基于3D激光扫描传感器的焊缝区域跟踪方法设计

一般二维数据传感器在智能焊接领域应用中,跟踪焊缝区域时,焊接枪抖振会导致跟踪误差大的问题,提出基于3D激光扫描传感器的激光焊缝自动跟踪方法,应用3D激光扫描传感器获取到完整的激光焊缝3D位置数据。对采集到的焊缝位置信息展开全局最优解处理,提取激光焊缝的相关特征。对激光焊缝跟踪相关的距离特征进行分类处理:设计模糊跟踪算法,利用基本论域方法建立目标边缘特征模型,调整激光焊缝隶属度参数,实现目标融合特征分类。在激光焊缝特征分类的基础上,利用变论域理论提高焊接跟踪控制准确率和焊缝成形检测效率,完成焊缝区域的控制跟踪,实现无人化焊接。实验结果表明:这种方法在减小跟踪误差中有明显的效果。     

激光跟踪测距中的测量检验技术

介绍了利用半导体光源可达秒级的激光跟踪误差斜率曲线测量系统，阵列式激光光束光强分布测试仪和与激光跟踪测距接收机数据采集与处理的接口和打印，Ｉ／Ｏ接口等。成为激光中开程任务设备装配检验和测量的依托手段，给出误差斜率曲线的测试结果。     

基于激光信息和射频识别的运动轨迹跟踪研究

为提高运动轨迹跟踪精度,设计了基于激光信息和射频识别的运动轨迹跟踪方法,首先将射频识别阅读器与激光传感器采集数据进行速度估算处理,并利用加权因子对激光传感器估算速度进行平滑处理,然后通过相似度对比方法匹配激光传感器与射频识别阅读器获取的运动目标速度,采用粒子滤波算法融合激光传感器与射频传感器获取的运动目标速度,通过粒子滤波的预测、更新与重采样三个阶段实现准确的运动目标轨迹跟踪,最后实验结果表明,该方法对目标的运动轨迹跟踪精确度高达99%。     

激光主动制导技术

本文介绍了激光主动制导技术国内外研究发展现状和技术水平，简要介绍了激光主动制导技术在空空导弹、空地导弹、空间飞行器未制导中的应用前景。结合单脉冲体制激光主动导引头，详细阐述了激光主动制导系统的工作原理，并对激光主动成象跟踪制导方法进行了初步探讨。提出并分析了激光主动制导中必须解决的关键技术及其实现的技术途径。     

激光跟踪测距中的测量检测技术

介绍了利用半导体光源可达秒级的激光跟踪误差斜率曲线测量系统.阵列式激光光束光强分布测试仪和与激光跟踪测距接收机数据采集与处理的接口和打印、I/0接口等.成为激光跟踪测量设备装配检验和测量的依托手段,给出误差斜率曲线的测试结果.     

激光视觉传感器的机器人焊缝高精度跟踪系统

以提升焊接机器人焊接精度为目的，设计激光视觉传感器的机器人焊缝高精度跟踪系统。由工业相机和激光传感器、焊接机器人等组成系统硬件架构，获取焊缝激光光源后，将其传输至激光图像传感层。采用激光图像传感器对焊缝激光光源图像进行物理滤波处理，使用工业相机拍摄焊缝激光图像。提取焊缝激光图像特征，依据其特征点位置对焊接机器人进行手眼标定，获取焊接机器人校正向量并将该向量输入到机器人运动控制层内的焊缝跟踪程序内，利用该程序不断修正焊接机器人跟踪行为并向接口电路电机驱动器发送控制跟踪命令，实现机器人焊缝高精度跟踪。实验结果表明：该系统具备良好的启动性能，对焊机机器人手眼标定径向畸变、切向畸变数值均较小，跟踪不同类型焊缝的最低偏差数值仅为0.01 mm,跟踪精度高。     

视觉引导激光跟踪测量系统的Cayley变换校准方法

对于一台激光跟踪仪对多个测量点进行测量的问题,提出了一种视觉引导激光跟踪测量方法。摄像机固定于激光跟踪仪顶部,随之旋转对测量范围内激光跟踪仪反射器进行定位,引导激光跟踪仪激光投射到反射器上。标定摄像机与激光跟踪仪相对姿态,用平面圆孔靶标。激光跟踪仪和摄像机同时测量圆孔靶标,将两个坐标系下对应三维点数组进行均值化处理,变为两个坐标系下对应的向量组,向量组之间的转换关系,即激光跟踪仪与摄像机之间的旋转矩阵。再根据两坐标系下对应的任一点的三维坐标,求解两坐标系的平移矢量。此标定算法把对两个坐标系之间的旋转矩阵的求解,通过Cayley变换,转换为对与转换矩阵相对应的三维向量的求解,求解过程简单稳定。实验结果表明,靶标摆放50次,测量误差小于1 mm。把校准结果应用到实际测量中,激光跟踪仪可快速准确地将激光束投射到反射球中。此方法操作简单,稳定性强,具有很高的实用价值。     

军用激光探测整机系统终端信息处理技术

以军用激光探测整机系统的背景，着重讨论了激光跟踪、激光警戒、激光测距整机系统中终端信息处理机的信道设计和信息处理技术。对几种典型机型的技术特点进行归纳，探讨了未来军用激光探测整机系统终端机的技术发展趋势。     

CO_2激光半主动制导导引头信息处理电路实现

本文介绍用于ＣＯ＿２激光半主动制导导引头的一种信息处理电路的原理和实现方法。导引头跟踪采用四象限振幅和差体制，信息处理电路引入单片机技术、数字化方法、使电路处理精确、可靠、适应性强、功能完善。     

10.6μm激光大气通信的自动瞄准与跟踪

激光大气通信双端的自动瞄准与跟踪，是开发激光大气传输信道、赖以传送大容量信息的一个关键问题。本文在分析扰动大气对光束瞄准跟踪所产生的影响的基础上，提出了适于大气激光通信的跟瞄系统结构和设计准则，建立了跟瞄系统模型，合理地设计了数字式瞄准跟踪系统，并给出了光束跟踪系统的实验结果。１０．６μｍ大气通信瞄准问题，国内外还未见有更深入的研究报告。     

基于改进TLD算法的激光视觉传感型焊缝跟踪

为了解决基于线激光视觉传感的焊缝中心位置定位精度不高的问题, 采用了一种基于改进跟踪-学习-检测(TLD)算法的焊缝跟踪方法。由激光视觉传感器实时获取焊缝图像, 采用将跟踪器与检测器结合的TLD算法实时跟踪焊缝特征点, 同时通过在线学习机制更新分类器参量。在此基础上对激光条纹图像截取感兴趣区域, 大幅减少检测器的搜索区域; 根据激光条纹光强分布特性, 结合纠偏方向选取跟踪器有效特征点, 以此提高算法效率, 对不锈钢板V型焊缝和搭接焊缝进行跟踪试验。结果表明, 跟踪与检测可实现共同定位焊缝中心位置, 其融合的焊缝跟踪方法能够准确地提取焊缝特征点, 两种焊缝跟踪平均绝对误差分别为0.062mm和0.052mm。此方法为提高焊缝跟踪精度提供了依据。     

复杂曲面有色金属3维激光拼焊的跟踪控制研究

为实现复杂曲面有色金属高功率激光拼焊过程中3维拼缝的精确跟踪,采用拼缝实时测量并进行拼缝形变动态补偿的方法,开展了基于7轴联动的3维拼缝焊接-测量一体化控制算法和关键技术的研究,包括运动控制数学模型、焊接与测量路径规划、焊接过程的实时检测与动态补偿等,并用4kW光纤激光器进行了厚度3mm以下有色金属焊接试验,验证了所提出的算法。结果表明,研究的3维拼缝焊接-测量一体化控制系统能够快速、准确地实现3维拼缝的实时焊接与动态补偿,满足3维焊接的跟踪控制精度要求。     

Infrared image recognition for seam tracking monitoring during fiber laser welding

Seam-tracking ability of a laser-welding system is important for welding process, and the accurate detection of deviations between the laser-beam focus and the weld seam position is prerequisite for seam-tracking control. Infrared image sensing and visual recognition techniques for real-time seam tracking monitoring during high-power fiber laser welding is researched to improve the accuracy of seam-tracking ability. Molten pool images are caught by an infrared sensitive high speed camera arranged off-axis orientation of a laser-welding head which is fixed to a robot. Through the image processing, the feature detection of a near-infrared image is used in visual tracking. The gray-value gradient of near-infrared image is calculated and the keyhole margin of a molten pool is also detected. Combining the gradient and keyhole margin of a molten pool image, the thermal gradient parameter based on the thermal distribution of a molten pool is extracted. As a visual feature in robot control system, this parameter can be used to determine the deviations between the laser-beam focus and the weld-seam center. In comparison with direct detection of the narrow gap position, this parameter can be measured easily and the delay error resulted from the forerun of the sensor can be eliminated. This provides a practical approach to detect the deviations and the possibility to adjust the laser-beam focus position in real time, which can sensibly promote seam tracking accuracy. The proposed algorithm is tested during a butt-joint laser welding of Type 304 austenitic stainless steel plates at a continuous wave fiber laser power of 6 kW and 10 kW. Its effectiveness is confirmed by the welding experiments.     

A visual servoing system for edge trimming of fabric embroideries by laser

This paper describes a position-based visual servoing system for edge trimming of fabric embroideries by laser. The high-speed vision system, based on a 220 Hz digital camera and the TMS320C40 parallel DSP processor is presented, and the novel image processing algorithm developed for seam tracking applications is briefly explained. Two methods for seam trajectory generation are discussed. In the first method the tracking trajectory is determined only by using the vision data; in the second method, which is suitable for periodic patterns, the predetermined path data is modified by the vision data. A tracking controller using a feedforward controller in the tangential direction of the seam and a feedback controller in the normal direction is described. The custom built manipulator is a four-axis velocity controlled gantry robot with independent PID controllers for each axis. The axes’ reference speeds are commanded and updated by the top-level tracking controller in equal time intervals. The gantry controller program runs on a Pentium PC. The experimental results in edge trimming of different seam patterns are presented.     

基于CCD图像处理的CO2焊自动跟踪系统设计

提出了一种采用激光二极管照射，并具有一定前导量的CCD图像采集和处理自动跟踪系统，该系统由工业控制计算机、CCD摄像机和二维执行机构组成。能对同时存在弧光、烟尘、飞溅干扰条件下的CO2焊进行高精度的实时自动跟踪。     

基于激光视觉传感器的机器人实时焊缝跟踪方法

为实现变姿态焊接过程的实时焊缝跟踪,提出基于机器人坐标系下绝对焊缝轨迹的实时跟踪算法。将线式激光传感器安装在机器人的法兰盘上,且位于焊枪运行的前方。焊接过程中,激光传感器连续采集焊缝位置信息,并结合手眼标定矩阵以及机器人实时姿态,将传感器采集的焊缝坐标转换到机器人基础坐标系下,从而形成空间绝对焊缝轨迹;再根据焊枪的当前位置与焊缝的空间绝对轨迹生成位置偏差。为了提高计算精度,提出采用三次非均匀有理B样条进行数据插值和检索;最后,将位置偏差变换到焊枪工具坐标系下进行实时修正。实验结果表明:该跟踪算法能够实现焊接机器人针对变姿态焊接过程的连续跟踪,跟踪过程平滑光顺,跟踪整体精度优于0.5 mm。基本满足焊缝实时跟踪应用的一般要求。     

一种基于激光视觉的焊缝实时检测技术研究

提出了一种基于激光视觉的焊缝实时检测技术,旨在提高焊缝检测的速度和精度。在实际的焊接过程中,由于大量噪声的干扰,焊接图像的采集一直是一个复杂的过程。 本文首先建立基于激光视觉的检测系统,以获得激光条纹的原始图像。在此基础上,将原始激光条纹图像灰度化,并提出一种改进的快速中值滤波算法,在去除图像中椒盐噪声的同时,缩短了程序运行时间。并通过Otsu阈值分割获得激光条纹的二值图像,提取感兴趣的激光条纹区域。接着结合方向模板法和脊线跟踪法提取激光条纹中心线,最后采用亚像素级角点法提取焊缝的特征点。 实验证明,本文提出的方法有效地克服了焊接环境的影响,不仅缩短了焊缝特征点检测的时间,而且具有较高的检测精度,符合实际焊接要求。     

一种基于局部特征分块的目标跟踪算法

为了解决传统目标跟踪算法在天空背景下面临高能激光反射时图像像素灰度分布发生剧烈变化, 从而导致目标遮挡或丢失的问题, 采用一种基于局部特征分块思想的相关跟踪算法, 根据局部特征对跟踪模板进行了分块处理, 计算并选取其中特征稳定度高的块模板, 在跟踪区域内对每个块做模板匹配, 并进行了理论分析和试验验证。结果表明, 该算法在强光干扰下能够有效地对目标实时稳定跟踪, 且图像处理延迟时间在2ms以内。该研究对基于高能激光发射下的超高精度跟踪系统工作性能的保证是有帮助的。     

基于电弧传感焊缝跟踪的偏差信息检测

检测焊枪偏离焊缝信息是实现焊缝跟踪的精确度和可靠性的必要条件。基于摆动式电弧传感器的焊缝自动跟踪系统,利用电弧摆动来扫描焊缝,通过检测焊接电流的变化规律来检测焊缝的偏差信息。针对电弧信号不断变化往往存在谐波和噪声干扰,提出采用软件的中值滤波和均值滤波相结合方法对电弧信号进行处理,并且用积分差值法进行提取所需的焊缝偏差信息。通过实际的焊缝跟踪试验,结果表明该方法可以提高焊缝偏差信息检测的精确度和可靠性。