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，而焊縫自動識別與跟蹤技術(shù)即是實現(xiàn)焊接自動化的關(guān)鍵，同時也是難點。在眾多應(yīng)用于焊縫檢測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)點而被廣泛應(yīng)用于自動化焊接過程中，成為了目前最有效的焊縫識別與跟蹤方式。但是在實際的焊接環(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也會采集到大量干擾。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)建焊縫跟蹤試驗平臺，自主設(shè)計了結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，為了減小雜光對焊縫圖像的影響，選擇合理的硬件參數(shù)與傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。然后對系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，主要包括視覺傳感系統(tǒng)標(biāo)定和運動控制系統(tǒng)標(biāo)定。通過對當(dāng)前圖像處理技術(shù)的研究，對焊縫圖像進(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。通過對結(jié)構(gòu)光條紋在V形坡口焊縫和I形對接焊縫上形成的特征進(jìn)行分析，設(shè)計相對應(yīng)的焊縫特征點提取算法。針對V形坡口焊縫，提出了迭代適應(yīng)點算法與曲線擬合法相結(jié)合的方法，先采用迭代適應(yīng)點算法進(jìn)行特征點粗提取，然后通過曲線擬合法進(jìn)行特征點精提取。而對于I形對接焊縫，根據(jù)焊縫間隙的大小，將其劃分為寬間隙(>0.5mm)對接焊縫與窄間隙(<0.5mm)對接焊縫，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)計了不同的

4、特征點提取算法。其中，針對窄間隙對接焊縫，提出了一種焊縫特征角點檢測方法，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提取方法的不足，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)光傳感器對間隙小于0.5mm的焊縫位置的準(zhǔn)確識別。
　　最后，分別對V形坡口焊縫與I形對接焊縫進(jìn)行了焊縫跟蹤試驗，為了減小跟蹤過程中的偶然因素和隨機(jī)噪聲對跟蹤精度的影響，采用卡爾曼濾波法對焊縫偏差進(jìn)行最優(yōu)估計。以焊縫中心位置作為特征矢量，建立相應(yīng)的狀態(tài)方程和測量方程。在焊縫跟蹤過程中，應(yīng)