基于机器视觉的船舶分段自动喷涂方法与系统研究

摘要

目前，国内大型船舶涂装行业多数仍采用人工喷涂方式，劳动强度大、危害人体健康、喷涂质量不稳定、船体分段返喷率较高，严重制约了生产效率的提高。本课题在国家自然科学基金项目（61503162，51505193）和江苏省自然科学基金项目（BK20150473）的支持下，在分析船舶分段涂装工艺的基础上，研究基于机器视觉的大型船舶分段自动喷涂方法，对船舶分段自动喷涂系统中的一些关键性问题进行了研究，主要内容如下： 第一，针对船舶分段种类多、体积大的问题，将机器视觉引入到机器人喷涂系统中，设计了基于机器视觉的船舶分段自动喷涂系统整体方案。该系统主要由输送模块、机器视觉模块和喷涂机器人模块三部分构成，实现了对船体分段外表面工件的实时检测、像素测量以及末端喷枪路径的自动规划，满足对船体分段外表面工件的自动喷涂作业要求。 第二，研究了船舶分段工件图像处理和检测测量算法，并对图像滤波降噪、边缘算子检测等算法进行结果对比选出适用于本文的算法；利用OpenCV计算机视觉库和QT软件开发设计了用于本文的船舶分段自动喷涂系统的图像处理算法软件；实现了对船舶分段工件的边缘检测与像素测量，从而为喷涂机器人路径规划提供了可靠的保证。 第三，针对大型船舶分段外表面，进行喷涂路径的设计与选择，通过计算得出喷涂路径应平行于长度大的边线，这样可以很好的节省喷涂时间，提高喷涂效率。船舶分段外表面主要由平面和小曲率曲面构成，分别建立针对于平面和小曲率曲面的涂层厚度模型；分析其喷涂过程，确立了以涂层厚度均匀性为优化目标，建立目标优化函数并进行寻优求解，得到其最佳的喷涂速度和行程轨迹间距，从而保证了喷涂效率。 第四，建立船舶分段自动喷涂系统，利用Robot Studio软件搭建船舶分段自动喷涂系统工作站，介绍了整个船舶分段自动喷涂系统的组成部分，设计船体分段模拟体并对其进行自动喷涂仿真，通过软件编程仿真验证了船舶分段自动喷涂系统的可行性和有效性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 船舶分段自动喷涂研究现状

1.2.2 船舶分段自动喷涂轨迹优化研究现状

1.2.3 机器视觉技术研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 船舶分段自动喷涂系统总体方案设计

2.1 引言

2.2 输送模块设计

2.3 机器视觉模块设计

2.4 喷涂机器人模块设计

2.4.1ABB IRB 580喷涂机器人

2.4.2 喷涂机器人控制柜

2.5 本章小结

第三章 船舶分段图像处理算法与视觉系统研究

3.1 引言

3.2 图像预处理

3.2.1 图像灰度化

3.2.2 图像降噪

3.3 阈值分割

3.4 边缘检测

3.4.1 Canny算子

3.4.2 Sobel算子

3.4.3 Laplacian（拉普拉斯）算子

3.4.4 边缘检测实验结果分析

3.5 特征提取

3.5.1 基于霍夫变换的直线检测

3.5.2 视觉测量系统标定

3.6 本章小结

第四章 船舶分段自动喷涂轨迹优化

4.1 引言

4.2 喷涂轨迹的确定

4.3 平面喷涂轨迹优化

4.3.1 平面上的喷涂模型的建立

4.3.2平面上的喷涂轨迹优化

4.4小曲率曲面喷涂轨迹优化

4.4.1小曲率曲面上的喷涂模型的建立

4.4.2小曲率曲面上的喷涂轨迹优化

4.5 喷涂轨迹仿真实验

4.5.1 平面喷涂优化仿真

4.5.2 小曲率曲面喷涂优化仿真

4.6 本章小结

第五章 船舶分段自动喷涂系统软件设计与仿真

5.1 引言

5.2 机器视觉系统软件设计

5.3 船舶分段自动喷涂系统建立与仿真

5.3.1工具坐标系标定

5.3.2工件坐标系标定

5.3.3机器人连杆坐标系

5.3.4船舶分段自动喷涂系统仿真

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务和主要成果

致谢