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线结构光焊缝特征点提取方法研究

线结构光焊缝特征点提取方法研究

作者：钱荣威石家庄铁道大学

学位级别：硕士

目前,随着科学技术及生产力的快速发展,焊接技术作为生产中不可缺少的一个重要环节在各行各业中的应用更为广泛。而焊缝特征信息的检测是焊接过程中不可或缺的一环,但传统方法普遍采用塞尺等工具进行手动测量其测量精度不高同时误差也... 详细信息

目前,随着科学技术及生产力的快速发展,焊接技术作为生产中不可缺少的一个重要环节在各行各业中的应用更为广泛。而焊缝特征信息的检测是焊接过程中不可或缺的一环,但传统方法普遍采用塞尺等工具进行手动测量其测量精度不高同时误差也较大。基于图像处理的检测技术为焊缝的非接触式测量提供了新途径。但实际焊接过程工况十分复杂,采集的图像含有大量复杂噪声,如高光反射、飞溅焊渣和激光散射等,因此如何在复杂工况下较为准确的提取出焊缝特征信息是自动焊接技术实现的关键。本文以视觉传感器、线结构光发射器为硬件与作为软件的数字图像处理算法相结合进行了复杂噪声下线结构光焊缝特征提取方法的研究,主要工作如下:首先,根据实际的常见焊接场景设计了一种基于线结构光的视觉传感器系统。并通过归纳总结当前国内外多种焊缝特征提取方法的优点与不足,选择了本文的基本方案,可以稳定、方便、快捷地采集焊接过程中的焊缝图像。其次,针对焊接过程中产生的大量散射及飞溅焊渣等噪声提出了一种基于自适应顶帽变换的线结构光焊接图像去噪方法。采用评价指标互相关系数（CCIH,Cross-Correlation Coefficient of Image Histogram）选取得到最优结构元尺寸L。同时提出一种基于Otsu改进SSIM算法的评价指标相亮比（RSB,Ratio of Structural Similarity Index to Average Brightness）选取得到最优迭代次数I。实验结果表明,与传统方法相比该方法在主观视觉效果及客观去噪指标上均有较大的改善,噪声得到有效去除的同时焊缝图像中的线结构光条得到较好的保留。然后,提出“限制对比度”的自适应直方图均衡化增强算法（CLAHE）,放大线结构光条与背景的差异有利于线结构光条的分割提取,并与传统增强方法进行了对比评价。结果显示该方法得到的线结构光焊缝二值图包含更多的有效像素。其次,提出一种多方向双树复小波变换（M-DTCWT）的边缘检测方法得到线结构光条的单像素边缘。最后,对结构光边缘点采用最小二乘直线拟合的方法得到中心线并将其与边界直线联立得到最终的焊缝特征点。

关键词：线结构光焊缝特征点顶帽变换双树复小波变换直线拟合

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V形焊缝轮廓特征点的有效提取

焊接技术 2016年第12期45卷 17-20页

作者：余卓骅周启兴陈涛华东交通大学理工学院江西南昌330100

当前机器人智能化厚板焊接中焊缝检测仍以激光视觉传感器为主流。为实现多层多道自主焊接,研究以焊缝图像为载体的焊缝轮廓特征点的提取是前提,提出了一套有效的提取V形焊缝轮廓特征点的方法。该方法以已提取的线状焊缝轮廓为研究前提,... 详细信息

当前机器人智能化厚板焊接中焊缝检测仍以激光视觉传感器为主流。为实现多层多道自主焊接,研究以焊缝图像为载体的焊缝轮廓特征点的提取是前提,提出了一套有效的提取V形焊缝轮廓特征点的方法。该方法以已提取的线状焊缝轮廓为研究前提,指出V形焊缝轮廓的特征点有3种,即斜率突变点、局部极值点和拐点。通过不同焊道的焊缝轮廓特征点的提取试验验证了该方法的有效性,为后续的焊道规划和跟踪打下了良好的基础。

关键词： V形焊缝焊缝特征点焊接焊接机器人自主焊接

基于Top-down范式的施工现场钢结构焊缝坡口特征实时检测方法

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东南大学学报（自然科学版） 2023年第6期53卷 1100-1110页

作者：成佳明靳慧郑子健蒋朗坤罗琴丽董凯周军红陈小飞东南大学土木工程学院南京211189 东南大学江苏省工程力学分析重点实验室南京210096 中建科工集团江苏有限公司南京211106 中建钢构江苏有限公司泰州214532

针对现场焊缝图像背景复杂、坡口特征点定位难度大的问题,提出了一种端对端的焊缝特征实时检测方法,用于提升建筑钢结构焊接效率和质量.基于人体姿态估计的思想,将焊缝特征点提取等效于人体骨骼关键点检测任务,遵从姿态估计Top-down范... 详细信息

针对现场焊缝图像背景复杂、坡口特征点定位难度大的问题,提出了一种端对端的焊缝特征实时检测方法,用于提升建筑钢结构焊接效率和质量.基于人体姿态估计的思想,将焊缝特征点提取等效于人体骨骼关键点检测任务,遵从姿态估计Top-down范式建立施工现场建筑钢结构焊缝坡口特征提取方法.首先引入RTMdet目标检测器快速定位焊缝坡口区域,随后基于RTMPose姿态估计模型对目标区域进行坡口特征点检测,该网络将特征点坐标回归定位转换为特征点横纵坐标分类问题,有效提升了特征点定位的精度和效率.实验结果表明,相比基于数字图像处理的焊缝识别方法和基于全连接层回归的焊缝识别方法,该方法能够在包含复杂信息的焊缝图像中快速准确地提取焊缝特征点,单幅图像的特征点定位误差小于2像素,平均处理时间为38.2 ms,能满足施工现场自动化焊接的需求.

关键词：智能建造结构光视觉深度学习人体姿态估计焊缝特征点

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基于激光视觉的钢结构焊缝图像处理系统

焊接学报 2022年第2期43卷 101-105,112,I0009页

作者：王树强周游陈昊雷陈钊韩彦林沈阳化工大学沈阳110142

针对钢结构件品种多、批量小,焊缝形状位置一致性差,机器人重复定位过程复杂等缺点,设计了一种基于激光视觉的钢结构焊缝图像处理系统.运用CCD工业相机和激光器,采集带有激光条带的焊缝图像,分别利用中值滤波柔化噪音,Otsu算法自适应阈... 详细信息

针对钢结构件品种多、批量小,焊缝形状位置一致性差,机器人重复定位过程复杂等缺点,设计了一种基于激光视觉的钢结构焊缝图像处理系统.运用CCD工业相机和激光器,采集带有激光条带的焊缝图像,分别利用中值滤波柔化噪音,Otsu算法自适应阈值分割,开操作和形态学处理相结合去除图像中除目标像素外的小连通区域,提取激光条带的中心线,最终利用Hough变换对中心线直线拟合,得到特征点位置,并通过骨支架试验验证该技术的可行性.结果表明,该方法可快速准确地检测到焊缝特征点,满足实际要求.

关键词：激光视觉钢结构焊缝图像处理焊缝跟踪焊缝特征点

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焊缝跟踪应用的线激光视觉伺服控制系统

光学精密工程 2016年第11期24卷 2689-2698页

作者：邹焱飚王研博周卫林华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

设计了一套由三轴直角坐标机器人、线激光传感器和工业计算机组成的焊缝跟踪系统。研究了该系统所涉及的测量原理、特征点测量方法和基于模糊自适应的控制方法。通过高斯核相关算法(KCF)在焊接过程中实时检测焊缝特征点,并根据测量原理... 详细信息

设计了一套由三轴直角坐标机器人、线激光传感器和工业计算机组成的焊缝跟踪系统。研究了该系统所涉及的测量原理、特征点测量方法和基于模糊自适应的控制方法。通过高斯核相关算法(KCF)在焊接过程中实时检测焊缝特征点,并根据测量原理计算获得特征点相对于相机坐标系的三维坐标值。设计了一种自适应模糊控制器,通过自适应模糊控制器计算坐标的偏差值和偏差变化率得到焊枪末端运动轨迹的控制量,同时对模糊控制器的输入输出论域、模糊规则和隶属函数进行实时动态更新。实施了焊缝跟踪实验。结果显示:采用最大焊接电流为350 A的惰性气体保护焊(MIG),在强烈弧光和飞溅的干扰下,该系统能实时跟踪焊接工件,跟踪精度为0.325 3mm,传感器测量频率为20Hz。焊接过程中焊枪末端运行平稳,焊缝轨迹跟踪准确,且抗干扰能力,能满足焊接应用要求。

关键词：线激光传感器焊缝跟踪自适应模糊控制焊缝特征点高斯核相关算法

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斜率表征与卡尔曼滤波的焊缝跟踪方法研究

机电工程 2020年第2期37卷 206-210页

作者：马波林少铎张南峰高向东广东工业大学广东省焊接工程技术研究中心

针对V型坡口中厚板对接焊焊接过程中存在的系统噪声和测量噪声的问题,采用了斜率分析与卡尔曼滤波相结合的方法进行了焊缝跟踪。使用激光视觉传感系统采集了V型坡口的条纹图像,获取了测量系统内外标定参数,通过锯齿靶标建立了焊缝特征... 详细信息

针对V型坡口中厚板对接焊焊接过程中存在的系统噪声和测量噪声的问题,采用了斜率分析与卡尔曼滤波相结合的方法进行了焊缝跟踪。使用激光视觉传感系统采集了V型坡口的条纹图像,获取了测量系统内外标定参数,通过锯齿靶标建立了焊缝特征点坐标转换模型;提出了一种基于极值法的边界约束灰度平方加权重心法,提取出了激光条纹线的中心点,采用斜率分析法寻找到了激光条纹中心线拐点,对每一段条纹中心线通过最小二乘法拟合求交,提取出了焊缝特征点;利用卡尔曼滤波方法对系统噪声和测量噪声进行了优化;对V型坡口进行了厚板对接焊试验,焊炬能始终对准焊缝中心。研究结果表明:基于斜率分析法与卡尔曼滤波的焊缝跟踪方法能够减小系统噪声干扰的影响,实现了焊缝特征点的准确提取,提高了焊缝跟踪精度。

关键词：焊缝跟踪焊缝特征点斜率分析法卡尔曼滤波

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多棱管内激光导向焊接智能小车关键技术研究

多棱管内激光导向焊接智能小车关键技术研究

作者：柏长林扬州大学

学位级别：硕士

焊接是机械加工的重要组成部分,目前我国路灯杆、高压铁塔及通讯信号塔等,焊接加工环节仍以手工焊接为主,当传统手工焊接在效率与质量都不能满足工业发展的需求时,我们必须利用已有的先进工业控制技术结合生产实际,对传统焊接进行升级... 详细信息

焊接是机械加工的重要组成部分,目前我国路灯杆、高压铁塔及通讯信号塔等,焊接加工环节仍以手工焊接为主,当传统手工焊接在效率与质量都不能满足工业发展的需求时,我们必须利用已有的先进工业控制技术结合生产实际,对传统焊接进行升级改造以实现焊接的智能化。智能焊接以其低成本、低污染、高效率、高可靠性的特点,越来越受到企业重视,智能焊接为企业节约成本、提高生产效率和质量提供了保证,且智能焊接不仅可用于民用领域,还可用于军工、航空等高尖端领域,研究智能焊接技术与装备已经刻不容缓。本文主要针对的是直径在0.4～1.0m之间且长度可达12m的多棱管内部只焊两端或干脆不焊的问题,设计一种利用激光视觉传感器导向的焊接智能小车原理样机,并对焊接智能小车原理样机的焊缝跟踪性能进行研究,文章主要完成了以下工作内容:(1)从焊缝图像处理的理论方法入手,收集并整理本设计中需要用到的相关资料。通过对这些资料的理解分析,掌握焊接智能小车设计时所涉及的知识,为焊接智能小车设计积累一定的理论基础,在理论指导下完成整个焊接智能小车的设计。(2)对焊接智能小车的结构进行设计。通过分析焊接智能小车需要达到的承载重量,对焊接智能小车的加工材料进行选型。通过选定的电子元器件的外形尺寸及安装位置,对焊接小车外形结构的最小尺寸进行了计算,又参考常用多棱管的最小内径对焊接智能小车的最大外形尺寸进行计算,最终确定了最优的车身结构尺寸。然后还对焊接智能小车的执行部件安装位置进行设计,为焊接智能小车后续的模拟焊缝跟踪实验完成提供保证。最后对整个焊接智能小车结构进行有限元分析,结果表明焊接智能小车结构设计及材料选型均符合要求。(3)对焊接智能小车的硬件系统进行设计。采用OV7620数字摄像头作为焊接智能小车的图像采集器,MK60单片机作为整个系统的中央处理器,步进电机及舵机作为驱动部件。通过MK60单片机分析焊缝图像计算出焊缝特征点位置坐标,并将特征点位置信息保存在循环队列中,当焊炬到达该特征点附近时再调用信息,控制舵机及步进电机相互协作完成寻找焊缝的工作。(4)对焊接智能小车控制系统软件进行设计,主要包含图像采集程序设计、图像处理算法设计、步进电机和舵机驱动程序设计及串口通信程序设计。在图像处理程序中针对多棱管焊缝特点设计了一种行列扫描算法,使用该算法可以准确快速的提取出焊缝特征点的坐标位置。(5)对焊接智能小车焊缝跟踪性能进行检测。首先检测了行列扫描算法对焊缝特征点提取的准确性,接着检测了焊接智能小车模拟跟踪的性能。通过LabVIEW上位机软件设计了焊缝特征点坐标显示程序,通过将算法计算结果的列坐标与图像中的V型激光条纹底端顶点列坐标做比较,证明算法对焊缝特征点提取的准确性。通过使用细实线模拟焊缝,黑色签字笔代替焊炬完成模拟焊缝跟踪实验,结果证明跟踪误差达到焊接要求,焊接智能小车原理样机初步具备跟踪能力。

关键词：焊接智能小车图像处理焊缝识别焊缝特征点单片机

基于视觉识别的管道氩弧打底自动焊接系统研究

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石油化工建设 2022年第10期44卷 36-39页

作者：笪炎炎南京南化建设有限公司江苏南京210044

论述了采用基于视觉识别的管道氩弧打底自动焊接系统替代传统手工氩弧焊进行管道预制的必要性.设计开发了主动视觉识别模块来获取焊缝图像信息,利用卷积神经网络学习算法模型,结合各种噪声滤波技术,实现焊缝分类检测与关键特征点识别.... 详细信息

论述了采用基于视觉识别的管道氩弧打底自动焊接系统替代传统手工氩弧焊进行管道预制的必要性.设计开发了主动视觉识别模块来获取焊缝图像信息,利用卷积神经网络学习算法模型,结合各种噪声滤波技术,实现焊缝分类检测与关键特征点识别.设计制造了多自由度焊枪运动平台,分析焊缝缺陷影响因素,使用模糊控制器进行焊接参数调节,且能随着使用进行深度学习,进一步优化焊接控制效果.

关键词：氩弧焊打底视觉识别焊缝特征点深度学习自动焊接