留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于全卷积神经网络的焊缝识别方法

段岳飞 马嵩华 胡天亮

段岳飞, 马嵩华, 胡天亮. 基于全卷积神经网络的焊缝识别方法[J]. 制造技术与机床, 2023, (4): 44-49. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.007
引用本文: 段岳飞, 马嵩华, 胡天亮. 基于全卷积神经网络的焊缝识别方法[J]. 制造技术与机床, 2023, (4): 44-49. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.007
DUAN Yuefei, MA Songhua, HU Tianliang. Weld seam recognition method based on fully convolutional neural network[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (4): 44-49. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.007
Citation: DUAN Yuefei, MA Songhua, HU Tianliang. Weld seam recognition method based on fully convolutional neural network[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (4): 44-49. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.007

基于全卷积神经网络的焊缝识别方法

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.007
详细信息
    作者简介:

    段岳飞,男,1997年生,硕士研究生,研究方向为机器视觉、智能制造。E-mail:1589713171@qq.com

    通讯作者:

    马嵩华,女,1985年生,博士,副教授,研究方向为设计理论与方法、智能求解算法,发表论文20余篇,入选“山东大学青年学者未来计划”。E-mail:msh_1216@sdu.edu.cn

  • 中图分类号: TP183

Weld seam recognition method based on fully convolutional neural network

  • 摘要: 在机器人自动化焊接中,精准高效的焊缝识别是实现高质量焊接的关键。针对现有视觉检测方法效率低、精度差的问题,提出了一种基于全卷积神经网络的焊缝识别方法。该方法首先采集数据对全卷积神经网络进行训练,得到最佳的网络参数;然后采用训练好的全卷积神经网络和最佳网络参数对焊缝图片进行语义分割,将焊缝所在区域与背景进行分离;然后对分割出的焊缝区域,进行骨架提取,得到接近单像素宽度的焊缝;之后根据自定义的直线度参数对焊缝形状进行判定,确定该焊缝是否为直线,用最小二乘法进行直线或曲线拟合,得到最终的焊缝轨迹。实验结果表明,所提方法能够快速准确地识别出焊缝位置和形状,可以作为自动焊接机器人轨迹自主规划和控制的技术基础。

     

  • 图  1  系统流程图

    图  2  损失函数计算流程

    图  3  像素点的8-邻域

    图  4  骨架提取

    图  5  双目相机

    图  6  相机拍摄的图片

    图  7  不同网络参数语义分割结果

    图  8  骨架提取结果对比

    图  9  焊缝轨迹提取结果

    表  1  二分类模型性能评价表

    预测为正样本预测为负样本
    正样本TPFN
    负样本FPTN
    下载: 导出CSV

    表  2  部分实验数据

    实验编号焊缝类型焊缝长度/像素平均误差/像素
    1直线1280.08
    2曲线920.07
    3曲线2590.05
    4直线2370.09
    下载: 导出CSV

    表  3  程序运行时间统计

    区域分割
    时间/s
    骨架提取
    时间/s
    轨迹拟合
    时间/s
    总时间/s
    第一次19.24725.81819.29564.360
    第二次18.75826.07219.13963.969
    第三次18.65425.90119.17563.730
    第四次18.72525.97419.27363.972
    第五次18.82725.85019.11663.793
    平均值18.84225.92319.12063.965
    下载: 导出CSV
  • [1] 中国焊接协会成套设备与专用机具分会, 中国机械工程学会焊接学会机器人与自动化专业委员会[M]. 北京: 机械工业出版社, 2014.
    [2] 李祥瑞. 机器视觉研究进展及工业应用综述[J]. 数字通信世界, 2021(11): 79-80,146. doi: 10.3969/J.ISSN.1672-7274.2021.11.031
    [3] 胡丹, 张艳喜, 王静静, 等. 焊缝成形线结构光视觉检测方法研究[J]. 制造技术与机床, 2022(3): 132-137. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.023
    [4] 刘洪伟, 马立东, 马自勇, 等. 基于线结构光的型钢自动焊接位置检测技术[J]. 焊接, 2022, 587(5): 1-7, 13.
    [5] 王树强, 周游, 陈昊雷, 等. 基于激光视觉的钢结构焊缝图像处理系统[J]. 焊接学报, 2022, 43(2): 101-105, 112, 120. doi: 10.12073/j.hjxb.20210603001
    [6] Xu P Q, Xu G X, Tang X H, et al. A visual seam tracking system for robotic arc welding[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2008, 37(1-2): 70-75. doi: 10.1007/s00170-007-0939-6
    [7] 刘东来, 崔亚飞, 罗辉, 等. 基于机器视觉的弧焊机器人焊缝识别及路径生成研究[J]. 制造技术与机床, 2021(12): 26-32. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2021.12.004
    [8] Shi F H, Lin T, Chen S B. Efficient weld seam detection for robotic welding based on local image processing[J]. The Industrial Robot, 2009, 36(3): 277-283. doi: 10.1108/01439910910950559
    [9] Deng H G, Cheng Y, Feng Y X, et al. Industrial laser welding defect detection and image defect recognition based on deep learning model developed[J]. Symmetry, 2021, 13(9): 1731. doi: 10.3390/sym13091731
    [10] 樊丁, 胡桉得, 黄健康, 等. 基于改进卷积神经网络的管焊缝X射线图像缺陷识别方法[J]. 焊接学报, 2020, 41(1): 7-11,97.
    [11] Long J , Shelhamer E , Darrell T. Fully convolutional networks for semantic segmentation[J]. IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, 2017, 39(4): 640-651. doi: 10.1109/TPAMI.2016.2572683
    [12] Simonyan K, Zisserman A. Very deep convolutional networks for large-scale image recognition[C]. 27th IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR 2014), 2014.
    [13] Huang G, Liu Z, vander Maaten L. Densely connected convolutional networks[C]. 30th IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR 2017), 2017.
    [14] Zhang T Y, Suen C Y. A fast parallel algorithm for thinning digital patterns[J]. Communications of the ACM, 1984, 27(3): 236-239. doi: 10.1145/357994.358023
  • 加载中
图(9) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  176
  • HTML全文浏览量:  26
  • PDF下载量:  48
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-08
  • 录用日期:  2023-02-16

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要提示

    1. 唯一官方网站:1951.mtmt.com.cn

    2. 本刊编辑部、工作人员邮箱后缀为@jcs.gt.cn

    3. 电话

    010-64739683/79(稿件、进度)

    010-64739685(缴费、录用证明)

    4. 作者服务QQ群:238874846

    注意以上信息,谨防冒名、被骗!

    《制造技术与机床》编辑部