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双反射镜式激光结构光视觉传感器研究

作　者: 包顺东
导　师: 吴毅雄；张轲
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 视觉传感 激光结构光 三维测量 标定 焊缝跟踪 图像处理
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


基于视觉传感的焊缝跟踪技术具有获得信息大、可靠性高、使用广等特点,而受到研究学者的青睐。结合计算机视觉和图像处理的最新技术成果,大大增加了焊接机构的外部适应能力,所以基于视觉传感的焊缝跟踪技术被认为是最有前途的焊缝跟踪技术。但国外的激光传感器价格非常昂贵,尽管国内目前研究的很多,但还没有真正商业化的产品,所以,深入研究激光视觉传感技术,开发具有自主知识产权的激光结构光视觉传感系统是具有非常重要的意义。本文采用主动光源检测技术,构建了基于激光视觉传感器的焊缝检测系统。开发了一套由激光光源、滤波系统和成像系统所组成的双反射镜的激光结构光视觉传感系统。通过研究焊缝跟踪干扰光(电弧光)的特点和激光光源的特点,确定了该系统的光源,获取了清晰的焊缝图像。针对带有一阶径向畸变的透射投影成像模型,对传统的两步法摄像机标定技术进行了改进,设计了一种的平面标定方法,获取了双反射镜激光结构光视觉系统的内外参数。而且开发了利用最小二乘法直线拟合来提取标定网格的单像素直线,从而获得标定特征点的坐标。阐述了该视觉传感器的焊缝跟踪原理。开发了针对V型坡口的焊缝测量算法。针对常见的四种焊接方法,推导出了实际的焊接位置的偏差和图像中待焊点纵向(横向)偏差的关系。结合焊缝坡口图像的特点,开发了一套焊缝检测的图像处理算法。采用迭代的阀值化方法对图像进行二值处理,可以获得清晰的焊缝图像。并利用了数学形态学中的骨架细化提出焊缝的骨架。通过直线斜率的关系来求得V型坡口焊缝的特征点。针对V型坡口焊缝,进行了焊缝跟踪试验。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-25
  1.1 引言  9
  1.2 焊缝跟踪技术的研究现状  9-13
    1.2.1 焊缝跟踪发展现状  10-11
    1.2.2 焊缝跟踪控制技术  11-13
  1.3 传感技术在焊缝跟踪中的应用  13-21
    1.3.1 接触式传感器  15
    1.3.2 电弧式传感器  15-16
    1.3.3 视觉传感器  16-21
  1.4 机器视觉技术的研究现状  21-23
    1.4.1 机器视觉的概念  21-22
    1.4.2 机器视觉的研究现状  22
    1.4.3 机器视觉的应用  22-23
  1.5 焊缝图像处理技术的研究现状  23-24
  1.6 本文主要研究内容  24-25
第二章 激光结构光视觉传感系统的设计和分析  25-38
  2.1 激光视觉传感器结构光源的选择  25-31
    2.1.1 电弧光谱频域分布特征  25-29
    2.1.2 激光结构光源的选择  29-31
  2.2 滤波光学系统的设计与优化  31-34
    2.2.1 保护镜的选择  31
    2.2.2 干涉滤光片的选定  31-34
  2.3 激光视觉传感器的试验结果与分析  34-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章 双反射镜式激光结构光传感系统标定  38-51
  3.1 摄像机成像模型  38-44
    3.1.1 摄像机的针孔成像模型  38-39
    3.1.2 摄像机标定中不同坐标系之间的转换  39-44
  3.2 本系统的平面标定的算法过程  44-45
  3.3 本系统传感器系统平面标定方法和结果  45-51
第四章 双反射镜激光结构光传感器的焊缝偏差确定方法  51-65
  4.1 双反射镜激光结构光V 型坡口焊缝偏差确定方法  51-58
    4.1.1 V 型坡口的焊缝跟踪原理  51-53
    4.1.2 像素图像中的横向（或竖向）距离与实际距离的关系  53-58
  4.2 双反射镜激光结构光的其他焊缝类型的焊缝偏差确定方法  58-64
    4.2.1 搭接焊缝的焊缝偏差确定方法  58-62
    4.2.2 对接焊缝的焊缝偏差确定方法  62-63
    4.2.3 角接焊缝的焊缝偏差确定方法  63-64
  4.3 本章小结  64-65
第五章 焊缝数字图像处理及特征提取  65-75
  5.1 焊缝数字图像处理与分析  65-70
    5.1.1 焊缝图像的预处理  65-67
    5.1.2 图像的骨架细化  67-68
    5.1.3 特征值提取  68-70
  5.2 激光视觉传感器焊缝识别试验  70-75
    5.2.1 试验过程与试验条件  70-72
    5.2.2 试验结果与分析  72-75
第六章 总结  75-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间发表论文  80-81
上海交通大学学位论文答辩决议书  81-83

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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