基于视觉的机器人焊缝自动跟踪系统设计与开发

发布时间：2021-09-03 23:30

　　为满足社会经济与科技的发展需求,以机器视觉、机器人为核心的人工智能技术在实际焊接生产过程中的应用日益广泛。由于传统焊接技术单一性与局限性,焊接制品质量易受技工水平、生产环境以及焊接材料等因素的影响;焊接作为十分重要的生产加工方式,结合先进智能制造技术进行相关研究,对降低人工劳动强度、提高焊接生产效率、改善焊接生产环境有着重要意义。本文针对基于视觉的机器人焊缝自动跟踪系统进行设计与开发,主要工作内容如下:（1）对主动线结构光测量技术的原理及特性进行分析,确定视觉检测传感器结构与构建选型,并搭建焊缝自动跟踪系统硬件研究平台;建立视觉检测传感器数学模型,完成视觉检测系统的标定。（2）结合相关图像预处理方法对采集源图像进行预处理,探究不同预处理方法对焊缝线结构光图像的影响以及不同图像滤波方法的降噪能力。通过分析不同边缘检测方法对焊缝图像的影响,选取合适的处理方法,并在其基础上对线结构光细化方法进行相应改进与优化。最后根据得到的细化图像,对线结构光中心线进行直线拟合,建立线结构光中心线方程,并求解得出焊点的位置信息。（3）对库卡外部传感器接口的控制原理进行分析,通过设计相关配置文件,完成PC机与... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１?Ｍｅｔａ＿ｖｉｓｉｏｎ线结构光传感器??Ｆｉｇｕｒｅ．?１－１?Ｍｅｔａ?ｖｉｓｉｏｎ?ｌｉｎｅａｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｌｉｇｈｔ?ｓｅｎｓｏｒ??

文???红外光、电弧光或自然光源进行辅助照明，使采集到的焊缝图像干扰信息较多，??不能准确识别焊缝特征点。而主动视觉传感技术采用结构光进行辅助检测，对被??动视觉传感技术的缺陷进行了有效弥补。激光发射器发出的激光经过柱面透镜后??汇聚成宽度很窄的光带，称为线结构光［３１］。实际焊接过程中，线结构光以一定角??度入射在焊接工件上，在焊缝表面发生变形。利用工业相机获取线结构光的变形??图像，经过相关图像处理与检测技术，得到焊缝特征点位置。基于主动光视觉传??感器的焊缝识别系统，如图１－３所示［３２］。将工业相机与线结构光发射器进行集成，??线结构光以一定角度射在焊件表面，工业相机拍摄焊接件表面的形状、线结构光??形状及焊缝图像。以ＰＣ为核心平台，结合图像处理技术对采集到的焊缝图像进??行处理，识别出焊缝的位置［３３］。最后再将信号传输给焊接控制系统控制焊枪运动，??消除焊接偏差，从而完成焊接工作。??激光发射器??视觉传感器??图１－３主动视觉焊缝识别系统??Ｆｉｇｕｒｅ．?１－３?Ａｃｔｉｖｅ?ｖｉｓｕａｌ?ｗｅｌｄ?ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ??１．３．２焊缝图像处理??图像处理是基于视觉识别的焊缝跟踪系统中的核心部分，图像处理效果的好??坏直接影响焊缝检测识别的准确度，从而间接影响焊缝自动跟踪系统的精度与稳??定性［３？５］。视觉传感器的主要任务是采集焊缝图像，并将其转化为电信号传输到??外部ＰＣ设备进行图像处理。图像处理主要包括图像预处理和图像检测识别两个??部分［３＼图像预处理的目的是减弱采集图像中噪声的影响，从而提高线结构光提??取和焊缝检测识别的准确度与精度［３７］。图像检测识别的主要目

成。在测量过程中，激光发射器发射线结构光光束，该光束经被测物??体表面发生折射与反射，并在被测工件物体表面形成线结构光特征点或特征线。??利用工业相机对包含这些特征点或者特征线的被测物体表面进行图像采集，结合??相关图像分析技术，完成被测工件物体表面信息提龋??工业相机?激光发射器工业相机?激光发射器工业相犰?激光发射器??巧?／?ｖ?／｜?／Ｗ＾?／??被铡工件?被测工件／?被测工件．．／???Ｋ?＾?，??（ａ）点结构光模式?（ｂ）线结构光模式?（ｃ）光栅模式??图２－１结构光测量模式??Ｆｉｇｕｒｅ．２－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ?ｌｉｇｈｔ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅ??如图２－１所示，在点结构测量模式中，激光发射器所发射的线结构光束在被??测物体表面投射形成特征光点，该光点用于测量被测工件的表面信息。由于采集??图像中特征点包含的信息有限，从而数据分析与提取效率较低，在焊缝检测识别??过程中有很大的局限性。在线结构测量模式与光栅测量模式中，激光发射器所发??射的线结构光束在被测物体表面分别投射形成单光束条纹与多光束条纹，而且该??光束条纹会根据被测工件表面的变化发生相应的形变。所投射形成的线结构光光??束条纹中包含丰富的被测工件物体表面信息，比如表面形状、深度以及相关特征??１１??


本文编号：3382085