基于OpenCV的挖掘机器人摄像机参数标定

为了建立挖掘机器人视觉系统摄像机测量模型,提高视觉测量精度,分析了挖掘机器人摄像机视觉系统内、外参数成像模型及摄像机非线性畸变参数,确定了适合挖掘机器人视觉系统的标定参数。通过采集自制的棋盘标定模板不同方向的七幅图像,基于OpenCV技术实现了对模板角点的提取。通过七幅图像进行标定实验,实验结果获得了摄像机模型的线性内部参数矩阵,标定出了摄像机非线性模型的径向畸变系数,摄像机外部旋转矩阵及平移向量,并给出了标定参数误差。研究结论表明采用角点提取方法,标定误差可达亚像素级,能够满足挖掘机器人视觉系统的标定及视觉测量精度要求。     

采用SVR-雅可比估计器的焊接机器人视觉导引

为实现基于视觉的6-DOF机器人智能焊接过程的自动导引,提出了一种无标定视觉伺服控制模型.该模型采用多个支持向量回归(SVR)机进行图像雅可比矩阵估计,建立了图像特征和机器人关节角的非线性映射关系,能够在无标定条件下进行焊接机器人视觉导引的伺服控制.文中给出了采用高斯核函数的图像雅可比矩阵估算表达式,并在计算机控制下对SVR-雅可比估计器进行自动训练后,分别对EIH“手眼”和ETH“眼看手”两种摄像机配置方式的焊接机器人进行视觉定位导引试验.试验结果表明,采用SVR-雅可比估计器的焊接机器人视觉导引能够较准确地定位在期望目标,与传统的Broyden-估计器相比有更好的动态响应质量.     

铜包铝线材TIG焊熔池宽度的最佳检测与控制

文章针对铜包铝线材TIG焊焊接速度快、所采用的铜板很薄、熔池宽度很小的特点,设计了一种采用视觉传感器在近弧区对熔池进行取像的熔池宽度实时检测与控制系统.采用CCD视觉传感器在焊接方向钨极的后方采集焊接熔池图像;利用视频处理电路对视频信号进行处理,获得熔池边缘信息;依此信息采用改进的模糊控制器对弧焊电源的电流进行快速控制,从而实现对熔池宽度的控制;实验结果表明,该系统的熔宽偏差、检测误差能够很好地满足生产要求.     

激光视觉机器人焊接中摄像机和手眼的同时标定

摄像机和机器人手眼标定是视觉机器人应用中的重要问题.文中针对激光视觉机器人焊接的具体应用系统,提出了一种同时标定摄像机和机器人手眼的方法.该方法依据机器人手眼矩阵和机器人手爪对基坐标系位姿矩阵之间的特定关系,进行一次标定实验而同时求解出摄像机参数和机器人手眼关系矩阵.此方法简单、实用、快捷,避免了传统方法复杂的实验和解答过程.计算结果表明,标定精度能满足机器人焊缝跟踪的应用要求.     

PAW视觉传感焊缝跟踪检测系统的设计与实现

采用低成本电荷耦合器件制作了焊接过程视觉传感器,实现了一种等离子弧焊焊缝实时跟踪系统,从PAW熔池后方拍摄获取图像,识别出了熔池图像最亮点,以它作为熔池中心得到了焊缝偏差的实时检测曲线,采取双缓冲图像采集和多线程程序设计方法,设计了相应的实时控制软件,其检测周期可达43ms,较好地满足了焊缝跟踪的实时性要求.通过分折,找出了系统的瓶颈,并指出该系统实现更高性能的途径在于采用高速摄像头和高速采集卡.     

不同标定窗口条件下的连续焊接熔池振荡频率检测与分析

提出了一种利用激光视觉原理测量熔池振荡频率的方法.采用高速摄像机采集反映熔池表面振荡变化的图像,并设计图像处理方法以实现振荡频率的提取.为了研究标定窗口大小对熔池振荡频率的影响,提取了不同像素值下的熔池振荡频率,并分析了其对熔池表面振荡及内部金属流动的影响.结果表明:激光视觉测量方法能够精确检测熔池表面各个方向金属的振荡、流动情况;选取部分窗口标定,将会造成熔池振荡信息丢失而无法得到准确的熔池各个方向金属的振荡频率,因此,需将整个激光条纹所在图像区域全部标定.     

飞机导管机器人焊接手眼关系标定

摘要： 针对目前国内航空飞机导管焊接主要采用手工钨极氩弧焊的现状,提出了导管数字化焊接思路,对该系统中涉及的机器人手眼关系标定进行了研究.通过在META焊缝跟踪传感器安装距离处建立摄像机坐标系,利用一台三坐标仪完成了机器人的手眼关系标定.结果表明：此标定方法精度为±0.4 mm,满足飞机导管数字化焊接的要求.     

双旁路耦合电弧GMAW熔池图像边缘提取算法

为了研究在双旁路耦合电弧气体保护电弧焊(DB-GMAW)方法下的铝合金焊接过程,通过被动视觉检测系统对焊接过程中的熔池图像进行了采集.介绍了该焊接方法的原理和系统组成,对所得焊接熔池图像进行了Roberts、Sobel、Prewitt、LOG、Canny、ZeroCross 6种微分算子的边缘提取和结果对比.结果表明:由于旁路电弧的分流作用使得通过母材的电流大幅减小,显著降低了熔池区电弧的亮度,从而降低了熔池图像采集和处理的难度;比较6种微分算子对熔池图像边缘提取的结果,Canny算子可以得到连续性、完整性和准确性均符合控制要求的熔池边缘结果,为实现该种焊接方法的过程控制奠定了基础.     

基于图像的3D场景重建

给出了用DSP实现基于图像的3D场景重建的方法和步骤.3D场景重建主要由摄像机标定、图像采集和基于图像的重建3个部分组成.在摄像机标定中,使用摄像机作为测量装置来确定它的内部和外部参数,比对摄像机直接进行测量更为方便;利用摄像机、SEED-VPM642实时图像处理应用平台和PC机构成的系统进行图像采集,DSP芯片与PC机的图像传输采用PCI通信实现;采用体素着色(Voxel Coloring)方法实现3D场景重建,使现实物体在计算机虚拟世界中得以重现.     

弧焊机器人激光焊缝跟踪系统的应用研究

焊缝自动跟踪是实现焊接自动化的关键,在传统弧焊机器人系统的基础上设计了一种基于激光传感器的焊缝跟踪子系统,构建了激光传感器的数学模型及机器人手眼标定方法,并针对搭接焊缝的图像特点,提取出焊缝特征点位置坐标.同时设计开发了焊缝跟踪控制算法和机器人焊缝跟踪程序,最后通过对储气罐环形搭接焊缝进行焊接实验,结果证明了该焊缝跟踪系统的有效性和可靠性.     

MIG焊接熔池的图像处理和数字控制系统

在 ＭＩＧ焊条件下，存在多种外界干扰。为了保证焊接质量，对焊接熔池的形 状进行控制是非常重要的。使用先进的ＣＣＤ摄像机，通过周期性地减小焊接电流，排 除弧光干扰，可摄取清晰的熔池图像。通过微型计算机进行图像处理，计算并给出所需 的焊接电流，实时地控制焊道的宽度，从而控制焊接熔深。本系统具有良好的控制特性 和很高的控制精度，可用于实现 ＭＩＧ焊的实时控制。     

焊接机器人中智能视觉的研究

自同步的激光扫描机被集成在一个小型的装置中,将其安装在关节式机器人的手腕上。为了改善光三角测量特性,用最新的固体激光器和CCD传感器技术组合成这种新式的摄象机结构。在焊接过程中,摄象机能对焊接工件进行三维测量,且使机器人弧焊过程最优化,在大电流弧焊期间也能以高精度实时进行焊缝和焊接几何形状的分析。它提供了关于弧前方的焊缝几何形状(例如:焊缝跟踪)和焊区后方(例如:完成的焊缝检查)的信息。提供了闭环自适应焊接的两个信息。视觉系统能被用来产生三维物体数据,这些数据同计算机图象系统连在一起,能够组成实时系统乃至专家系统。     

铝合金交流钨极氩弧焊熔池图像传感方法

为了采用图像处理与模式识别的方法对铝合金的焊接质量进行知识控制，必须获取铝合金焊接熔池的汪晰图像，然后提取焊接熔池的信息，在对铝合金焊接光变分析的基础上，以焊接电弧光中的连续光谱作为光源，采用宽带滤波方法设计的全新的光学图像传感器，利用普通工业CCD摄像机获得了画面清晰，质量稳定的铝合金焊接熔池区域图像，针对所获得的铝合金焊接熔池图像中干扰分配的不均衡性，采用新型分区滤波图像预处理算法，得到了铝合金焊接熔池的理想特征参数，该算法具有抗干扰强，速度快的特点，对提高铝合金的焊接质量具有重要意义。     

无熔深堆焊铜熔池图像视觉检测方法研究

在分析了视觉法检测熔池的取像机理和钨极氩弧焊（TIG焊）电弧光谱的基础上,提出了近红外波段取像铜熔池的思路,并设计出基于不同取像机理的多种复合窄带滤光系统.采用普通电荷耦合（CCD）传感器从正面拍摄了铜熔池,并对不同观察窗口下的取像结果进行比较分析,找到了相对较佳、可获得较清晰的铜熔池图像的取像窗口.最后分析了TIG焊铜熔池图像的特征,并与TIG焊钢熔池图像比较后发现：在近红外波段,铜熔池比钢熔池难于获得清晰的图像.     

铝合金变极性TIG焊熔池与阴极清理区视觉检测系统

基于铝合金变极性钨极惰性气体（TIG）焊接光谱分析,选择合适的滤波片和减光片,建立了在线检测铝合金变极性TIG焊熔池与阴极清理区的视觉检测系统,获得了清晰的熔池和阴极清理区图像,并且观察到了不同反极性比时熔池和阴极清洁区的变化,焊后对比结果表明,与通过视觉系统检测到的图像一致.此外,还得出了反极性比对阴极清理宽度和焊缝宽度的影响规律曲线,为优化焊接生产工艺提供了依据.     

电弧超声激励共熔池双钨极氩弧焊接方法

提出了一种附加电弧超声激励共熔池的双钨极氩弧焊接新方法.使用附加超声电弧和主电弧完成焊接过程,附加超声电弧向焊接熔池注入超声波激励,主电弧作为主要的焊接热源,以实现改善焊缝金属性能及其焊接效率的功能.同时,以304钢为例,采用所提出的焊接方法进行试验.结果表明,所提出的焊接方法可以提高焊接过程的稳定性和焊接效率,有效细化焊缝金属组织并提高焊缝金属的拉伸性能.     

磁控带极电渣堆焊熔池行为的研究

本文针对带极电渣堆焊熔池体积大的特点,利用焊前在试板的纵、横向镶嵌铜条,焊后检测铜质点在堆敷金属中分布的方法,结合熔池温度的测定,研究了带极电渣堆焊的熔池行为。结果表明,熔池表面和底部的温度都低于电弧焊,这是造成低稀释率的根本原因;熔池内熔融金属流动速度的分布是由熔池温度分布决定的;熔池在外磁场力的作用下,当磁控电流增大或磁棒与带极距离增大时,焊道宽度增大,表面平整,咬边被消除。     

基于实验铝合金激光小孔焊熔池表面速度计算

为了解决激光焊接铝合金熔池表面液态金属流动速度量值化问题,结合高速摄影装置与波动理论,提出了计算激光焊焊接过程中铝合金熔池表面液体流速的计算方法.根据有限深度液体流动模型,波速取决于液体波传播的波长以及液体深度这两个物理量,采用高速摄影对焊接过程中熔池的流动形态进行拍摄,得到进行波的波长;对焊缝截面的熔深进行测量得到液体的深度,可以计算熔池表面液体的流动速度.研究表明,在激光束功率为6 kW,焊接速度分别为0.066 7,0.075,0.083 5 m/s的高速焊情况下,熔池表面的流动速度可达0.065 8,0.064,0.072 m/s.     

二氧化碳短路过渡焊电流波形控制模式的研究

针对二氧化碳弧焊熔滴短路过渡过程动特性差，飞溅大的特点，对一种关联式电流波形智能控制器的波控模式进行了研究，提出了实时控制熔滴过渡过程电流波形的波控基本模式。试验表明，该波控模式能对弧焊过程实施有效波控，尤其适宜于带有交流纹波成分的整流焊接电源的波控。采用该控制模式，通过波控器的快速分流作用，可抑制弧焊短路初期，短路未期的电流增长和燃弧初期的电弧冲击，能够优化熔滴过渡过程的电流波形，使液桥柔顺破断，熔滴无冲击地进入熔池，从而改善了二氧化碳在弧焊过程中的动特性，抑制了焊接飞溅。