基于遗传算法的激光视觉焊缝特征点提取

提出了一种基于遗传算法的平面焊缝特征点提取方法。采用中值滤波、阈值分割法对焊缝图像进行预处理,以减少噪声;利用种子填充法进行图像分割,提取出激光条纹连通域,根据连通域特征抽象出激光条纹骨架提取的数学模型;重点研究基于遗传算法的骨架提取方法,并采用法向直线扫描法沿骨架方向提取中心点坐标;对骨架中心点进行直线拟合,并利用拉依达准则迭代剔除噪声点,获得激光条纹骨架的准确位置和焊缝特征点坐标。经试验验证可知,该方法能够有效消除焊缝图像中多种噪声及激光条纹宽度的干扰,快速准确地检测出焊缝特征点的位置。     

不等厚板激光焊接焊缝缺陷结构光视觉检测

为了检测不等厚钢板激光焊接焊缝表面缺陷,采用结构光主动视觉检测法和高斯数据拟合技术进行了焊缝表面缺陷检测的实验研究。首先采用高斯拟合法对激光条纹图像进行处理,提取出具有亚像素精度的激光条纹中心线;然后通过最小二乘法拟合出3条相交直线并求其交点,近而获得精确的焊缝端点位置坐标;最后给出焊缝表面缺陷-凹度和凸度的检测方法,并以不等厚钢板激光焊接焊缝为检测对象进行验证。结果表明,这种基于拟合技术的结构光视觉检测法为判断激光焊接焊缝质量是否合格提供了较为准确的判断依据。     

基于数据拟合的激光焊接焊缝图像表面缺陷检测

为了检测等厚钢板激光焊接焊缝表面缺陷,采用结构光主动视觉检测法和数据拟合技术进行了焊缝图像表面缺陷检测的实验研究。首先采用高斯拟合法提取出具有亚像素精度的激光条纹图像中心线;然后通过最小二乘法拟合出2条直线和1条二次曲线,求直线和二次曲线的交点以获得精确的焊缝端点位置坐标;最后给出焊缝表面缺陷：凹度和凸度的计算方法,并以等厚钢板激光焊接焊缝为检测对象进行验证。结果表明,在此提出的基于数据拟合技术的焊缝表面缺陷图像检测方法为判断激光焊接焊缝质量是否合格提供了较为准确的判断依据。     

管道焊接激光视觉跟踪的定位方法研究

为解决在管道自动焊接过程中V型坡口的识别定位问题,提出了一种基于激光视觉传感的局部区域内分步式定位方法。首先建立模板匹配,利用模板匹配方式获取焊缝初始位置区域;然后采用阈值分割和边缘提取获得激光条纹边缘线,通过Shi-Tomasi算法对边缘线进行角点检测,得到边缘线上的亚像素角点位置坐标;最后采用最小二乘法拟合得到精确的边缘直线,对上下边界线求平均值提取激光条纹的中心线,求取直线的交点得到坡口轮廓的拐点信息。通过对实际焊接现场拍摄的50幅同一高度不同位置的图像进行检测,结果表明,分步式定位方法抗干扰性强,精度较高,为完成整个跟踪自动焊接过程奠定了基础。     

一种基于线结构光的焊缝三维重建方法

介绍了一种基于结构光和双目视觉的焊缝三维重建方法。该方法利用轮廓点曲率提取激光条纹的轮廓关键点,再由所提取的关键点计算轮廓横截面法向量。并根据激光条纹服从正态分布的特点,借助灰度重心法提取条纹中心线。将焊缝在双目摄像机中的图像坐标点转换为世界坐标点,从而完成焊缝三维空间信息的重建。实验结果证明本文方法快速、准确,可以满足自动焊接机器人系统的应用要求。     

基于轻量化DeepLab v3+网络的焊缝结构光图像分割

基于激光结构光视觉传感的焊缝跟踪技术将焊缝定位转化为结构光条纹特征点的定位，具有较强的普适性。然而，实时焊缝跟踪中弧光（焊接电弧产生的强烈可见光）、飞溅（溅射焊渣）、烟尘等噪声对结构光图像造成了严重的污染，从而影响了焊缝定位的精度和鲁棒性。滤除结构光图像中的噪声对于提升焊缝定位的精度和鲁棒性具有重要作用。为滤除焊缝结构光图像中的噪声，本文提出了一种基于轻量化DeepLab v3+语义分割网络的焊缝结构光图像分割方法，通过分割出结构光条纹的前景图像来达到噪声滤除的目的。采用浅层Resnet-18网络替代DeepLab v3+的原始深层骨干网络，以提高分割效率；以像素占比的补数为权重设计了加权交叉熵损失函数，以提高结构光条纹分割的像素准确率。实验结果表明：所提方法的平均单张图像推理时间为15.9 ms，结构光条纹的像素准确率为96.47%，结构光条纹的平均交并比为89.04%，可以实现高效、精确、鲁棒的结构光图像分割，从而达到焊缝结构光图像中弧光、飞溅、烟尘等噪声滤除的目的。     

基于改进TLD算法的激光视觉传感型焊缝跟踪

为了解决基于线激光视觉传感的焊缝中心位置定位精度不高的问题, 采用了一种基于改进跟踪-学习-检测(TLD)算法的焊缝跟踪方法。由激光视觉传感器实时获取焊缝图像, 采用将跟踪器与检测器结合的TLD算法实时跟踪焊缝特征点, 同时通过在线学习机制更新分类器参量。在此基础上对激光条纹图像截取感兴趣区域, 大幅减少检测器的搜索区域; 根据激光条纹光强分布特性, 结合纠偏方向选取跟踪器有效特征点, 以此提高算法效率, 对不锈钢板V型焊缝和搭接焊缝进行跟踪试验。结果表明, 跟踪与检测可实现共同定位焊缝中心位置, 其融合的焊缝跟踪方法能够准确地提取焊缝特征点, 两种焊缝跟踪平均绝对误差分别为0.062mm和0.052mm。此方法为提高焊缝跟踪精度提供了依据。     

基于单目主被动视觉结合的焊接偏差检测方法

针对管道全位置机器人自动焊,提出了一种基于单目主被动视觉结合的熔化极气体保护焊(gasmetal arc welding,GMAW)焊接偏差测定方法。设计出一种调光玻璃,使采集到的同一帧焊接图像中包含了激光条纹和焊丝尖端等信息。首先,根据焊接图像噪声类型呈高斯分布这一特性,针对性的采用LoG算子分别对电弧区域和激光条纹区域图像进行滤波处理;然后,设计图像处理算法分别提取出焊丝和焊缝坡口中心位置坐标;最后,计算出两坐标点在Y轴方向的偏差值。试验证明,此方法能在填充焊焊接图像中实时测定出焊接偏差量,焊接误差可以控制在02mm以内,可为实现管道焊接机器人自动焊缝跟踪控制提供可靠依据。     

基于机器视觉的激光焊接焊缝智能检测研究

为了优化激光焊接质量,设计了基于机器视觉的激光焊接焊缝智能检测方法。首先利用机器视觉技术设计扫描成像单元,在获得基础的激光焊接焊缝图像后,对图像实施离焦误差校正处理。然后在补偿图像缺陷的基础上,对激光焊接焊缝图像作放大处理,设计扩束准直光路与动态聚焦光路识别焊缝特征信息,从而完成对焊缝的智能检测。实验结果表明：该方法可以能够获得更有效的焊缝信息,有利于提高激光焊接质量。     

激光视觉传感在焊接机器人焊缝识别中的应用

为实现复杂工况下焊接机器人精准识别焊缝目标，将激光视觉传感技术应用于机器人焊缝识别中。以激光视觉传感器作为核心硬件，构建焊接图像采集系统，运用PCI总线卡检测传感器及外部指示灯是否为连接状态，通过PXR800图像采集卡在规定时间内得到激光焊接图像，使用串口通信程序完成图像高效传输。分别采用双边滤波器与模糊算子实施图像去噪与增强处理，优化图像角点与激光条纹中心点，利用等式约束方程修正卡尔曼滤波后的图像坐标值，完成高精度焊缝识别任务。仿真结果证明，激光视觉传感能够帮助机器人提升焊缝识别精度、增强抗干扰能力，为焊接机器人的推广应用发挥积极作用。     

基于卡尔曼滤波器的焊缝识别算法

为了提高工业现场焊缝跟踪的准确性和抗干扰能力,提出了一种基于约束卡尔曼滤波器的焊缝识别算法。采用结构光测量系统获取焊缝连续图像,然后利用形态学处理定位焊缝图像角点,并通过高斯拟合法提取激光条纹中心点,将角点和中心点的位置和速度作为卡尔曼滤波器的状态变量,建立卡尔曼滤波器的状态方程和测量方程,再由角点和中心点的位置关系构建等式约束方程,通过约束方程对卡尔曼滤波后的结果进行修正。结果表明该算法能有效实现焊缝跟踪,提高了焊缝识别的精度和抗干扰能力。     

高斯混合分布激光中心线提取方法

针对激光辅助立体视觉测量中的非高斯非对称分布激光条的匹配中心线提取精度较低的问题,提出一种基于高斯混合模型的激光中心线提取方法。首先分析了激光散斑对图像的影响,选择均值滤波方法有效去除激光散斑噪声;然后利用最大类间方差(OTSU)阈值分割方法对光条位置进行粗定位;最后,利用本文提出的高斯混合模型提取激光条亚像素中心线,该模型可准确地描述激光条横截面光强分布特性,从而能够实现光条中心极值点的高精度提取。实验结果表明该方法能够高效稳定的提取激光条中心线。     

沥青路面结构光条质心定位算法

将基于结构光的激光三角法应用于沥青路面构造深度检测,并提出适合该场合的结构光条质心定位算法。根据激光束宽度较窄且光强较大的特点,对采集图像进行固定阈值和平均阈值相结合的滤波处理,同时根据粗糙沥青路面存在漫反射的特性,利用有效光斑窗口长度最大化的干扰消除方法去除孤点噪声,最后由亚像素级的重心法实现质心定位。实验数据表明,本文方法测量路面构造深度的精度可达到0.1mm。相比于目前主流的基于激光测距的路面构造深度检测,可实现由线到面的跨越。     

激光视觉焊缝跟踪实时图像处理研究

对激光视觉传感焊缝跟踪实时图像处理的方法进行了研究，就其中的关键技术-激光带中心的抽取和特征点的检测提出了切实可行的方法。该处理方法效果好，处理速度快，能够满足跟踪系统的实时性要求。     

基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量技术研究

非接触式三维视觉测量广泛应用在工业制造质量检测中。针对工业金属零部件检测的应用场景,提出了一种基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量方案。首先,通过基于线结构光投影的计算机视觉技术,设计了线结构光旋转扫描视觉子系统,并对工业相机、线结构光平面和旋转扫描中心轴进行标定;然后,针对采集到的光条纹图像存在低灰度区域缺失数据的问题,提出了基于缺失区域自适应灰度增强的光条纹中心线提取算法,有效修复了被测零部件的线结构光投影条纹;同时,利用文中提出的线结构光三维视觉测量方案,通过重建标准球棒的表面点云计算两球直径和球间距来评价测量系统的精度,测量系统精度优于0.06 mm;最后,进行金属轮毂外轮廓形貌测量,通过重复性实验计算轮毂外轮廓最大半径,验证重复性误差优于0.03%。实验结果表明:该方法可以无损伤、高效率、高精度地实现工业金属零部件三维测量,弥补了接触式三维测量方法的缺陷。     

储罐内角焊缝激光视觉定位方法研究

自主研发了一套用于储罐内角焊缝焊接的线结构光视觉引导系统。引入光平面建立了视觉传感器的三维数学模型,并通过定义双参考坐标系对光平面进行标定得到精确的像素坐标与世界坐标的三维转换矩阵。在图像处理上则采用两步定位的方法,第一步,使用基于相关性模板匹配法对焊缝进行匹配,匹配ROI仅为原图的10.66%,可以大幅减少系统处理时间,提高效率；第二步,通过改进的Canny算子自适应提取复杂环境中的焊缝特征边缘并拟合直线,得到精确的二维像素坐标,最后结合三维转换矩阵将其转化为三维世界坐标实现定位。通过焊接测试,该视觉引导系统的纠偏偏差小于0.12 mm,平均处理纠偏时间小于130 ms,具有较高的精度和实时性,可以满足实际的焊接要求。