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基于激光视觉传感器的不连续角焊缝检测与跟踪技术研究

作　者: 许庆荣
导　师: 张华
学　校: 南昌大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 不连续焊缝图像处理焊缝跟踪视觉传感器
分类号: TG441.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

船舶制造中,为了加强船体的强度,在船舱底部焊接许多格子形框架结构。由于框架底部存在半圆形或扇形排水孔,使得焊缝不连续。焊接中,焊枪到达排水孔起始位置时,需控制其熄弧,避过排水孔后再次起弧。为实现不连续焊缝跟踪,需通过传感器识别不连续焊缝的特征点。同时,为避免熄弧过程中机器人与焊接工件之间渐行渐远或发生相互碰撞,需控制机器人位姿。为此,本文以轮式移动机器人为平台,研究不连续角焊缝检测与焊缝跟踪技术。首先,本文概括介绍了移动机器人系统结构及工作原理。针对不连续焊缝的特点,选择不同类型的传感器对其检测,通过相关实验对传感器的检测结果进行比较,最终选择旋转电弧传感器和激光视觉传感器。同时,确定激光视觉传感器的各组成部分选型及安装方案。其次,对CCD采集的两种类型的焊缝图像进行一系列处理,使系统能够识别出焊缝的特征信息。由于熄弧后,机器人需继续运行至排水孔的终点位置再次起弧,但已无法通过旋转电弧传感器提取机器人的位姿信息。所以通过相关实验分析机器人位姿变化与图像特征点的关系,提出控制方案。最后,针对旋转电弧传感器及激光视觉传感器提取的焊缝特征信号,设计机器人焊缝跟踪策略。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-19
  1.1 研究的目的和意义  8
  1.2 移动焊接机器人的研究现状  8-11
  1.3 焊缝检测传感及信息处理技术  11-16
    1.3.1 电弧传感  12-13
    1.3.2 声学传感  13-14
    1.3.3 光学传感  14-15
    1.3.4 激光-PSD型位移传感  15-16
  1.4 机器人直角焊缝路径规划  16-17
  1.5 课题研究的目标、方案及主要研究内容  17-18
    1.5.1 研究目标  17
    1.5.2 研究的主要内容及方案  17-18
  1.6 本章小结  18-19
第2章移动焊接机器人系统  19-33
  2.1 移动机器人系统总体结构  19-20
  2.2 移动机器人机械结构  20-21
  2.3 移动机器人控制系统  21-22
  2.4 传感系统  22-26
    2.4.1 旋转电弧传感器  23-24
    2.4.2 视觉传感器  24-25
    2.4.3 超声波传感器  25-26
    2.4.4 传感类型选择  26
  2.5 视觉传感器安装方案  26-31
    2.5.1 视觉传感器组成  27-28
    2.5.2 图像采集卡  28
    2.5.3 安装方案  28-31
  2.6 视觉传感器采集焊缝信息  31-32
  2.7 本章小结  32-33
第3章焊缝特征提取方法  33-43
  3.1 图像采集参数设置  33
  3.2 图像处理  33-41
    3.2.1 图像预处理  34
    3.2.2 阈值分割  34-35
    3.2.3 连通区及图像面积  35-36
    3.2.4 细化  36-39
    3.2.5 hough变换  39-40
    3.2.6 特征曲线夹角及交点坐标提取  40-41
  3.3 不连续焊缝特征点检测  41-42
    3.3.1 排水孔对成像的影响  41-42
    3.3.2 排水孔特征点识别方法  42
  3.4 本章小结  42-43
第4章移动机器人位姿检测  43-54
  4.1 移动机器人位姿检测方法  43-48
    4.1.1 移动机器人位姿检测  43
    4.1.2 焊缝特征点坐标与机器人位姿关系  43-45
    4.1.3 机器人距离焊接工件前后变化  45-46
    4.1.4 机器人旋转一定角度  46-47
    4.1.5 摄像机成像原理  47-48
  4.2 位姿检测实验及数据处理  48-53
    4.2.1 当参数d发生变化时  48-50
    4.2.2 机器人旋转一定角度变化  50-53
  4.3 图像特征信号与机器人位姿控制  53
  4.4 本章小结  53-54
第5章窄小船舱不连续焊缝跟踪技术  54-62
  5.1 问题描述  54
  5.2 直线型焊缝跟踪  54-56
  5.3 具有直角转弯的角焊缝  56-60
    5.3.1 避障  56
    5.3.2 连续型直角焊缝跟踪控制  56-58
    5.3.3 不连续焊缝跟踪控制  58-60
  5.4 控制结构框架  60-61
  5.5 本章小结  61-62
第6章结论与展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
攻读学位期间的研究成果  67

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