一种适用于深熔K-TIG焊熔池和锁孔入口特征参数的提取方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于深熔K

【技术实现步骤摘要】
一种适用于深熔K
‑
TIG焊熔池和锁孔入口特征参数的提取方法


[0001]本专利技术涉及焊接监测
，特别是涉及一种适用于深熔K
‑
TIG焊熔池和锁孔入口特征参数的提取方法。

技术介绍

[0002]TIG焊(Tungsten Inert Gas Welding)，又称为非熔化极惰性气体保护电弧焊。锁孔效应TIG(Keyhole Tungsten Inert Gas，K
‑
TIG)焊是在传统的TIG焊接方法基础上，通过特制的水冷焊枪，配合大直径钨极，采用大焊接电流产生能量大、挺度高、穿透力强的电弧，大电流电弧作用于焊件表面使焊件金属熔化，在电弧压力的作用下，焊件表面向下凹陷并且把熔化的液态金属挤向四周，使得熔池内部形成类似激光焊的贯穿锁孔，部分电弧等离子体从背面锁孔穿出。熔池的形状包含丰富的特征，能在一定程度上反映焊缝熔透状态、焊缝宽度等信息。
[0003]常规获取熔池特征信息的方法一般是在焊接后对工件进行切样，通过打磨、抛光、腐蚀等环节，再采用低倍显微镜拍摄切样，进一步分析熔池特征，但是这种方法步骤繁琐，效率较低，当焊接参数较多时需要花费大量时间制作试样，同时该方法通过建立预测模型去控制焊接过程而无法实现在线监测和调整焊接参数。
[0004]焊接视觉检测是获取熔池特征参数重要手段之一，通常在焊接熔池前上方或者后上方搭建一套基于高动态范围CCD工业相机的视觉检测系统，采集关于电弧、熔池以及焊缝的焊接图像，然后提取焊缝边缘点位置信息。然而，由于焊接图像通常存在较多的椒盐噪声，现有技术难以有效提取熔池和锁孔入口的几何特征参数。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供一种适用于深熔K
‑
TIG焊熔池和锁孔入口特征参数的提取方法，将焊接图像划分为多个区域，采用不同处理方法求出各个区域的边缘轮廓曲线，最终提取熔池和锁孔入口的几何特征参数，该特征参数提取方法具有较高的有效性和时效性。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种适用于深熔K
‑
TIG焊熔池和锁孔入口特征参数的提取方法，包括以下步骤，
[0008]根据熔池和锁孔入口的形态特征与灰度值，在深熔K
‑
TIG的焊接图像中划分并选取锁孔电弧区域图像P1、熔池中部区域图像P2和熔池尾部区域图像P3；
[0009]获取图像P1的电弧二值化图像，根据电弧二值化图像获得电弧边缘曲线，根据电弧边缘曲线获取电弧边缘最左侧边缘像素点(x1,y1)、最右侧边缘像素点(x2,y2)和尾部边缘像素点(x3,y3)；
[0010]选取图像P2的左侧区域和右侧区域作为ROI，对两个ROI提取边缘并采用最大连通域搜索法消除伪边缘，得到两个ROI真实边缘像素点集M1和M2，对点集M1和M2进行边缘拟合
处理，得到两个ROI的边缘曲线f1(x,y)和f2(x,y)；
[0011]对图像P3提取边缘并采用随机抽取一致法消除伪边缘，得到图像P3真实边缘像素点集M3，对点集M3进行边缘拟合处理，得到边缘曲线f3(x,y)；
[0012]根据电弧边缘最左侧边缘像素点(x1,y1)、最右侧边缘像素点(x2,y2)和尾部边缘像素点(x3,y3)定义并表征锁孔入口的特征参数；根据边缘曲线f1(x,y)、f2(x,y)和f3(x,y)定义并表征熔池的特征参数。
[0013]进一步，图像P1的电弧二值化图像采用基于初始像素点的宽度优先搜索法进行电弧分割后降噪处理获得，包括以下步骤，
[0014]S21、选取图像P1的中心像素点，判断中心像素点及以其为中心的上下左右4个相邻像素点的灰度值是否均大于245，若是则该中心像素点为宽度优先搜索法的初始像素点(x0,y0)；若否，则判断任一上述相邻像素点及以该相邻像素点为中心的上下左右4个相邻像素点的灰度值是否均大于245，若是则所述任一上述相邻像素点即为初始像素点(x0,y0)；
[0015]S22、定义一个与图像P1形状大小相同且灰度值全为0的图像W，将图像W中与图像P1中初始像素点(x0,y0)对应位置的像素点灰度值改为255，同时将初始像素点(x0,y0)上下左右相邻的4个像素点位置信息记录在队列D中；
[0016]S23、随机选取队列D中的一个元素(x
d
,y
d
)，判断该元素在图像P1中对应位置的像素点灰度值是否大于245，若是，则将图像W中对应位置的像素点灰度值改为255，同时在队列D中将该元素(x
d
,y
d
)去除，然后判断图像W中与该元素(x
d
,y
d
)对应位置像素点的上下左右4个相邻像素点灰度值是否为0，若是，则将该相邻像素点的位置信息记录到队列D中，否则舍弃该相邻像素点；如果元素(x
d
,y
d
)在图像W中对应位置的像素点灰度值小于245，则去除队列中该元素进行下一个元素的判断；
[0017]S24、循环进行步骤S23直至队列D为空，则图像W中灰度值为255的区域即为电弧区域，图像W为图像P1对应的电弧二值化图像。
[0018]进一步，最大连通域搜索法包括以下步骤，
[0019]S31、对图像P2左侧ROI边缘图像进行逐行扫描，遍历扫描该边缘图像全部边缘像素点完成标记，得到图像I
left
，包括以下步骤，若某边缘像素点q[i][j]∈L
i
，L
i
为连通集合，且满足在以该边缘像素点为中心的3
×
3窗口内至少存在第二个边缘像素点，则将所述第二个边缘像素点加入L
i
，重复进行上述过程直至检测不出含有边缘像素点的3
×
3窗口为止，然后逐列扫描整张图像统计各个L
i
中边缘像素点的个数，保留边缘像素点个数最多的L
i
，并将L
i
包含的边缘像素点显示在图像I
left
中；
[0020]S32、对图像I
left
，从第1行开始，从左向右扫描，若搜索到第1个边缘像素点，将该边缘像素点的坐标存放入像素点集M1，并舍弃该行其他边缘像素点，如果没有搜索到边缘像素点则舍弃该行，切换到下一行重复上述操作直到最后一行，最终得到的像素点集M1即为图像P2左侧ROI边缘像素点；
[0021]S33、对图像P2右侧ROI边缘图像进行逐行扫描，遍历扫描该边缘图像全部边缘像素点完成标记，得到图像I
right
，包括以下步骤，若某像素点q[i][j]∈R
i
，R
i
为连通集合，且满足在以该边缘像素点为中心的3
×
3窗口内至少存在第二个边缘像素点，则将该第二个边缘像素点加入R
i<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于深熔K
‑
TIG焊熔池和锁孔入口特征参数的提取方法，其特征在于：包括以下步骤，根据熔池和锁孔入口的形态特征与灰度值，在深熔K
‑
TIG的焊接图像中划分并选取锁孔电弧区域图像P1、熔池中部区域图像P2和熔池尾部区域图像P3；获取图像P1的电弧二值化图像，根据电弧二值化图像获得电弧边缘曲线，根据电弧边缘曲线获取电弧边缘最左侧边缘像素点(x1,y1)、最右侧边缘像素点(x2,y2)和尾部边缘像素点(x3,y3)；选取图像P2的左侧区域和右侧区域作为ROI，对两个ROI提取边缘并采用最大连通域搜索法消除伪边缘，得到两个ROI真实边缘像素点集M1和M2，对点集M1和M2进行边缘拟合处理，得到两个ROI的边缘曲线f1(x,y)和f2(x,y)；对图像P3提取边缘并采用随机抽取一致法消除伪边缘，得到图像P3真实边缘像素点集M3，对点集M3进行边缘拟合处理，得到边缘曲线f3(x,y)；根据电弧边缘最左侧边缘像素点(x1,y1)、最右侧边缘像素点(x2,y2)和尾部边缘像素点(x3,y3)定义并表征锁孔入口的特征参数；根据边缘曲线f1(x,y)、f2(x,y)和f3(x,y)定义并表征熔池的特征参数。2.按照权利要求1所述的一种适用于深熔K
‑
TIG焊熔池和锁孔入口特征参数的提取方法，其特征在于：图像P1的电弧二值化图像采用基于初始像素点的宽度优先搜索法进行电弧分割后降噪处理获得，包括以下步骤，S21、选取图像P1的中心像素点，判断中心像素点及以其为中心的上下左右4个相邻像素点的灰度值是否均大于245，若是则该中心像素点为宽度优先搜索法的初始像素点(x0,y0)；若否，则判断任一上述相邻像素点及以该相邻像素点为中心的上下左右4个相邻像素点的灰度值是否均大于245，若是则所述任一上述相邻像素点即为初始像素点(x0,y0)；S22、定义一个与图像P1形状大小相同且灰度值全为0的图像W，将图像W中与图像P1中初始像素点(x0,y0)对应位置的像素点灰度值改为255，同时将初始像素点(x0,y0)上下左右相邻的4个像素点位置信息记录在队列D中；S23、随机选取队列D中的一个元素(x
d
,y
d
)，判断该元素在图像P1中对应位置的像素点灰度值是否大于245，若是，则将图像W中对应位置的像素点灰度值改为255，同时在队列D中将该元素(x
d
,y
d
)去除，然后判断图像W中与该元素(x
d
,y
d
)对应位置像素点的上下左右4个相邻像素点灰度值是否为0，若是，则将该相邻像素点的位置信息记录到队列D中，否则舍弃该相邻像素点；如果元素(x
d
,y
d
)在图像W中对应位置的像素点灰度值小于245，则去除队列中该元素进行下一个元素的判断；S24、循环进行步骤S23直至队列D为空，则图像W中灰度值为255的区域即为电弧区域，图像W为图像P1对应的电弧二值化图像。3.按照权利要求1所述的一种适用于深熔K
‑
TIG焊熔池和锁孔入口特征参数的提取方法，其特征在于：最大连通域搜索法包括以下步骤，S31、对图像P2左侧ROI边缘图像进行逐行扫描，遍历扫描该边缘图像全部边缘像素点完成标记，得到图像I
left
，包括以下步骤，若某边缘像素点q[i][j]∈L
i
，L
i
为连通集合，且满足在以该边缘像素点为中心的3
×
3窗口内至少存在第二个边缘像素点，则将所述第二个边缘像素点加入L
i
，重复进行上述过程直至检测不出含有边缘像素点的3
×
3窗口为止，然后
逐列扫描整张图像统计各个L
i
中边缘像素点的个数，保留边缘像素点个数最多的L
i
，并将L
i
包含的边缘像素点显示在图像I
left
中；S32、对图像I
left
，从第1行开始，从左向右扫描，若搜索到第1个边缘像素点，将该边缘像素点的坐标存放入像素点集M1，并舍弃该行其他边缘像素点，如果没有搜索到边缘像素点则舍弃该行，切换到下一行重复上述操作直到最后一行，最终得到的像素点集M1即为图像P2左侧ROI边缘像素点；S33、对图像P2右侧ROI边缘图像进行逐行扫描，遍历扫描该边缘图像全部边缘像素点完成标记，得到图像I
right
，包括以下步骤，若某像素点q[i][j]∈R
i
，R
i
为连通集合，且满足在以该边缘像素点为中心的3
×
3窗口内至少存在第二个边缘像素点，则将该第二个边缘像素点加入R
i
，重复进行上述过程直至检测不出含有边缘像素点的3
×
3窗口为止，然后逐列扫描整张图像统计各个R
i
中边缘像素点的个数，保留边缘像素点个数最多的R
i
，并将R
i
包含的边缘像素点显示在图像I
right
中；S34、对图像I
right
，从第1行开始，从右向左扫描，若搜索到第1个边缘像素点，将该边缘像素点的坐标存放入像素点集M2，并舍弃该行其他边缘像素点，如果没有搜索到边缘像素点则舍弃该行，切换到下一行重复上述操作直到最后一行，最终得到的像素点集M2即为图像P2右侧ROI边缘像素点。...

【专利技术属性】
技术研发人员：石永华，梁焯永，占爱文，王子顺，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：