的超声波传播特性可知，当超声波发射装置在垂直焊点平面的方向接触焊点并发射超声波时，在不同的介质中反射与折射产生的能量衰减程度也不同，通过分析超声波形随时间变化的特点，对焊点质量进行相应的评价。整个过程如图 1.2 所示。

检测方案,焊点

8图 2.1 焊点检测方案对焊点自动化定位检测的方案如图 2.1 所示。对焊点进行检测的过程需要工控机协调机器人、机器视觉设备、超声波焊点检测设备来共同进行，对软硬件系统进行搭建和调试。其中机器视觉设备主要负责对焊点的位置进行定位，得出焊点位置的偏差信息，从而引导机器人从当前的示教位置进行调整，使得固定在机器人机械手末端的超声波探头能够对准焊点，并将采集到的超声波回波信息通过采集卡传输给工控机，根据超声波形特征判断焊点质量，在这过程中工控机负责各个设备统一的调配以及逻辑程序的实现。

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