管道焊接機器人視覺傳感實時跟蹤系統(tǒng)研究.pdf

1、管道運輸是運量大、安全、經(jīng)濟的油氣產(chǎn)品輸送方式，其建設(shè)投資為鐵路的一半，運輸成本更只有三分之一。因此，我國政府已將“加強輸油氣管道建設(shè)，形成管道運輸網(wǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略列入了“十五”發(fā)展規(guī)劃。根據(jù)有關(guān)方面的規(guī)劃，未來10年內(nèi)，我國將建成14條油氣輸送管道，形成“兩縱、兩橫、四樞紐、五氣庫”，總長超過萬公里的油氣管輸格局。隨著海洋石油和天然氣工業(yè)的發(fā)展，海洋管道工程日益向深海挺進，我國作為一個發(fā)展中的沿海大國，國民經(jīng)濟要持續(xù)發(fā)展，就必須把海洋的

2、開發(fā)和保護作為一項長期的戰(zhàn)略任務(wù)。伴隨著人類對海洋的開發(fā)，大量的海底管道施工工程對水下焊接技術(shù)提出了新的要求。 目前，我國管道焊接施工仍以手工電弧焊為主，半自動焊為輔。在施工過程中，由于人為因素造成的質(zhì)量不穩(wěn)定問題比較突出。而全位置自動焊技術(shù)在大直徑厚壁壓力管道焊接中全面應(yīng)用尚有一定難度，其主要原因是大直徑厚壁壓力管道的安裝環(huán)縫組裝難以達到均勻一致的高精度，這就要求全位置自動焊設(shè)備能根據(jù)坡口尺寸和偏差自動調(diào)整焊槍位置，從而實現(xiàn)焊

3、縫的自動跟蹤。本文就目前全位置自動焊技術(shù)存在的問題，設(shè)計能夠自動調(diào)整焊槍位置的全位置自動焊系統(tǒng)，以實現(xiàn)管道焊縫的實時自動跟蹤。本文建立的視覺傳感實時跟蹤系統(tǒng)由圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、跟蹤控制系統(tǒng)及管道焊接機器人組成。 本文提出了焊縫圖像模板識別算法。該算法主要分為可識別紋理提取、建立模板及模板匹配三部分。其中可識別紋理提取部分包括對圖像進行二維B-樣條小波變換及對小波變換結(jié)果的二值化處理，給出了提取可識別紋理所需小波尺度的判

4、據(jù)。通過對坡口及焊縫圖像的分析，得出對于坡口圖像，只需橫向小波對其進行小波變換，對小波變換結(jié)果各點取絕對值后求平均，以所得平均值為閾值作二值化處理；對于焊縫圖像，用橫向及縱向小波對其進行小波變換，對兩方向小波變換結(jié)果對應(yīng)各點求平方并加和，生成一個新的二維數(shù)組，以該二維數(shù)組平均值為閾值作二值化處理。建立模板部分包括確定焊縫跟蹤的初始條件，分析不同尺度下焊縫及坡口紋理的特點，基于提取可識別紋理的判據(jù)來選擇相應(yīng)小波尺度對初始圖像進行小波變換，

5、并進行相應(yīng)的二值化處理，然后根據(jù)設(shè)定的管道環(huán)縫識別的初始條件獲取坡口及焊縫部分模板。最后進行模板匹配計算，首先對被測圖像進行小波變換，采用的小波尺度與建立模板時采用的小波尺度相同，然后對小波變換結(jié)果進行相應(yīng)的二值化處理，將模板在被測圖像的處理結(jié)果中平移，計算模板平移到各位置時的互相關(guān)系數(shù)，最后根據(jù)文中提出的模板匹配判據(jù)確定被測圖像中焊縫中心位置。為了加快模板匹配的速度，利用等效易位關(guān)系，對模板及被測圖像的小波變換結(jié)果進行抽取操作，大大減

6、少了模板匹配計算量。 鑒于DSP在系統(tǒng)集成及數(shù)字信號處理上的優(yōu)點，對基于DSP的圖像處理系統(tǒng)進行了研究。開發(fā)了適用于DSP的小波變換算法，解決了小波系數(shù)的生成、小波系數(shù)與二維矩陣卷積等關(guān)鍵技術(shù)。另外還開發(fā)了建立模板算法及模板匹配算法。 本文采用CCD傳感器本體與焊炬固連在一起的視覺跟蹤系統(tǒng)。文中對CCD傳感器前置型跟蹤機構(gòu)的實時跟蹤原理及跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了分析，編寫了基于PLC的實時跟蹤控制程序，設(shè)計了跟蹤控制系統(tǒng)中