基于视觉传感的移动机器人MAG焊系统及焊缝图像特征研究

摘要

为了适应大型装备制造非结构空间焊接的自动化和智能化的需求，如何模拟焊工的行为开展相关焊接任务，是移动焊接机器人研究的热点和难点问题。本文源自国家863计划课题，自主研发的轮足组合越障焊接机器人系统焊接视觉传感器，实现焊缝图像实时获取及特征处理。
　　移动焊接机器人的视觉传感系统是实现智能化焊接的关键反馈单元，基于现有的移动机器人平台，重新研制了视觉传感系统，选用更成熟的工业CCD相机以及高速图像采集卡，保证了焊接过程中所采集图像的质量。为准确计算实际物体大小，须采用棋盘格进行标定，建立图像坐标和实际空间坐标的像素对应关系。文中采用Caltech开发的标定Matlab工具箱，进行像素标定。
　　智能化焊接电源是移动焊接机器人系统中不可缺少的部分，本文介绍的试验平台使用了奥太Pulse MAG/MIG350型焊接电源，该焊接电源采用过渡区脉冲波形控制和弧长闭环控制等技术，可以对熔滴和熔池进行有效的控制。
　　针对MAG焊缝熔池区域图像的特点，本文利用滤波处理，图像分割和图像形态学等熔池图像的基本处理方法，开发出具有较高适应性和鲁棒性的图像处理方法。采用基于方向小波的边缘提取和基于活动轮廓模型的方法更适合对焊缝熔池和间隙进行边缘提取。应用这些方法可以滤除熔池图像中一些干扰信息并可以有效的获取熔池的边缘。
　　最后，在轮足组合越障焊接机器人系统平台上进行MAG焊熔池视觉信息试验，试验的对象包括MAG焊打底焊和填充焊过程中图像的处理与分析。经过试验分析，打底焊熔透状态下的熔宽是稳定的，最小值为144像素，最大值为148像素，服从正态分布，其均值为145.96，均方差为1.2282。填充焊熔宽数据统计为：最小值为153像素，最大值为147像素。同样服从正态分布，其均值为157.66，均方差为3.0143。填充焊的熔宽在上述范围内，均可以认为填充焊的状态是一致的。移动机器人的试验表明了视觉传感系统是有效并可靠的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2移动焊接机器人国内外研究现状

1.3机器视觉在焊接领域的应用

1.4 逆变MAG焊电源研究现状

1.5 本文主要研究的内容

第二章 轮足组合越障移动焊接机器人试验系统平台

2.1越障全位置自主焊接机器人系统

2.2越障全位置自主焊接机器人软件

2.3 Pulse MAG-350型焊机系统特性

第三章 MAG焊视觉传感系统研制及图像采集

3.1焊接视觉传感系统

3.2 MAG焊焊缝图像采集

第四章 移动焊接机器人MAG熔池视觉信息特征处理

4.1 熔池图像处理

4.2图像平滑

4.3 中值滤波

4.4图像增强

4.5图像边缘提取

第五章 MAG焊熔池视觉信息特征处理实验及分析

5.1 打底焊焊缝间隙和熔池图像处理

5.2 填充焊焊缝间隙和熔池图像处理

第六章 结 论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文