結(jié)構(gòu)光視覺傳感焊縫特征提取及跟蹤方法研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接自動(dòng)化及智能化早已成為焊接領(lǐng)域的主要研究方向，而焊縫自動(dòng)識(shí)別與跟蹤技術(shù)即是實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化的關(guān)鍵，同時(shí)也是難點(diǎn)。在眾多應(yīng)用于焊縫檢測(cè)與跟蹤的傳感方法中，結(jié)構(gòu)光視覺傳感法以其信息量大，結(jié)構(gòu)簡單，精度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化焊接過程中，成為了目前最有效的焊縫識(shí)別與跟蹤方式。但是在實(shí)際的焊接環(huán)境中存在著大量的弧光、飛濺、粉塵等干擾，結(jié)構(gòu)光視覺傳感器采集到焊縫圖像的同時(shí)也會(huì)采集到大量干擾。因此如何從具有大量干擾的圖像中

2、提取出焊縫特征與位置信息是國內(nèi)外學(xué)者研究的主要方向之一。為此論文對(duì)基于結(jié)構(gòu)光視覺傳感的焊縫特征提取與跟蹤方法進(jìn)行了研究。
　　首先構(gòu)建焊縫跟蹤試驗(yàn)平臺(tái)，自主設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，為了減小雜光對(duì)焊縫圖像的影響，選擇合理的硬件參數(shù)與傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，主要包括視覺傳感系統(tǒng)標(biāo)定和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)標(biāo)定。通過對(duì)當(dāng)前圖像處理技術(shù)的研究，對(duì)焊縫圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，以突出結(jié)構(gòu)光條紋區(qū)域。然后提出一種基于邊緣約束的灰度重心法，快速

3、準(zhǔn)確地提取出結(jié)構(gòu)光條紋中心線。通過對(duì)結(jié)構(gòu)光條紋在V形坡口焊縫和I形對(duì)接焊縫上形成的特征進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的焊縫特征點(diǎn)提取算法。針對(duì)V形坡口焊縫，提出了迭代適應(yīng)點(diǎn)算法與曲線擬合法相結(jié)合的方法，先采用迭代適應(yīng)點(diǎn)算法進(jìn)行特征點(diǎn)粗提取，然后通過曲線擬合法進(jìn)行特征點(diǎn)精提取。而對(duì)于I形對(duì)接焊縫，根據(jù)焊縫間隙的大小，將其劃分為寬間隙(>0.5mm)對(duì)接焊縫與窄間隙(<0.5mm)對(duì)接焊縫，分析了在不同焊縫間隙下結(jié)構(gòu)光條紋在焊縫處的特征，設(shè)計(jì)了不同的

4、特征點(diǎn)提取算法。其中，針對(duì)窄間隙對(duì)接焊縫，提出了一種焊縫特征角點(diǎn)檢測(cè)方法，克服了傳統(tǒng)的基于結(jié)構(gòu)光條紋形變特征的焊縫特征點(diǎn)提取方法的不足，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)光傳感器對(duì)間隙小于0.5mm的焊縫位置的準(zhǔn)確識(shí)別。
　　最后，分別對(duì)V形坡口焊縫與I形對(duì)接焊縫進(jìn)行了焊縫跟蹤試驗(yàn)，為了減小跟蹤過程中的偶然因素和隨機(jī)噪聲對(duì)跟蹤精度的影響，采用卡爾曼濾波法對(duì)焊縫偏差進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)。以焊縫中心位置作為特征矢量，建立相應(yīng)的狀態(tài)方程和測(cè)量方程。在焊縫跟蹤過程中，應(yīng)