一种焊接接头成形组织特征的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种焊接接头成形组织特征的测量方法，对接头轮廓图像作 二值化处理，采用深度优先搜索法消除二值化轮廓图像的横向和纵向毛刺，再 将消除毛刺后的二值化轮廓图像离散化，采用两点距离偏差法搜索轮廓分段点 以实现对接头轮廓的分段，分别将各段拟合成二次曲线，识别各二次曲线的特 征点，对其作近似对称处理后用于计算接头成形特征。本发明专利技术准确分析了接头 轮廓形状的变化规律，提高测量的精确性，有利于焊接质量分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光焊接
，尤其是涉及一种焊接接头成形组织特征的 测量方法，用于评价焊接质量。
技术介绍
在激光焊接过程中，激光与材料的相互作用、光致等离子体、小孔以及焊 接熔池的行为，决定了最终的焊缝质量，而试图洞察这些现象或物理过程却极 其困难，因此通过接头成形来评价焊接质量的好坏成为当前主要手段。焊接接 头成形与接头性能等具有密切的关系，主要受到材料、焊接过程的传热、传质 等多种因素的影响，其主要特征是指焊缝横截面的形状特点。目前，焊接接头 图像的分析试样一般垂直于焊接方向线切割取样，经一定的物理化学方法处理后利用光学显微镜(LOM)、电子背散射衍射(EBSD)或薄膜试样透射电镜 (TEM)获得，同时在图片上给出长度标尺，研究人员通过人工分析和人工测 量的方式得到接头焊缝成形的定性及粗略的定量特征值。这种人工手动的方法 对测量人员的依赖性较大，难以保证测量的精确性，而且只能得到焊接接头定 性或一般定量的组织和形状特征。随着现代航空技术及军事装备的发展，接头成形特性的定量表征及成形特 征与接头力学性能之间的精确定量关系的分析成为激光焊接研究的新趋势。定 量分析的基础是接头成形轮廓的精确测量，通过寻找轮廓的特征点确定成形特 征。目前，轮廓特征点识别可采用三点曲率法、十一点曲率法、曲率差分法等方法。但是，这些方法都在一定程度上依赖点的曲率，由于接头成形轮廓的无 规则性，使得这些方法不能准确识别轮廓特征点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，提高测量 的精确性，有利于焊接质量分析。，按照以下步骤进行(1) 提取接头轮廓图像，对其作二值化处理得到二值化轮廓图像；(2) 采用深度优先搜索法消除二值化轮廓图像的横向和纵向毛刺，搜索 过程中记录轮廓点坐标，再将消除毛刺后的二值化轮廓图像离散化得到第一点集W;(3) 寻取轮廓分段点(3.1) 令k:l， n=n0， fl。g=0， 3《n。《5;(3.2) 构造第二点集& (Xi， yi) ， n为第二点集U中点个数，k为第二点集^ (Xi， yi)中第一个轮廓点在第一点集W中的位置序号，i二k…k+n， Xi、yi分别表示第一点集W中第i个轮廓点的横坐标与纵坐标；(3.3) 判断第一点集W中第k+n+l轮廓点(xk+n+1， yk+n+1)是否是第一点集W的末点，若是，进入步骤(4);若不是，将第二点集^) (Xi， yi)冗余拟合为第一曲线y二cnox2+biox+cio和第二曲线x=a20y2+b2oy+C2o;(3.4) 若flag^，以第一曲线y:ac^+bmx+do为基准寻找轮廓分段点， 否则以第二曲线x=a20y2+b20y+c20为基准寻找轮廓分段点以第一曲线y-CMoxs+biox+cio为基准寻找轮廓分段点与以第二曲线 x-a2oy斗b2oy+C2o为基准寻找轮廓分段点方法相同，以第一曲线乂=01^2+131(^+。0为基准寻找轮廓分段点按照如下方法进行(3.4.1) 分别计算第一点集W中轮廓点(xk+n+1 ， yk+n+1)和轮廓点(xk+n+2， yk+n+2)到第一曲线y-aiox2+bMox+cio的偏差距离cho， d20;(3.4.2) 若dio〉5且d20〉6 ，偏差域值S取值范围为5 15个逻辑单位， 进入步骤(3.4.3)，否则n-n+l， flag=0，转入步骤(3.2);(3.4.3) 判断第二点集^/ (Xi， yi)中相邻像素点位置是否有较大波动， 若有，对其进行滤波平滑处理，进入步骤(3.4.4);若没有，进入步骤(3.4.7);(3.4.4) 将平滑后的第二点集& (Xi， yi)冗余拟合为第三曲线 y=aiix2+biix+cii和第四曲线x=a2iy2+b2iy+c2i;(3.4.5) 分别计算第一点集W中轮廓点(Xk+n+'，yk+n+')和轮廓点(Xk+n+2，yk+n+2)到第三曲线y二cmx2+bx+d的偏差距离山o' ， d20';若cho' >s， 且cbo' >S，进入步骤(3.4.6);否则，n=n+l， flag=0，转入步骤(3.2);(3.4.6) 分别计算第一点集W中轮廓点(xk+n+1 ， yk+n+1)和轮廓点(xk+n+2， yk+n+2)到第四曲线x二ci2iy2+b2iy+C21的偏差距离为dio'、 cbo';若cho'〉s 且d2o、3，确定轮廓点(Xk+n， yk+n)为轮廓分段点，进入步骤(3.4.8)，否 则，n=n+l， flag=l，转入步骤(3.2);(3.4.7) 分别计算第一点集W中轮廓点(xk+n+1, yk+n+)和轮廓点(xk+n+2， y一)到第二曲线x-d2oy2+b2oy+C2o的偏差距离为du/' 、 d2o〃 ;若cU〃 > S且d2Q〃 >S ，确定轮廓点(Xk+n， yk+n)为轮廓分段点，进入步骤(3.4.8)， 否则，n=n+l， flag=l,转入步骤(3.2);(3.4.8) k=k+n， n= n。， flag=0，转入步骤(3.2);(4) 利用轮廓分段点将第一点集W的轮廓点分段，分别将各段拟合成二 次曲线，并识别各二次曲线的特征点即为轮廓特征点；(5) 对轮廓特征点作近似对称处理，根据其位置关系，计算接头成形特征。本专利技术提出采用深度优先搜索法获得接头图像单像素轮廓及坐标，消除了 毛刺影响，能够处理受噪声影响的接头轮廓图像。等间隔随机选点，不仅在很 大程度上保持了原有图形的形状，而且将轮廓离散化，减少了计算量。在无法 预知轮廓形状的前提下，冗余曲线拟合方式可获得最佳的拟合，最小误差的接 近真实图形。提出两点距离偏差寻点法识别接头轮廓分段点，与平滑滤波综合 运用，有效抑制了噪声引起波动幅度过大的现象，不影响轮廓的基本形状，而 且减小因噪声引起边缘波动距离偏差过大的影响，分段点比较准确。本专利技术采 用多种噪声抑制方法，创造性地使用了深度优先搜索法，并提出了两点偏差距 离寻点法，配合差分法的运用，准确地识别了轮廓特征点，能够快速、准确地 计算焊接接头特征量。对一般的焊接接头有很好地效果，对存在咬边的接头也 方便实用。附图说明图l为焊接接头图像示意图。 图2为本专利技术步骤流程图。 图3为接头轮廓特征点位置图。 图4特征量计算示意图。具体实施方式 图2为本专利技术步骤流程图。所述冗余曲线为y=ax2+bx+c和x=ay2+by+c 两种形式，a、 b、 c分别为二次项、 一次项、常数项系数，均由最小二乘法拟合得到，x为横坐标变量，y为纵坐标变量。步骤中用到的曲线均是这两种 形式的具体化，参数含义同上。具体步骤为1. 对接头图像进行处理，提取接头轮廓，并将接头轮廓图像二值化，轮廓点值为l，其他点值为o。图l为焊接接头示意图。2. 采用深度优先搜索法获得接头图像中无毛刺连通轮廓，并取得轮廓点坐标，然后将轮廓离散化2.1以像素为单位，从上向下，自左往右扫描步骤1中二值化轮廓图像像素。当扫描到某像素行三个相邻像素灰度值为1时，选定这些像素为轮廓一条边，取此边中间点及其右邻点；2.2以2.1中间点为起始点，其右邻点为目标点，采用迷宫寻宝的方法， 设定左、右、上、下的寻找顺序，从起始点沿轮廓至目标点可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接接头成形组织特征的测量方法，按照以下步骤进行：　（１）提取接头轮廓图像，对其作二值化处理得到二值化轮廓图像；　（２）采用深度优先搜索法消除二值化轮廓图像的横向和纵向毛刺，搜索过程中记录轮廓点坐标，再将消除毛刺后的二值化轮廓图像离散化得到第一点集Ｗ；　（３）寻取轮廓分段点：　（３．１）令ｋ＝１，ｎ＝ｎ↓［０］，ｆｌａｇ＝０，３≤ｎ０≤５；　（３．２）构造第二点集＊（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｉ］），ｎ为第二点集Ｕ中的点个数，ｋ为第二点集Ｕ中第一个轮［１１］ｘ↑［２］＋ｂ↓［１１］ｘ＋ｃ↓［１１］的偏差距离ｄ↓［１０］′，ｄ↓［２０］′；若ｄ↓［１０］′＞δ，且ｄ↓［２０］′＞δ，进入步骤（３．４．６）；否则，ｎ＝ｎ＋１，ｆｌａｇ＝０，转入步骤（３．２）；　（３．４．６）分别计算第一点集Ｗ中轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ＋１］，ｙ↓［ｋ＋ｎ＋１］）和轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ＋２］，ｙ↓［ｋ＋ｎ＋２］）到第四曲线ｘ＝ａ↓［２１］ｙ↑［２］＋ｂ↓［２１］ｙ＋ｃ↓［２１］的偏差距离为ｄ↓［１０］”’、ｄ↓［２０］”’；若ｄ↓［１０］”’＞δ且ｄ↓［２０］”’＞δ，确定轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ］，ｙ↓［ｋ＋ｎ］）为轮廓分段点，进入步骤（３．４．８），否则，ｎ＝ｎ＋１，ｆｌａｇ＝１，转入步骤（３．２）；　（３．４．７）分别计算第一点集Ｗ中轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ＋１］，ｙ↓［ｋ＋ｎ＋１］）和轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ＋２］，ｙ↓［ｋ＋ｎ＋２］）到第二曲线ｘ＝ａ↓［２０］ｙ↑［２］＋ｂ↓［２０］ｙ＋ｃ↓［２０］的偏差距离为ｄ↓［１０］″、ｄ↓［２０］″；若ｄ↓［１０］″＞δ且ｄ↓［２０］″＞δ，确定轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ］，ｙ↓［ｋ＋ｎ］）为轮廓分段点，进入步骤（３．４．８），否则，ｎ＝ｎ＋１，ｆｌａｇ＝１，转入步骤（３．２）；　（３．４．８）ｋ＝ｋ＋ｎ，ｎ＝ｎ０，ｆｌａｇ＝０，转入步骤（３．２）；　（４）利用轮廓分段点将第一点集Ｗ的轮廓点分段，分别将各段拟合成二次曲线，并识别各二次曲线的特征点即为轮廓特征点；　（５）对轮廓特征点作近似对称处理，根据其位置关系，计算接头成形特征。廓点在第一点集Ｗ中的位置序号，ｉ＝ｋ…ｋ＋ｎ，ｘ↓［ｉ］、ｙ↓［ｉ］分别表示第一点集Ｗ中第ｉ个轮廓点的横坐标与纵坐标；　（３．３）判断第一点集Ｗ中第ｋ＋ｎ＋１轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ＋１］，ｙ↓［ｋ＋ｎ＋１］）是否是第一点集Ｗ的末点，若是，进入步骤（４）；若不是，将第二点集＊（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｉ］）冗余拟合为第一曲线ｙ＝ａ↓［１０］ｘ↑［２］＋ｂ↓［１０］ｘ＋ｃ↓［１０］和第二曲线ｘ＝ａ↓［２０］ｙ↑［２］＋ｂ↓［２０］ｙ＋ｃ↓［２０］；　（３．４）若ｆｌａｇ＝０，以第一曲线ｙ＝ａ↓［１０］ｘ↑［２］＋ｂ↓［１０］ｘ＋ｃ↓［１０］为基准寻找轮廓分段点，否则以第二曲线ｘ＝ａ↓［２０］ｙ↑［２］＋ｂ↓［２０］ｙ＋ｃ↓［２０］为基准寻找轮廓分段点：　以第一曲线ｙ＝ａ↓［１０］ｘ↑［２］＋ｂ↓［１０］ｘ＋ｃ↓［１０］为基准寻找轮廓分段点与以第二曲线ｘ＝ａ↓［２０］ｙ↑［２］＋ｂ↓［２０］ｙ＋ｃ↓［２０］为基准寻找轮廓分段点方法相同，以第一曲线ｙ＝ａ↓［１０］ｘ↑［２］＋ｂ↓［１０］ｘ＋ｃ↓［１０］为基准寻找轮廓分段点按照如下方法进行：（３．４．１）分别计算第一点集Ｗ中轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ＋１］，ｙ↓［ｋ＋ｎ＋１］）和轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ＋２］，ｙ↓［ｋ＋ｎ＋２］）到第一曲线ｙ＝ａ↓［１０］ｘ↑［２］＋ｂ↓［１０］ｘ＋ｃ↓［１０］的偏差距离ｄ↓［１０］，ｄ↓［２０］；（３．４．２）若ｄ↓［１０］＞δ且ｄ↓［２０］＞δ，偏差域值δ取值范围为５～１５个逻辑单位，进入步骤（３．４．３），否则ｎ＝ｎ＋１，ｆｌａｇ＝０，转入步骤（３．２）；　（３．４．３）判断第二点集＊（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｉ］）中相邻像素点位置是否有较大波动，若有，对其进行滤波平滑处理，进入步骤（３．４．４）；若没有，进入步骤（３．４．７）；　（３．４．４）将平滑后的第二点集＊（ｘ↓［ｉ］，ｙ↓［ｉ］）冗余拟合为第三曲线ｙ＝ａ↓［１１］ｘ↑［２］＋ｂ↓［１１］ｘ＋ｃ↓［１１］和第四曲线ｘ＝ａ↓［２１］ｙ↑［２］＋ｂ↓［２１］ｙ＋ｃ↓［２１］；　（３．４．５）分别计算第一点集Ｗ中轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ＋１］，ｙ↓［ｋ＋ｎ＋１］）和轮廓点（ｘ↓［ｋ＋ｎ＋２］，ｙ↓［ｋ＋ｎ＋２］）到第三曲线ｙ＝ａ↓...

【技术特征摘要】
1、一种焊接接头成形组织特征的测量方法，按照以下步骤进行(1)提取接头轮廓图像，对其作二值化处理得到二值化轮廓图像；(2)采用深度优先搜索法消除二值化轮廓图像的横向和纵向毛刺，搜索过程中记录轮廓点坐标，再将消除毛刺后的二值化轮廓图像离散化得到第一点集W；(3)寻取轮廓分段点(3.1)令k＝1，n＝n0，flag＝0，3≤n0≤5；(3.2)构造第二点集 id=icf0001 file=A2009100616990002C1.tif wi=24 he=9 top= 97 left = 79 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/>，n为第二点集U中的点个数，k为第二点集U中第一个轮廓点在第一点集W中的位置序号，i＝k…k+n，xi、yi分别表示第一点集W中第i个轮廓点的横坐标与纵坐标；(3.3)判断第一点集W中第k+n+1轮廓点(xk+n+1，yk+n+1)是否是第一点集W的末点，若是，进入步骤(4)；若不是，将第二点集 id=icf0002 file=A2009100616990002C2.tif wi=24 he=10 top= 142 left = 150 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/>冗余拟合为第一曲线y＝a10x2+b10x+c10和第二曲线x＝a20y2+b20y+c20；(3.4)若flag＝0，以第一曲线y＝a10x2+b10x+c10为基准寻找轮廓分段点，否则以第二曲线x＝a20y2+b20y+c20为基准寻找轮廓分段点以第一曲线y＝a10x2+b10x+c10为基准寻找轮廓分段点与以第二曲线x＝a20y2+b20y+c20为基准寻找轮廓分段点方法相同，以第一曲线y＝a10x2+b10x+c10为基准寻找轮廓分段点按照如下方法进行(3.4.1)分别计算第一点集W中轮廓点(xk+n+1，yk+n+1)和轮廓点(xk+n+2，yk+n+2)到第一曲线y＝a10x2+b10x+c10的偏差距离d10，d20；(3.4.2)若d10＞δ且d20＞δ，偏差域值δ取值范围为5～15个逻辑单位，进入步骤(3.4.3)，否则n＝n+1，flag＝0，转入步骤(3.2)；(3.4.3)判断第二点集 id=icf0003 file=A2009100616990003C1.tif wi=24 he=9 top= 30 left = 82 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/>中相邻像素点位置是否有较大波动，若有，对其进行滤波平滑处理，进入步骤(3.4.4)；若没有，进入步骤(3.4.7)；(3.4.4)将平滑后的第二点集 id=icf0004 file=A2009100616990003C2.tif wi=24 he=9 top= 56 left...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朴，李旺火，刘文中，孔力，
申请(专利权)人：张朴，李旺火，刘文中，孔力，
类型：发明
国别省市：83