基于机器视觉的弧焊跟踪控制系统研究

摘要

弧焊跟踪控制系统是广州电视塔自动焊接机器人的前期研究工作。本系统主要有三个组成部分：图像采集系统、图像处理系统和运动控制系统。 图像采集系统采用激光结构光作为主动光源，有效地提高了图像采集的信噪比。在综合比较处理效果和速度后，选用高斯滤波减弱噪声的影响。另外，通过镜头前放置窄带滤光片，焊炬与摄像机之间放置遮光板，在削弱弧光影响的同时可以很好保留激光条纹的信息。本文还通过彩色摄像机和彩色图像卡采集图像，在把24位彩色图像转化为8位灰度图像时，只提取红色分量，进一步把特定波长的光放大，削弱其它波长的光。 图像处理系统的流程为：阈值变换，边缘提取，提取特征点位置。通过阈值变换，在把信号不太强的噪声彻底消除，同时保留激光条纹信息。在比较几种常见边缘检测算子后，对其效果和实时性做了实验，选定数学形态学方法为本系统的边缘检测算法。提取特征点时，进一步加强系统的容错能力，提取水平段位置信息时，采用黑色像素行累加值的办法，准确定位条纹位置。 运动控制系统采用技术成熟的运动控制卡为主要控制部件，可以达到系统的精度要求，同时加快了系统的开发速度。选用运动控制卡的直线插补模式，用直线段来拟合焊缝轨迹。在获取焊接点前方一定距离全部的位置信息后，用直线插补的方法实现跟踪。 此弧焊跟踪控制系统以工控机为核心，以图像采集及处理为手段，用交流伺服电机来控制焊炬与焊缝的相对位置。本系统可以准确地识别焊缝特征并提取足够的信息，实时跟踪焊缝。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1弧焊跟踪控制系统现状

1.1.1传感器技术

1.1.2光源及图像处理技术

1.1.3控制算法

1.2弧焊跟踪控制系统的发展趋势

1.2.1 PC机与焊接机器人的结合应用

1.2.2多智能体焊接机器人系统的研究

1.3本课题的学术背景和意义

1.4本研究课题来源及主要研究内容

1.4.1本课题来源

1.4.2论文的中心内容

第二章弧焊跟踪控制系统的设计

2.1系统的特点

2.1.1实时性

2.1.2精确性

2.1.3可靠性

2.2系统硬件结构

2.2.1图像采集卡

2.2.2运动控制卡

2.3系统软件设计

2.3.1操作系统和开发工具简介

2.3.2面向对象的方法

2.3.3软件基本功能分析

2.3.4多线程在MFC编程中的应用

2.4应用程序的操作界面及其功能

2.5系统图像处理格式

2.6本章小结

第三章焊缝图像采集及预处理

3.1图像采集

3.1.1结构光检测原理

3.1.2图像的采集过程

3.2图像预处理

3.2.1彩色图像黑白化

3.2.2图像滤波

3.3本章小结

第四章焊缝图像信息提取

4.1图像的灰度图分析

4.2图像分割

4.3图像边缘提取

4.3.1边缘检测方法

4.3.2几种算子的比较

4.4图像归一化

4.4.1图像旋转

4.4.2焊缝中心线的提取

4.4.3图像特征点的提取

4.5本章小结

第五章跟踪系统运动控制

5.1 DMC运动控制卡的安装与调试

5.1.1 DMC-18×2控制卡的安装方法

5.1.2运动控制卡的调试

5.2运动控制卡运动模式选择

5.3基于DMC-1842运动控制系统基本原理

5.4运动控制策略

5.5示教控制模块设计

5.6本章小结

第六章本课题研究结论及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢