一种基于激光视觉的焊缝实时检测技术研究

提出了一种基于激光视觉的焊缝实时检测技术,旨在提高焊缝检测的速度和精度。在实际的焊接过程中,由于大量噪声的干扰,焊接图像的采集一直是一个复杂的过程。 本文首先建立基于激光视觉的检测系统,以获得激光条纹的原始图像。在此基础上,将原始激光条纹图像灰度化,并提出一种改进的快速中值滤波算法,在去除图像中椒盐噪声的同时,缩短了程序运行时间。并通过Otsu阈值分割获得激光条纹的二值图像,提取感兴趣的激光条纹区域。接着结合方向模板法和脊线跟踪法提取激光条纹中心线,最后采用亚像素级角点法提取焊缝的特征点。 实验证明,本文提出的方法有效地克服了焊接环境的影响,不仅缩短了焊缝特征点检测的时间,而且具有较高的检测精度,符合实际焊接要求。     

基于灰度权重模型的激光条纹中心提取算法

为了在多噪声环境中精确提取激光条纹中心, 采用改进的灰度权重模型, 提取激光条纹的亚像素中心。通过均值阈值法以及改进的灰度权重模型对3维激光成像系统采集的图像进行了处理, 并与传统的算法进行对比。结果表明, 该算法能够较为完整地提取激光条纹区域, 并且其平均拟合相关系数为0.9809(最接近1), 平均列坐标最大差值为0.4518pixel(最接近0), 平均变异系数为0.0062(最接近0), 相对其它方法具有更优的结果, 能够抑制多噪声环境对于激光条纹提取的影响, 精确提取激光条纹的亚像素中心, 具有较好的鲁棒性。该算法为精确提取激光条纹的中心提供了参考。     

超短脉冲激光烧蚀冲量耦合测量方法

超短脉冲激光烧蚀靶材产生的冲量耦合效应在激光烧蚀微推力器、激光清除空间碎片等航天应用中有广泛的应用前景,而高精度的冲量测量方法是研究冲量耦合效应的必须手段。采用基于激光干涉法的扭摆系统测量激光烧蚀靶材产生的冲量,并构建测量系统。研究扭摆系统纵轴振动和初始误差角对冲量测量产生的影响,扭摆系统纵轴高频振动导致了激光干涉条纹间距出现不均匀现象;此外,扭摆初始误差角越大,明条纹出现时间将前移,条纹数目变大,导致测量系统精度不高。通过建立的附加高频振动和初始误差角的误差分析模型,提出了基于最小二乘法的实验数据分析方法,该方法能够有效滤除高频测量噪声,解决了冲量测量精度不高的问题,进一步完善了冲量测量方法。     

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。     

侧面抽运板条激光介质动态热畸变测量方法

研究了基于干涉测量激光介质热畸变的原理,利用CCD摄像机记录干涉条纹并通过计算机图像处理,来测量板条激光介质动态热畸变的方法。对采集得到的干涉条纹进行图像处理,提出了一种简单快速提取条纹中心的算法。通过分析、计算干涉条纹的移动,得到抽运过程中板条激光介质的动态热畸变情况,为动态补偿激光介质热效应提供了可能。实验采用了N31磷酸盐激光玻璃作样品,得到了加热过程中激光玻璃内部的温度分布,误差约为3%,验证了该测量方法的可行性。     

焊接机器人实时引导中光条快速提取算法研究

在结构光视觉测量系统中,激光条纹的提取精度和速率直接影响到最终测量结果的精确度。为了解决现有激光条纹提取方法难以同时达到抗干扰能力强、稳定性好和运算量小等问题,采用了一种优化Steger快速提取激光条纹中心的方法,利用梯度阈值分割出有效条纹区域,采用优化的扫描方式,用灰度重心法对条纹中心进行粗提取,然后用Hessian矩阵法对条纹中心进行精提取。对激光条纹提取原理进行了理论分析,并对软硬件设计进行了实验验证,取得了较好的实验数据。结果表明,该方法与传统方法相比,具有提取精度高、提取速率快的优点,这一结果对柔性传感器的高精度和实时性是有帮助的。     

插值求导法提取全息检测复合材料缺陷特征

提出了一种激光全息检测复合材料粘接缺陷特征的提取方法,该方法基于对全息检测条纹实行插值求导,提取表征缺陷大小特征的条纹畸变点的始、末位置信息。主要工作包括：对采集、骨化后的全息检测图像进行条纹跟踪,获得条纹坐标参数;运用插值导数方法,提取缺陷条纹畸变点的始、末位置信息,该位置信息具有表征缺陷大小的特征。运用该特征提取方法,对参数已知的模型条纹和复合材料试样粘接缺陷激光全息检测条纹的特征进行提取,利用所提取的特征评估缺陷大小,所得结果与设计已知值比较,其相对误差在±5%范围内,从而验证该方法的有效性。     

复杂反射率物体三维测量方法研究

针对复杂反射率物体在三维测量中,激光条纹图像曝光程度差异问题,提出一种自适应多曝光获取三维点云的方法。该方法根据所研制采集系统的成像原理,拟合出视觉传感器成像函数。将初始条纹几何中心反射率突变点设为基准点,并对复杂反射率物体上的条纹信息按基准点进行分段采集;根据各分段区域反射率均值计算相应自适应曝光参数;按基准点融合所采集的激光条纹信息。测量平台采用步进运动,实现物体整体扫描。应用二次拟合重心法提取条纹中心坐标,生成三维点云信息。经实验验证,自适应曝光准确率高于90%,条纹能量集中度大于5,三维点云均方根误差低于0.3 mm,该测量方法有效解决了条纹图像过曝光或欠曝光问题,可在动态下实现复杂反射率物体三维测量。     

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。     

基于激光图像的轮对踏面磨耗动态测量

为了实现铁路货车轮对踏面磨耗动态测量,建立了基于激光图像的踏面磨耗检测系统。对该系统中踏面磨耗动态测量方法进行了研究。首先,采用基于量子粒子群优化算法的二维最大相关准则法进行图像分割。然后,采用基于形态学的细化算法和爬虫跟踪法组合的方法提取中心线。接着,采用基于多项式的空间坐标变换算法和双线性插值算法组合的方法对畸变的曲线进行校正。最后,采用曲线匹配技术匹配标准曲线和磨耗曲线。实验结果表明:系统对踏面磨耗的测量误差小于0.2 mm,检测时间2.1 s,满足车辆段修现场使用要求。     

改进纹理模糊筛选下煤矸石X射线图像处理

煤矿与矸石的自动分选是一种非接触、实时式的筛选过程,是煤矿生产的重要步骤,可以有效提高能源利用率并减少环境污染。但现有的煤块与煤矸石图像识别与分选技术大多采用Laplacian算子法,导致提取的图像纹理差异较小,识别效果不佳。本文以X射线图像技术为核心进行图像采集,对采集到的煤矿与矸石的图像进行滤波、二值化处理,降低图像噪点。在预处理后的图像中进行纹理提取,获取煤矿与矸石的纹理特征。利用Prewitt算子法计算目标图像的纹理度和灰度峰值,据此提出煤与矸石的识别值,确定煤石分离的灰度阈值,依据灰度阈值实现煤与矸石的分选。实验结果证明,本文所使用的Prewitt算子法提取出的煤与矸石的灰度差异更大,提高了实现煤与矸石的识别效果。     

原煤识别模式在煤炭产量计量系统中的应用

为了准确计算煤矿的产量,需要把煤矸石的量减掉,针对这个问题,研究了基于图像识别的煤矸石识别技术,从煤矸石与煤炭的样本数据中分离数据,最终完成煤矸石的识别系统。采用自适应增强算法（ AdaBoost 算法）对实现目标的检测达到了很好的效果,虽然原煤图像存在着多样性,受到遮挡、光照、视角等的影响,通过Ada-Boost算法对原煤数据库和非原煤数据库训练逐步提升原煤分类器性能,能成功实现原煤识别检测。论文中识别系统充分利用图像识别技术和人工智能思想,将机器学习引入煤矸石模型的建模环节,成功实现煤炭和煤矸石的区分。     

基于轨迹图像的雾滴颗粒运动速度光电测量方法

为了对双介质喷嘴雾滴颗粒的运动速度分布进行测量,建立了基于波长为532nm连续激光器和工业相机组成的在线测量系统,并获得了雾滴的轨迹图像。采用Steger方法对获得的粒子轨迹图像进行了图像处理,取得了雾滴颗粒的速度分布的数据。结果表明,所开发的基于粒子轨迹图像雾滴速度分布光电测试方法可以满足在线测量的要求。     

双纵模He-Ne激光器的多普勒测速系统

为了进行高速及超高速测量,提出了一种基于双纵模He-Ne激光器的多普勒测速结构。阐述了双纵模激光多普勒测速的基本原理,设计了系统的光路结构,并运用数字滤波、数字自相关技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验结果表明:双纵模激光多普勒测速系统利用相邻两个纵模的拍频作为基频大大减小了比例因子,解决了系统进行高速及超高速测量的难题;数字滤波去除直流基底和部分噪声;自相关技术进一步抑制噪声,提高了信噪比,便于精确提取多普勒频率。测量了高速转盘上待测点切向运动的速度,测量结果的重复性精度优于0.8%。     

土壤压实度的激光图像无损检测方法

为了实现土壤压实度检测,建立了土壤压实度的激光图像测量系统。首先采集土壤激光图像,并采用4邻域平均法对其平滑去噪;其次,采用Canny算法提取出激光图像中的激光光斑;然后选择含水量、激光光斑半径、吸收系数和散射系数作为分类器的输入特征参数;最后,利用反向传播(BP)神经网络预测压实度。实验结果表明,BP神经网络经过11次学习后,达到测量精确度的要求;与环刀法实际测量值相比较,平均绝对和相对误差在2%左右。因此,本文测量系统的检测精确度满足土壤压实度的检测要求。     

基于光纤激光的高精度三维视觉测量技术

随着现代数字制造技术的快速发展,在工业产品测量领域,对微型物体几何尺寸的测量需要满足非接触、高精度、多尺寸等需求,而现有测量技术还不能达到这些要求。为了实现多尺寸、高效、快速、非接触式的精确测量,文中利用光纤耦合激光器光束质量好、线宽超细、精度高、单色性好、体积小以及免调节等优势,研制了基于光纤激光的精密非接触测量系统,提出了一种基于光纤耦合激光的超精密视觉测量方法,主要包含基于光纤线激光的目标成像、激光线滤波与提取、测量模型建立及几何参数标定、数据转换和三维重建测量等关键技术。利用光纤激光器向测量物体表面连续发射激光线,采用高分辨率相机,通过照明/不照明两次成像技术获取物体的平面尺寸和高度信息。对激光线图像进行滤波校正,快速提取激光线,对几何参数进行标定和坐标转换,然后进行处理数据,获取物体测量部位的三维测量值。实物测量和对比实验验证了文中测量方法的准确性、快速性和有效性,测量精度可达微米级。为微型物体几何尺寸的三维非接触、高精度、多尺寸测量提供了有效方法和测量仪器。     

基于LabView的激光束发散角测量系统

为了满足激光器生产过程中快速检测激光发散角的需求,研制了一套激光发散角快速测量系统。测量系统采用焦点法测量激光发散角,利用可变光阑法确定透镜焦点处激光束的直径。为了提高测量系统的自动化程度,基于LabView软件开发平台开发了测控软件。可实现对不同孔径小孔光阑的自动更换测量,记录相应的透过能量值,计算激光束发散角,并进行保存和打印。实验结果表明,测量系统测量结果准确,测量误差小于0.05 mrad,自动化程度高、操作简便,能够满足激光发散角快速测试的要求。     

基于锁相放大器和LabVIEW的激光功率测量系统

为了降低激光噪声对光学实验的影响,采用了锁相放大器配合光学斩波器进行降噪。斩波器将激光调制成某一特定的频率,并把该频率传送至锁相放大器作为参考信号,锁相放大器再利用相干检测的方式提取出有用信号。为了减轻实验过程中操作员的劳动,使用LabVIEW平台开发了一套自动化软件系统,实现了实验操作和数据记录的自动化,极大地简化了操作流程。结果表明,与直接使用功率计测量激光强度的方法相比,该方法测量噪声从9.1%降低到4.7%;与人工记录数据相比,使用自动化软件系统节约了一半以上的实验时间。     

基于激光诱导击穿光谱的燃煤热值定量分析

煤的热值是影响燃煤锅炉运行最重要的煤质特性之一。燃煤热值在线分析能够为实时优化调整锅炉运行提供重要依据。采用激光诱导击穿光谱技术对烟煤样品热值进行了定量分析。实验用Nd:YAG固体激光器1 064 nm激光脉冲在空气环境下烧蚀烟煤样品表面而形成等离子体。采用偏最小二乘法和基于主导因素的偏最小二乘法提高煤热值定量分析的准确性。对于基于主导因素的偏最小二乘法,利用碳双原子分子（C2）和碳氮双原子分子（CN）的谱线强度建立主导因素模型。采用偏最小二乘法建立的定标曲线拟合优度和预测均方根误差分别为0.94和1.46 MJ/kg;采用基于主导因素的偏最小二乘法建立的定标曲线拟合优度和预测均方根误差分别为0.99和1.18 MJ/kg。结果表明:激光诱导击穿光谱技术对燃煤热值在线分析具有很大的应用潜力。     

基于空间矢量约束的煤矿掘进机组合测量方法

为了解决煤矿掘进机位姿测量的问题, 将一组反向同轴安装的工业相机和捷联惯性导航系统组装成测偏单元, 并结合视觉测量和惯性导航技术提出了一种基于空间矢量约束的实时位姿组合测量方法。该方法通过测偏单元测得激光指向仪光源光斑的空间矢量、掌子面光斑的空间矢量和掘进机的姿态信息, 建立空间矢量约束方程以及坐标系转换得到掘进机位置信息, 并进行了理论分析和实验验证。结果表明, 通过该方法能得到掘进机实时位姿的六自由度信息。该方法可用于煤矿掘进机的位姿测量, 具有广阔的应用和发展前景。