基于激光视觉的焊缝定位系统开发

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1、分类号TP278学校代码10590UDC621密级公开深圳大学硕士学位论文基于激光视觉的焊缝定位系统开发阳军军学位类别工程硕士专业学位专业名称控制工程学院（系、所）机电与控制工程学院指导教师曹广忠教授深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文基于激光视觉的焊缝定位系统开发是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日基于激光视觉的焊缝定位系统

2、开发摘要焊接加工是现代工业生产的重要制造技术，然而恶劣的作业环境与高强度的作业使得长期从事焊接加工的工人身体受到损害，同时工业生产对于焊接速度与质量的要求不断提高，这些都使得焊接加工成为急需实现完全自动化的行业之一。焊缝定位技术是实现焊接完全自动化的关键技术，其中激光视觉焊缝定位技术具有精度高、速度快、全数字化测量的优点，是焊缝定位技术中最为先进的非接触式定位方法，具有重大研究与应用价值。论文开发了一种高集成度的激光视觉焊缝定位系统，该系统由CCD工业相机、线结构光激光器、窄带滤光片及嵌入式计算机等组成。研究了基于光学三角测量原理的焊缝位置定位算法，即根据工业CCD相机采集的图像计算出

3、焊缝在竖直方向与水平方向上的位置。为处理图像以获取焊缝特征点位置，开发了一种先进的图像处理算法，该算法可实现激光条纹的平滑、二值化及基于区域面积形状的抗干扰滤波等图像处理。为减小图像处理的运算量、加快图像传感反馈速度，从图像中提取了激光条纹区域，并将激光条纹区域细化为单像素条纹。开发了快速提取焊缝特征点的算法，该算法主要采用一种基于二阶差分的方法计算出激光条纹上的焊缝特征点在图像中的位置，即通过对每行的二阶差分数值的比较得出焊缝特征点在图像中的行列值。搭建了嵌入式计算机的Linux系统开发环境，开发了基于V4L2的图像采集软件、基于OpenCV的图像处理软件及基于QT的图像界面，完成了

4、整套系统的图像采集处理及结果显示、参数设置等所有软件开发。论文对所开发的激光视觉焊缝定位系统进行了实验研究。实验结果表明系统水平方向的测量结果与实际焊缝位置的误差小于0.5mm，竖直方向上的测量结果与实际焊缝位置的误差小于1.0mm，单点定位处理时间小于61ms，处理速度大于16点/s，按定位间隔为1.0mm计算系统可实现每分钟大于960.0mm长度的焊缝定位，定位精度与速度均1满足设计要求，方案可行，系统可应用到实际自动化焊接机器的焊缝定位中。本文得到国家科技支撑计划(2014BAH23F04)、2014年度深圳市科技创新委员会的技术攻关项目(JSGG2014101515330349

5、1)等资助I基于激光视觉的焊缝定位系统开发关键词：焊缝定位；激光视觉；图像处理；焊接机器IIDevelopmentofweldingseamlocationsystemusinglaser-visionAbstractWeldingtechnologyplaysanimportantroleinmodernindustry.Howeverharshworkingenvironment,extremephysicaldemandsonmanualwelderandincreasingrequestinqualityofweldinghavemadeittobeoneofthegreate

6、stdemandsforautomation.Weldingseamlocationtechnologyisthekeyissuetosolvetheproblem.AndLaser-Visionweldingseamlocationtechnologywiththeadvantagesofhighprecision,highspeedandfulldigitalmeasurementisthemostadvancedone,whichhasbeenwidelystudiedandapplied.Alaser-visionbasedweldingseamlocationsystemfo

7、rweldingrobotisdevelopedinthispaper.ThesystemconsistsofaCCDcamera,alinestructurelaser,anarrowbandopticalfiltertoovercometheinterferencefromarclightandotherlightsources,andanembeddedcomputerboardforimageprocessinganderrorcalc