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金属学及金属工艺论文_基于机器视觉的直缝焊管
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摘要：文章目录 摘要 ABSTRACT 第1章 绪论 1.1 课题研究背景与意义 1.2 机器视觉理论及焊缝检测研究现状 1.2.1 机器视觉国内外研究现状 1.2.2 焊缝检测国内外研究现状 1.3 研究方法与研究内容 第
文章目录
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 机器视觉理论及焊缝检测研究现状
1.2.1 机器视觉国内外研究现状
1.2.2 焊缝检测国内外研究现状
1.3 研究方法与研究内容
第2章 直缝焊管焊缝位置测量原理
2.1 测量系统坐标建立
2.1.1 世界坐标系
2.1.2 像素坐标系
2.1.3 图像坐标系
2.1.4 相机坐标系
2.2 测量系统坐标关系
2.3 测量系统参数标定
2.3.1 相机内参的计算
2.3.2 相机外参的计算
2.3.3 相机重投影误差的计算
2.3.4 基于MATLAB相机标定工具箱的标定
2.4 直缝焊管焊缝位置计算数学模型
2.5 直缝焊管姿态计算
2.6 本章小结
第3章 直缝焊管焊缝位置测量系统设计
3.1 成像系统硬件选型
3.1.1 成像传感器选型
3.1.2 相机数据传输方式
3.1.3 相机快门曝光类型
3.1.4 镜头选型
3.2 光源选型
3.2.1 光源类型
3.2.2 照明方案
3.3 控制方案硬件设计
3.3.1 上位机
3.3.2 串口继电器通信
3.4 本章小结
第4章 直缝焊管焊缝识别图像处理技术
4.1 图像处理基础
4.1.1 灰度图片的获取
4.1.2 图像的邻域与连通区域
4.2 图像的降噪技术
4.2.1 图像噪声类别
4.2.2 噪声的数值模型
4.2.3 图像降噪算法
4.3 图像分割技术
4.3.1 全局阈值分割
4.3.2 局部阈值分割
4.4 图像的边缘检测技术
4.4.1 常见的传统边缘算法
4.4.2 Hough空间直线段边缘检测
4.5 基于改进Canny算法的焊缝边缘检测算法
4.5.1 传统边缘算法存在问题
4.5.2 改进的非极大值抑制
4.5.3 自适应阈值选取
4.5.4 滞后阈值
4.5.5 改进实验分析
4.6 改进的Canny边缘检测性能实验
4.6.1 边缘检测的评价
4.6.2 直缝焊管边缘检测实验
4.6.3 公开数据集边缘检测实验
4.7 基于焊缝边缘的焊缝识别方案
4.8 基于颜色标定的焊缝识别方案
4.9 本章小结
第5章 直缝焊管焊缝位置测量系统窗口设计
5.1 测量系统软件设计基础
5.1.1 MATLAB图像用户界面设计
5.1.2 GUI界面设计步骤及准则
5.1.3 MATLAB图像用户界面封装
5.2 测量系统图形窗口模块设计
5.2.1 测量系统登陆界面
5.2.2 主体程序识别流程
5.2.3 测量系统硬件通信
5.2.4 手动延时
5.2.5 输入数据的储存
5.2.6 彩色分割范围标定
5.3 本章小结
第6章 直缝焊管焊缝位置测量系统搭建与实验
6.1 测量验证平台的搭建
6.1.1 角度传感器
6.1.2 焊缝位置验证系统搭建
6.2 测量实验结果与分析
6.2.1 算法静态测量精度
6.2.2 算法动态测量精度
6.3 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
攻读学位期间取得的科研成果
致谢
文章摘要:随着直缝焊管应用越来越广泛,其焊缝作为整根焊管最为薄弱的位置往往需要突出检测以满足实际场景的使用要求。本文依据水压机对直缝焊管进行静水压试验时,需要控制焊缝位置来观察焊缝处是否存在泄露的要求,提出了基于机器视觉来判断直缝焊管焊缝位置的方案。直缝焊管的焊缝位置在焊管上属于周向特征,位置信息为三维信息。本文通过单目视觉检测旋转中的直缝焊管焊缝距离目标位置的偏角,对转动停止时间进行控制,使焊缝最终停在目标位置。根据不同视角下对应的坐标系及其之间关系建立焊缝偏角与成像平面对应特征之间的数学关系计算偏转角度,为了获得焊缝特征的位置,本文设计了两种解决方案。（1）直接提取焊缝边缘与焊管边缘信息。针对传统Canny算法在识别直缝焊管焊缝边缘时易受噪声干扰、强弱边缘连接不佳等问题,提出一种改进的Canny算法检测直缝焊管焊缝位置方法。首先在进行非极大值抑制中引入了梯度方向局部均值偏差;其次对非极大值抑制之后的点利用最大类间方差法计算阈值;最后通过焊管图片强弱边缘分布特点将强边缘边界所连边界作为附加连接条件。通过实验验证改进的非极大值相对于传统方法能够有效的抑制噪声点并保留边缘信息。在直缝焊管焊缝边缘位置识别中改进的Canny算法相对于传统边缘检测算法能够减轻锈斑划痕等因素的干扰,保留更多的焊管边缘与焊缝边缘。在常用的BSDS500数据集上改进的Canny算法的峰值信噪比与均方误差在88.79%的图片中优于其他边缘算法。最后利用Hough直线特征识别,进行直线检测并带入焊缝位置数学模型得到最终焊缝的位置信息。（2）利用直缝焊管在焊接时焊缝位置的确定性,在焊缝位置周向90°位置喷涂颜色标定。对图像进行彩色分割,以彩色连通区域最小外接矩形中线作为颜色标定位置。对图像利用最大类间方差法进行二值化,并使用竖直边缘检测器得到焊管的边缘,带入焊缝位置数学模型得到颜色标定位置,并延迟90°后得到焊缝位置。经过实验验证,通过图像处理颜色标定特征比直缝焊管焊缝特征检测结果更加稳定。对检测系统硬件进行了分析选型,分析了各种光源组合方案对于金属柱面照明的优劣,完成了系统的硬件选型。设计了检测程序的人机交互窗口,通过窗口能够进行参数的输入,运行状态的监控,系统的启停控制等操作。根据检测现场硬件条件设计了焊缝位置验证实验台,模拟整个识别控制过程。将直缝焊管管端与角度传感器相连,以角度传感器检测结果作为整个系统控制结果。实验结果表明在静态测量下两种方案得到的角度偏差均小于1.5°,动态测量控制结果均满足设计需求。本文通过建立图像与检测目标之间的关系,对图像检测使用到的算法做出改进,针对检测需求完成了硬件选型与程序界面设计,最终实现了利用单目视觉对直缝焊管焊缝位置的识别,满足了静水压试验对焊缝位置的要求。
文章来源：《焊管》 网址: http://www.hanguanzz.cn/qikandaodu/2022/0131/388.html