基于图像识别的激光焊缝跟踪系统研究

摘要

随着生产自动化和智能化技术的迅速发展，各种新技术在焊接领域得到广泛的应用，焊接自动跟踪系统已成为焊接自动控制研究领域中的一个重要内容。 本课题研究了一套基于图像识别的激光焊缝跟踪系统，该系统以激光作为辅助光源照射焊枪前方的工件焊缝，使用固定在焊枪上端的CCD(chargecoupleddevice)摄像机采集从工件表面反射的激光光带图像，经过量化处理变成数字图像存储在工控机中。由工控机对摄取的图像进行处理和特征量识别，得到焊缝坡口中心点位置，比较得到偏差并进行轨迹校正。 (1)本文在分析、研究国内外焊缝跟踪发展现状的基础上，提出了激光焊缝结构光系统实现方案，并探讨了焊缝跟踪的系统分类和图像处理方法。 (2)采用图像处理的滤波以及边缘识别，完成图像的预处理过程，基本达到了去除噪声、识别边缘、使焊缝明显化的目的。对传统的中值滤波实验分析又加以改进，均不能满足系统要求，由此本文又采用了拉普拉斯算法与高斯算法相结合的LOG滤波方法，通过二次滤波，达到了滤波要求；同时，对几种边缘检测算子在焊缝图像处理中处理速度和处理效果进行了实验，根据比较结果选择Roberts算子作为系统图像边缘检测算子，试验证明效果良好。 (3)在图像预处理的基础上，运用Hough变换特征检测，针对它的不足之处，加以改进后进行特征提取，然后分析系统的控制过程，转换坐标，采用斜率法检测特征点的图像处理过程，最终识别出激光焊缝的坡口点。 (4)充分考虑焊接过程中的实际情况，对整个系统进行设计，并且对系统的功能模块进行了介绍。 本系统中一方面利用结构光视觉焊缝定位技术获取焊缝位置信息，可以快速实现焊缝的精确定位，提高了焊接质量。另一方面，将图像处理以及识别的方法应用于焊接中，提高了焊接过程的自动化水平。两方面的综合利用，满足了焊接过程对焊接速度和焊接精度的要求。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

1.1论文的选题背景及意义

1.1.1课题的提出

1.1.2课题研究的意义

1.2激光焊缝跟踪技术的研究现状与发展趋势

1.3焊缝自动跟踪的主要方式

1.3.1直接电弧式焊缝跟踪

1.3.2接触式焊缝跟踪

1.3.3非接触式焊缝跟踪

1.4图像处理技术简介

1.5论文的主要内容

第二章激光焊缝跟踪的视觉系统分析

2.1基于视觉传感的焊缝跟踪系统

2.2视觉系统设计的目标

2.3视觉传感原理

2.4焊缝跟踪光学传感器的设计

2.5本章小结

第三章焊缝图像的预处理分析

3.1数字图像处理的相关理论探讨

3.1.1图像处理方法

3.1.2颜色系统

3.1.3位图文件的BMP格式

3.2焊缝图像的预处理分析过程

3.2.1中值滤波

3.2.2LOG(Laplacian Of Gaussian)滤波

3.3焊缝图像的二值化处理

3.4焊缝图像的边缘识别

3.4.1灰度拉伸

3.4.2边缘检测的基本概念及其技术分类

3.4.3几种典型的边缘检测算子的实验比较

3.5焊缝图像的Roberts边缘检测

3.6本章小结

第四章焊缝图像的特征提取方法与坐标变换

4.1直线提取方法概述

4.2Hough变换原理

4.3Hough变换存在的问题以及对其的改进

4.4激光条纹特征点的提取和特征线段的计算

4.5控制过程分析

4.6坡口轮廓尺寸计算

4.7本章小结

第五章焊缝跟踪的系统设计

5.1焊缝跟踪系统

5.2焊缝跟踪系统的功能模块

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1课题总结

6.2展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士期间发表的论文