基于約束卡爾曼濾波器的焊縫檢測系統(tǒng)研究.pdf

1、焊縫檢測系統(tǒng)是自動化焊接的基礎，其功能主要有焊縫圖像采集、焊縫三維測量、焊縫識別和跟蹤等，系統(tǒng)主要由負責圖像采集的焊縫檢測傳感器和負責圖像處理的工控機兩部分組成。因此本文主要從傳感器優(yōu)化設計及標定、焊縫識別和跟蹤這兩方面入手，并結(jié)合約束卡爾曼濾波器，對焊縫檢測系統(tǒng)進行研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴根據(jù)結(jié)構光測量原理得到傳感器成像模型，并進行誤差分析，研究三維測量誤差與傳感器結(jié)構參數(shù)的關系，得到傳感器結(jié)構參數(shù)優(yōu)化準則。根據(jù)實際焊

2、接工作情況并結(jié)合傳感器小型化原則進行傳感器各組成器件選型。而后以上述結(jié)構參數(shù)優(yōu)化準則為基礎，根據(jù)攝像機透視模型確定傳感器各結(jié)構參數(shù)。此外，還設計了光平面微調(diào)結(jié)構確保光平面垂直入射。⑵傳感器標定包括攝像機標定和光平面標定。攝像機標定采用張正友標定法，利用專業(yè)標定軟件對攝像機進行標定，得到攝像機的內(nèi)外參數(shù)。光平面標定采用基于立體標靶的光平面標定方法，利用光平面上不共線的四個點求取光平面方程。設計實驗驗證傳感器標定后系統(tǒng)三維測量精度，結(jié)果表明

3、系統(tǒng)三維測量精度較高，滿足焊縫檢測需求。⑶介紹了焊縫檢測系統(tǒng)的軟件及三個工作模式，闡述系統(tǒng)軟件的操作流程及焊縫檢測流程。利用形態(tài)學方法進行焊縫識別，得到焊縫特征點，并以此為跟蹤參考點進行焊縫跟蹤。設計實驗驗證焊縫識別精度，并在工廠進行現(xiàn)場焊接實驗，結(jié)果表明焊縫識別精度較高，且現(xiàn)場焊接質(zhì)量良好，能有效實現(xiàn)焊縫跟蹤。⑷在原有焊縫檢測系統(tǒng)的基礎上結(jié)合約束卡爾曼濾波器，利用卡爾曼濾波“預測-更新”的機制和約束方程的修正使焊縫檢測具有更高的精度和