基于三线激光结构光的除锈爬壁机器人焊缝跟踪及焊缝交叉类型实时辨识

• 作 者: 陈易新
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 船体除锈 三线激光结构光 焊缝跟踪 焊缝交叉类型识别

当前,大型船壁曲面的焊缝主要仍由操作工手持喷枪设备进行人工除锈。然而手工除锈的工作环境极其恶劣且劳动强度大,有损操作者的身体健康,也不符合以人为本的工作理念。同时,除锈过程会对周围环境产生严重污染。当今社会工业自动化、生产智能化正蓬勃发展,顺应这一趋势开发一套具备自动除锈功能的爬壁机器人系统具有重要的现实意义。而爬壁机器人的焊缝自动化除锈需要实现移动过程中对焊缝的实时跟踪,并准确识别出焊缝交叉类型,进行路径规划决策,这其中的关键就在于焊缝跟踪和焊缝接头类型的识别。本文提出了一种基于三线激光结构光的焊缝跟踪和焊缝接头类型识别方法。在爬壁机器人进行除锈的过程中,系统对摄相机捕捉到三线激光在焊件表面的畸变条纹进行图像增强、二值化、去除小颗粒、形态学闭操作、图像细化、分区、修补断裂骨架、去毛刺等操作,获得单像素的焊缝特征骨架。针对焊缝特征点的提取,本文提出一种激光条纹的分段拟合方法,采用中值滤波与链码特征排除相结合的算法来剔除骨架上的干扰点,获得合适的拟合点集对骨架进行分段拟合,得到焊缝特征点。在此基础上基于三线激光的高容错性建立焊缝轮廓线的拟合规则,并进一步得到焊缝中心线,确定焊缝跟踪位置。本文根据三线激光的几何特性定义了视觉模块扫描焊缝表面过程中表征激光条纹形态和激光条纹间距的5个变量,讨论了十字交叉焊缝和T字交叉焊缝对选定变量的影响,并定义了一个焊缝交叉类型的判别函数。实验表明,系统对焊缝中心的识别不受焊缝交叉的干扰,识别出的焊缝中心位置偏差在±0.72mm之内,焊缝中心线偏角的识别偏差也在±1.5°的范围,可满足除锈爬壁机器人焊缝跟踪的需要。在扫描过程中视觉系统可有效地识别出焊缝十字交叉和T字交叉,为爬壁机器人焊缝轨迹规划奠定基础。