基于弧焊机器人接缝视觉信息检测与识别研究
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摘要
本文采用了980nm近红外激光器、近红外摄像头CCD、图像采集卡等设计与构建了主动式接缝视觉检测实验系统，进行了各种接缝信息视觉图像的采集实验研究。采用计算机图像处理的各类算法以及设计研究的接缝识别算法，完成了主动式的接缝视觉检测与识别的软件系统。本系统能够进行接缝类型的识别判断，获得接缝坡口间隙、角度和焊枪的偏差量，能够符合焊缝跟踪的精度和实时控制要求，系统的精度是0.2mm，软件处理图像的速度4帧／s。设计了模糊控制器来实现接缝的自动跟踪。
The paper develops the system of the seam check-up that is made up of the 980nm-laser, the near-infrared CCD (charge-coupled device) and the video circuit (VIDEO-PCI-XR) etc. The soft system of the seam check-up is designed by image process and seam identifying arithmetic. Characters of seam and position warp of welding torch can be recognized through the system. The precision of the check-up system is 0.2mm and the velocity of image process is 4 frame /s, which can accord with the need of seam tracking. The fuzzy controller also is planned to realize the welding tracking.
The paper develops the system of the seam check-up that is made up of the 980nm-laser, the near-infrared CCD (charge-coupled device) and the video circuit (VIDEO-PCI-XR) etc. The soft system of the seam check-up is designed by image process and seam identifying arithmetic. Characters of seam and position warp of welding torch can be recognized through the system. The precision of the check-up system is 0.2mm and the velocity of image process is 4 frame /s, which can accord with the need of seam tracking. The fuzzy controller also is planned to realize the welding tracking.
引文
1 吴林，陈善本．智能化焊接技术．第一版．北京：国防工业出版社，2000
2 许志军，张明浩，钟家桢．弧焊机器人焊缝位置的电流检测法．北京科技大学学报．1994(2)：16
3 经士农．焊接过程自动跟踪控制装置．电焊机．1982(6)：5～10
4 王克鸿，刘永等．AWOPS系统几何造型及仿真通讯的研究．机械设计与制造工程．2001
5 王克鸿，刘永等．弧焊机器人典型工件几何建模研究．机械制造与自动化．2002
6 王克鸿，周毅仁等．基于知识的弧焊机器人焊接参数二次优化．焊接学报．2001
7 张绍彬，赵家瑞．用于弧焊焊缝跟踪的空气超声传感器系统．电焊机．1994(5)：10-12
8 赵家瑞，张绍彬，侯文考．用空气超声传感实现弧焊焊缝跟踪．石油工程建设．1994(6)
9 肖强．焊接机器人视觉系统．焊接．1992(4)：7-10
10 贾昌申，梁晋，贾涛．图象法焊接缝隙检测的研究．西安交通大学学报．1994(4)：28
11 何景山，杨春利，林三宝，王其隆．无辅助光源图像法TIG焊焊缝跟踪传感系统．焊接学报．2000(1)：21
12 王军波，陈强，纪萌，孙振国．基于CCD传感器的球罐焊接机器人焊缝跟踪．焊接学报．2001(2)：22
13 张新宝，谢铁邦，李柱．设定轨迹焊缝的高精度CCD跟踪系统．仪器与仪表．2000(6)
14 孔宇，戴明，吴林．机器人结构光视觉三点焊缝定位技术．焊接学报．1997(3)
15 王晓东，刘洪乾，吴威．用于焊缝跟踪的激光扫描测距传感器的设计．焊接学报．1996(3)：17
16 R.Niepold and F.Brummer.Pass-A Visual Sensor for Seam Tracking and On-Line Process Parameter Control in Arc Welding Applications.Robotic Welding.IFS Ltd.,UK, 1987:129-140
17 Kenji Ohshihiha, Masaki Morita.Sensing and Digital Control of Weld Pool in Pulsed MIG Welding.Transactions of the Japan Welding Society. 1992,23(Ⅰ):36-42
18 EG.Davey, J.W.Barratt,A.R.Vidler.Laser Sensors for Arc Welding Robots Robotic Welding.IFS Ltd,UK,1987:105-115
19 C.G.Morgan,J.S.E Bromley, P.G.Davey, A.R.Vidler.Visual Guidance Techniques for Robot Arc Welding .Robot Sensors,Vol, 1 -Vision.IFS(Publications)Ltd.,UK, 1986:255-266
20 R.Niepold,EBrummer.Pass-A Visual Sensor for Seam Tracking and On-Line Process Parameter Control in Arc Welding Applications.Robotic Welding.IFS Ltd.,UK, 1987:129-140
21 Takao Bamba. An Arc-Welding Robot with a Compact Visual Sensor.Sensors and Control Systems in Arc Welding.Chapman & Hall,London, 1994:118-126
22 G.L.Oomen,W.J.EA.Verbeek. A Real-Time Optical Profile Sensor for Robot Arc Welding.Robotic Welding.IFS Ltd,UK, 1987:117-128
23 乌日图．Fuzzy控制在焊缝自动跟踪过程中的应用．内蒙古工业大学学报．1996(4)：15-26
24 王秀嫒，黄石生．基于图象分割的图象处理法在焊缝识别中的应用．电焊机．2000(10)：32-34
25 王倩，阮海波．快速模糊边缘检测算法．中国图象图形学报．2001(1)：6
26 王学军，陈贺新．基于边缘提取的分形图象编码方法．长春邮电大学，吉林工业大学．中国图象图形学报．2000(8)：5
27 吕植勇．基于轮廓法线上亮度的极小、极大值边缘检测．武汉交通科技大学．中国图象图形学报．2001(5)：5
28 谈正．盈亏修正法图象边缘检测．中国图象图形学报．2000(6)：5
29 陆宗骐，梁诚．用Sobel算子细化边缘．中国图象图形学报．2000(6)：5
30 卢道华．用高速旋转电弧信号进行焊缝的模糊跟踪．机电工程．1998(1)
31 张忠典，董春林，张炯．一种新的弧焊机器人电弧传感焊缝跟踪算法．焊接．1997(12)
32 张绍彬，赵家瑞，侯文考．一种新型的弧焊焊缝跟踪超声传感系统．焊接技术．1995(4)
33 席文明，郑梅，颜景平．视觉引导下的机器人跟踪复杂焊缝的研究．东南大学学．2000(2)：30
34 刘伟．一种焊缝跟踪装置．焊接技术．1999(4)：43
35 黄石生，王秀媛．埋弧焊焊接跟踪控制系统及发展状况．焊接．2000(1)
36 董德祥，亢稚禄．接触式光电传感焊缝跟踪技术的研究．焊接技术．1999(1)
37 张甲英，俞建荣．记忆式焊缝跟踪系统．焊接学报．1997(1)：18
38 高向东，黄石生，余英林．计算机视觉在焊缝跟踪控制中的应用．控制理论与应．2001(1)：18
39 张裕明，吴林．焊缝光纹中轴特征点提取的极大斜率差原理．哈尔滨工业大学学报．1990(5)
40 高向东，黄石生．基于视觉传感的焊缝跟踪控制系统．焊接技术．2000(1)：29
41 王朋，张富巨，罗传红．窄间隙焊自动跟踪系统中小坡口面角坡口棱边的图像检测．焊接技术．2001(1)：30
42 陈强，Jens Doerk．弧焊机器人焊缝的实时图象处理．清华大学学报．1996(4)：99-104
42 高向东，黄石生．基于Windows环境下的焊缝跟踪智能控制系统．电焊机．1999(9)：10-12
44 王国栋，国澄明，乌日图，吴仁育．机器人焊接视觉跟踪．天津大学学报．1995(1)：28
45 乌日图．机器入CO2焊接视觉跟踪实时控制研究内蒙古工业大学学报．1996(3)
46 刘蒿，高波．焊缝自动跟踪系统的发展综述．黑龙江自动化技术与应用．1995(4)：14
47 胡绳荪，张绍彬，侯文考．焊缝跟踪中的非接触式超声波传感器的研究．传感器技术．1998(2)
48 贾剑平，张华，潘际銮．用于弧焊机器人焊缝纠偏的高速旋转扫描电弧传感器．南昌航空工业学院学报．1999(2)：13
49 李顺华，胡绳荪．超声波传感器在焊缝跟踪的应用．焊接技术．2000(5)：33-34
50 林青松，韩红彪．AT89C2051单片机在焊缝自动跟踪系统中的应用．机械产品与科技．1999(2)
51 张华，陈强，金建敏．基于焊缝CCD图象模式特征的焊缝轨迹识别．机械工程学报．1996(6)：32
52 杜现，赵锡芳．新型激光传感器在弧焊机器人上的应用．机械与电子．2000(3)：10-12
53 陈念，孙振国，陈强．基于视觉图像传感的精密脉冲TIG焊焊缝跟踪．焊接学报．1999(5)：20
54 冯星奎，肖兴明．方向加权中值滤波算法．中国图象图形学报．2000(7)：5
55 张斌，朱正中．一种基于边缘轮廓信息的多源遥感图象子象素匹配定位方法．中国图象图形学报．2000(10)：5
56 于继龙，张铁强．实时计算CCD成象图形面积的研究．光学仪器．1996(6)：18
57 岳宏，孙立新，蔡鹤皋．基于结构光的机器人焊接实时图像处理方法的研究．河北工业大学学报 1999(4)：28
58 余锋，雄震宇，张华．弧焊机器人旋转电弧传感实时焊缝纠偏系统的开发．南昌航空工业学院学报．2000(4)：14
59 贾剑平，张华．高速旋转扫描电弧传感器在弧焊机器人焊缝纠偏系统中的应用．焊接．2000(4)：21-22
60 B.Zorc,L.Kosec.A New Approach to Improving the Properties of Brazed Joints. Welding Journal.2000(1):24-31
61 C.L.Tsai,M.L.Liaw ,J.I.Teng.Effect of Residual Stresses on Design Assessment of Partial Penetration Laser Welds in a Pressure Valve Component.Welding Journal. 1998(10) :403-410
62 R.J.BELANGER,B.M.PATCHETT.The Influence of Working Fluid Physical Properties on Weld Qualification for In-Service Pipelines.Welding Journal.2000(8):209-214
63 C.C.Doumanidis.Thermal Modeling and Adaptive Control of Scan Welding.Welding Journal. 1998(11):465-476
64 C.Limmaneevichitr.S.Kou.Experiments to Simulate Effect of Marangoni Convection on Weld Pool Shape.Welding Journal.2000(8):231-237
65 B Taljat,T Zacharia, X-L.Wang.Numerical Analysis of Residual Stress Distribution in Tubes With Spiral Weld Cladding.Welding Journal. 1998(8):328-335
66 Ohshima, Mituyoshi.Digital control of torch position and weld pool in MIG welding using image processing device.IEEE Transactions on Industry Applications. 1992(4):607-612
67 Nagarajan,S.Banerjee,P.Chin.Thermal imaging for weld quality control in arc welding processes.American Society of Mechanical Engineers.Heat Transfer Division 1990(146):171-178
68 Konovalov.Film-videorecording and image processing systems under investigation of the structural elements' welding.Proceedings of SPIE- The International Society for Optical Engineering. 1999(20):328-334
69 Kovacevic,R Zhang Y M.Real-time image processing for monitoring of free weld pool surface. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 1994(4):431-436
70 Okamoto,Hiroyuki,Yonezawa.Position inspection system for welded nuts by image
processing.Journal of the Japan Society of Precision Engineering. 1992(10):28
71 Zhang Yu M,Beardsley, Heather E.Real-time image processing for 3D measurement of weld pool surface.American Society of Mechanical Engineers. 1994(11):255-262
72 Koyama, Takaichi,Masahiro.Development of real time welding control system by using image processing.Yosetsu Gakkai Ronbunshu/Quarterly Journal of the Japan Welding Society.1989(3):79-83
73 Liu Z,Wang Q ,Zheng B.Process control based on double-side image sensing of the keyhole in VPPA welding.Journal of Materials Processing Technology.2001 (3): 115
74 Okui, Nobuyuki.Active control of welding parameters in deviating weld groove- automatic control system for 3-electrode one-side submerged arc welding with flux copper backing.Yosetsu Gakkai Ronbunshu/Quarterly Journal of the Japan Welding Society.2000(2):288-294
2 许志军，张明浩，钟家桢．弧焊机器人焊缝位置的电流检测法．北京科技大学学报．1994(2)：16
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6 王克鸿，周毅仁等．基于知识的弧焊机器人焊接参数二次优化．焊接学报．2001
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11 何景山，杨春利，林三宝，王其隆．无辅助光源图像法TIG焊焊缝跟踪传感系统．焊接学报．2000(1)：21
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24 王秀嫒，黄石生．基于图象分割的图象处理法在焊缝识别中的应用．电焊机．2000(10)：32-34
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27 吕植勇．基于轮廓法线上亮度的极小、极大值边缘检测．武汉交通科技大学．中国图象图形学报．2001(5)：5
28 谈正．盈亏修正法图象边缘检测．中国图象图形学报．2000(6)：5
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44 王国栋，国澄明，乌日图，吴仁育．机器人焊接视觉跟踪．天津大学学报．1995(1)：28
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46 刘蒿，高波．焊缝自动跟踪系统的发展综述．黑龙江自动化技术与应用．1995(4)：14
47 胡绳荪，张绍彬，侯文考．焊缝跟踪中的非接触式超声波传感器的研究．传感器技术．1998(2)
48 贾剑平，张华，潘际銮．用于弧焊机器人焊缝纠偏的高速旋转扫描电弧传感器．南昌航空工业学院学报．1999(2)：13
49 李顺华，胡绳荪．超声波传感器在焊缝跟踪的应用．焊接技术．2000(5)：33-34
50 林青松，韩红彪．AT89C2051单片机在焊缝自动跟踪系统中的应用．机械产品与科技．1999(2)
51 张华，陈强，金建敏．基于焊缝CCD图象模式特征的焊缝轨迹识别．机械工程学报．1996(6)：32
52 杜现，赵锡芳．新型激光传感器在弧焊机器人上的应用．机械与电子．2000(3)：10-12
53 陈念，孙振国，陈强．基于视觉图像传感的精密脉冲TIG焊焊缝跟踪．焊接学报．1999(5)：20
54 冯星奎，肖兴明．方向加权中值滤波算法．中国图象图形学报．2000(7)：5
55 张斌，朱正中．一种基于边缘轮廓信息的多源遥感图象子象素匹配定位方法．中国图象图形学报．2000(10)：5
56 于继龙，张铁强．实时计算CCD成象图形面积的研究．光学仪器．1996(6)：18
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58 余锋，雄震宇，张华．弧焊机器人旋转电弧传感实时焊缝纠偏系统的开发．南昌航空工业学院学报．2000(4)：14
59 贾剑平，张华．高速旋转扫描电弧传感器在弧焊机器人焊缝纠偏系统中的应用．焊接．2000(4)：21-22
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63 C.C.Doumanidis.Thermal Modeling and Adaptive Control of Scan Welding.Welding Journal. 1998(11):465-476
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65 B Taljat,T Zacharia, X-L.Wang.Numerical Analysis of Residual Stress Distribution in Tubes With Spiral Weld Cladding.Welding Journal. 1998(8):328-335
66 Ohshima, Mituyoshi.Digital control of torch position and weld pool in MIG welding using image processing device.IEEE Transactions on Industry Applications. 1992(4):607-612
67 Nagarajan,S.Banerjee,P.Chin.Thermal imaging for weld quality control in arc welding processes.American Society of Mechanical Engineers.Heat Transfer Division 1990(146):171-178
68 Konovalov.Film-videorecording and image processing systems under investigation of the structural elements' welding.Proceedings of SPIE- The International Society for Optical Engineering. 1999(20):328-334
69 Kovacevic,R Zhang Y M.Real-time image processing for monitoring of free weld pool surface. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 1994(4):431-436
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processing.Journal of the Japan Society of Precision Engineering. 1992(10):28
71 Zhang Yu M,Beardsley, Heather E.Real-time image processing for 3D measurement of weld pool surface.American Society of Mechanical Engineers. 1994(11):255-262
72 Koyama, Takaichi,Masahiro.Development of real time welding control system by using image processing.Yosetsu Gakkai Ronbunshu/Quarterly Journal of the Japan Welding Society.1989(3):79-83
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74 Okui, Nobuyuki.Active control of welding parameters in deviating weld groove- automatic control system for 3-electrode one-side submerged arc welding with flux copper backing.Yosetsu Gakkai Ronbunshu/Quarterly Journal of the Japan Welding Society.2000(2):288-294
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