基于約束卡爾曼濾波器的焊縫檢測系統(tǒng)研究.pdf

1、焊縫檢測系統(tǒng)是自動(dòng)化焊接的基礎(chǔ)，其功能主要有焊縫圖像采集、焊縫三維測量、焊縫識(shí)別和跟蹤等，系統(tǒng)主要由負(fù)責(zé)圖像采集的焊縫檢測傳感器和負(fù)責(zé)圖像處理的工控機(jī)兩部分組成。因此本文主要從傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)及標(biāo)定、焊縫識(shí)別和跟蹤這兩方面入手，并結(jié)合約束卡爾曼濾波器，對(duì)焊縫檢測系統(tǒng)進(jìn)行研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴根據(jù)結(jié)構(gòu)光測量原理得到傳感器成像模型，并進(jìn)行誤差分析，研究三維測量誤差與傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，得到傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則。根據(jù)實(shí)際焊

2、接工作情況并結(jié)合傳感器小型化原則進(jìn)行傳感器各組成器件選型。而后以上述結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，根據(jù)攝像機(jī)透視模型確定傳感器各結(jié)構(gòu)參數(shù)。此外，還設(shè)計(jì)了光平面微調(diào)結(jié)構(gòu)確保光平面垂直入射。⑵傳感器標(biāo)定包括攝像機(jī)標(biāo)定和光平面標(biāo)定。攝像機(jī)標(biāo)定采用張正友標(biāo)定法，利用專業(yè)標(biāo)定軟件對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，得到攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)。光平面標(biāo)定采用基于立體標(biāo)靶的光平面標(biāo)定方法，利用光平面上不共線的四個(gè)點(diǎn)求取光平面方程。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證傳感器標(biāo)定后系統(tǒng)三維測量精度，結(jié)果表明

3、系統(tǒng)三維測量精度較高，滿足焊縫檢測需求。⑶介紹了焊縫檢測系統(tǒng)的軟件及三個(gè)工作模式，闡述系統(tǒng)軟件的操作流程及焊縫檢測流程。利用形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行焊縫識(shí)別，得到焊縫特征點(diǎn)，并以此為跟蹤參考點(diǎn)進(jìn)行焊縫跟蹤。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證焊縫識(shí)別精度，并在工廠進(jìn)行現(xiàn)場焊接實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明焊縫識(shí)別精度較高，且現(xiàn)場焊接質(zhì)量良好，能有效實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤。⑷在原有焊縫檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合約束卡爾曼濾波器，利用卡爾曼濾波“預(yù)測-更新”的機(jī)制和約束方程的修正使焊縫檢測具有更高的精度和