机器视觉在焊接自动化系统中应用研究

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1、第一章绪论光直接照射到焊接熔池上，在熔池前沿获取数据。这样，因熔池前沿熔态金属量小，焊缝清晰可见，可以精确地确定焊缝位置，并且避免了在熔池前方提取数据所必须的跟踪延时技术，简化了跟踪装置，提高了跟踪能力，同时还可以经过对熔池状态的分析判断对焊接参数进行控制【6】。基于焊接过程的自身复杂性和焊接质量的要求，特别是在高精度厚板结构，如核能设备和航天技术中的自动焊接。焊缝自动跟踪方法有很多：一般有仿形靠模法、机械接触法、磁场控制法、光电法、热感法(包括等离子孤焊的小孔效应)、激光法、电弧自身调节法等。但这些方法在工厂中实际推广应用较少，尤其对

2、航天产品，国内的装置满足不了高精度的要求。经过深入地了解近年来的焊缝自动跟踪系统，发现视觉传感器及计算机图像处理技术的引入，赋予了焊接系统看的功能，促进了焊接系统的智能化Il71，而最关键的部分为数字图像处理技术的合理应用。数字图像处理技术已愈来愈成为航天、自动焊接等领域中必不可少的手段，特别是其高度的灵活性和强劲的功能，使计算机数字图像的摄取处理和控制系统具有广泛的优势。随着现代科技日新月异的发展，焊接技术的长足进步，另外机器人的发展以及图像采集的仪器和图像处理技术的不断改进，弧焊机器人应运而生【l引。弧焊机器人的出现是焊接自动化发展

3、进程中的一次飞跃，不但工作效率提高了，而且焊接质量也有很大提高。因此，本文将重点讨论在该系统中埋弧焊的现场实际应用。研究和发展自动化、智能化焊接过程控制系统是保证焊接质量、提高生产效率、改善劳动条件的重要手段，是未来焊接技术的发展的方向，世界上许多著名的焊接设备研究和制造机构都在努力开发这一领域。焊接过程控制系统首先要解决的问题是焊缝跟踪，经过几十年的研究和实践，焊缝跟踪技术己经取得了长足的进步，而新型跟踪传感器的不断出现正是这一进步的标志【拶J。1。1．2数字图像处理研究概况数字图像处理又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换为数字

4、信号并利用计算机对其进行处理的过程。数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时电子计算机已经发展到一定水平，人们已经开始利用计算机来处理图形和图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代的初期，早期的图像处理的目的是改善图像质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室(JPL)【20j，他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如几何

5、校正、灰度变换、去除噪音等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功的绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。随后对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图西安石油大学硕士学位论文像处理，以致获得了月球地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的宇航空间技术，如对火星、土星等星球的探测研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。数字图像处理取得的另一个巨大成就就是在医学上获得的成果，1972年英国EMI公司工程师Housfield发明了用于头

6、颅诊断的X射线计算机断层摄影装置，也就是通常所说的CT(ComputerTomograph)1211。CT的基本方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重建。1975年EMI公司又成功研制出全身用的CT装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像，1979年这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖。这项无损伤诊断技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等。随着图像处理技术的深入发展，从70年代中期开始，随着计算机技术

7、和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理向更高更深层次发展。人们已经开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。很多国家，特别是发达国家投入更多的人力物力到这项研究，取得了不少重要研究成果，其中代表性的成果是70年代末MIT的MARR提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想。图像理解虽然在理论方法研究上取得不小的进展，但它本身是一个比较难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索的新领域[2

8、2-24]。1．1．3数字图像处理技术研究内容数字图像处理技术的研究内容主要有以下几个方面125J：1．图像变换由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大，因此，往往采用各种图像变换的方法，将