基于主动光视觉传感的焊缝自动跟踪系统研究

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1、硕士学位论文基于主动光视觉传感的焊缝自动跟踪系统研究作者姓名龚国基学科专业机械设计及理论指导教师邹焱飚副教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2016年4月ResearchonautomaticseamtracingsystembasedonactivevisionsensorADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GongGuojiSupervisor：Prof.ZouYanbiaoSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP249学校代号：10561学号：2

2、01320100986华南理工大学硕士学位论文基于主动光视觉传感的焊缝自动跟踪系统研究作者姓名：龚国基指导教师姓名、职称：邹焱飚副教授申请学位级别：硕士学科专业名称：机械设计及理论研究方向：机器人系统及自动化装备的理论与技术论文提交日期：2016年4月20日论文答辩日期：2016年5月30日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：李琳委员：张铁，邹焱飚，翟敬梅，谢龙汉Ｉ华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表

3、或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。。＾作者签名／／７曰；纖曰期；１／年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，艮日；研究生在校攻读学位期间论文王作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可公布学位论文的全部或部分内容，可Ｗ允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文一。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。

4、本学位论文属于；□保密，在年解密后适用本授权书。＾保密同意在校园网上发布的，供校内师生和与学校有共享协议的，单位浏览？；同意将本人学位论文提交中国学术期刊光盘版）电子杂志社全文（出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。请在“＂ｙｘ上相应方框内打Ｖ（）。。．＾刀文作者签名八／：袭回蔓日期：－１。．０／八／教：指导师签名日期；７Ｉ；作者联系电话箱；邮联系地址含邮编；（）摘要由于手工焊接存在生产效率低、工作环境恶劣等问题，焊接机器人逐渐在国内的众多生产制造领域得到应用。然而前工序的定位误差和焊接过程出现的热变形可能导致

5、示教编程获得的机器人焊接轨迹偏离实际的焊缝轨迹，从而影响焊接质量。为此，本文研了制基于主动光视觉传感的焊缝跟踪系统，采用基于图像处理和时空上下文学习的焊缝特征点提取算法，以实现在强烈的弧光、飞溅、尘烟等干扰下，实时检测焊缝特征点，并驱动机器人完成自动跟踪焊接。本课题的研究获得国家04科技重大专项项目（编号：2015ZX04005006，五千台具有完全自主知识产权的面向机床自动化生产的机器人开发及产业工程）和广东省科技重大专项项目（编号：2014B090920001，面向数控机床与机器人集成一体化技术的研究）的资助。本文建立了以结构光为主动光的激光视觉三维测量数学模型，针对数学模型所需的摄像

6、机内参数和激光平面方程，研究了摄像机和激光平面的标定方法，完成标定实验，获得了所需的参数。针对结构光视觉传感器与三轴机器人平台组成的Eye-in-Hand系统，提出了一种手眼标定算法，获得了摄像机坐标系与三轴机器人基坐标系的变换关系，实现了像素坐标系和基坐标系的转换。焊缝跟踪系统的一个重要技术指标是测量点与焊接点之间的距离。该距离越小，系统的综合性能越高，但弧光和飞溅对视觉传感器的干扰越严重，从而导致测量精度下降甚至测量失败。为此，本文提出了一种基于图像处理和时空上下文学习的焊缝特征点提取算法。焊接开始前，基于图像处理提取初始特征点，其过程包括滤波、阈值分割、形态学修正、ROI提取、中心线

7、提取和特征点提取；焊接开始，利用初始特征点的时空上下文信息进行建模，通过模型对当前图像特征点的位置进行估计，再利用当前特征点的时空上下文信息对模型进行更新，用于下一帧图像的估计；通过噪声污染程度评估，检测出污染程度较低的图像，基于图像处理方法提取实际特征点并对模型进行修正。该算法大大提升了系统的抗干扰能力。设计和研制了一套基于TwinCAT实时控制软件的三轴机器人焊缝跟踪实验平台，控制系统包括运行于TwinCAT实时核的