一种电子束焊接熔池形状参数的视觉检测方法技术

一种电子束焊接熔池形状参数的视觉检测方法，它涉及电子束焊接熔池形状参数的视觉检测方法，本发明专利技术要解决现有熔池图像处理中存在噪声干扰大，无法获得连续，光滑的电子束焊熔池边缘的问题，本发明专利技术对子束焊彩色熔池图像视觉传感系统进行标定，然后启动系统采集熔池图像，采用二值形态学图像处理算法提取熔池图像边缘，最后利用熔池形状参数提取算法对熔池形状参数进行提取；本发明专利技术提取的熔池边缘图像完全消除了噪声的影响，边缘连续光滑，熔池形状参数提取精确度高，整个处理过程所需时间大约为30ms，完全可以满足实时检测的需要，本发明专利技术应用于焊接自动化领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是。
技术介绍
对熔池图像进行处理的最终目的是获取熔池宽度、熔池半长和熔池后拖角等与焊接质量有关的表面形状参数，进而建立表面形状参数和焊接规范之间的数学模型，为实现焊接过程自动控制提供理论依据。因此，从焊件正面检测熔池形状参数对于实现焊接自动化具有重要的理论意义和实用价值。目前，陈章兰等人虽然在电焊机(2005，Vol35, No. 2 :58_61)上发表的“基于视觉传感的焊缝中心检测技术研究”，提出了采用传统的边缘检测算子处理熔池图像的技术，但该方法同样存在弊端，该方法对空域边缘检测算子对噪声都比较敏感，并且常常会在检测边缘的同时加强噪声。电子束焊接过程中会产生强烈的高温金属蒸汽以及电磁干扰，使得焊接熔池图像背景噪声十分强烈，采用以上边缘检测方法效果较差，无法获得完整的电子束焊接熔池边缘。王建军等人在机械工程学报(2003，Vol39，No. 5:125-129)上发表的“铝合金TIG焊熔池图像的获取与处理”，采用神经网络和小波变换检测铝合金TIG焊熔池特征，但是该方法的程序复杂，计算量大，不便于实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有熔池图像处理中存在噪声干扰大，无法获得连续， 光滑的电子束焊熔池边缘的问题，而提供。本专利技术的具体过程如下步骤A、将待焊工件放入真空室内固定；步骤B、启动真空室内摄像机，对电子束焊彩色熔池图像视觉传感系统进行标定 一、以焊接工件表面的焊接起点为坐标原点0，焊接方向为Χ轴正方向，垂直于焊接方向向下为y轴正方向，建立坐标系oxy，即为工件坐标系；二、然后以工件坐标系为参照系画一组同心圆，其中最小圆的半径为1毫米，每个同心圆的半径以1毫米为单位递增，最小的圆与 oy轴的交点为A点，最小的圆与ox轴的交点为B点；三、对步骤二所画的坐标系进行拍照； 四、以照片平面的左上角为原点0，原点0正下方为Y轴正方向，与Y轴垂直向右为X轴正方向，建立坐标系0ΧΥ，即为图像坐标系；五、然后通过下列公式计算出图像坐标系中单位像素在工件坐标系中xy方向上的实际尺寸_8]义如-丄,…2_9] 如-对1普W Wx为熔池宽度；wy为熔池长度；X。为图像坐标系坐标原点；XB为图像坐标系坐标B点；Xa为图像坐标系坐标A点；步骤C、提取熔池图像边缘(1)采用二值形态学提取熔池图像边缘，具体过程如下设熔池图像灰度值为 0 255，设熔池图像灰度阈值为k，将比k大的熔池图像灰度值设为W1 (k)，平均灰度值为 M1GO,方差为O1GO ；将比k小的熔池图像灰度值设为W2 (k)，，平均灰度值为M2(k)，方差为 02(k)；设熔池图像灰度值的总平均值为Mt，则类内方差σ头间方差σ.和灰度值的总平均值Mt的数学表达式分别为σ2ψ = w1u12 + w2g22σ] = W1 (M1 -Mr) + W1 {Μλ - M1) = — Ol + ^2)O1 + w2)当a〗/c4取得最大值，即σ〗为最大值，σ为最小值时，阈值k为最佳阈值，通过最佳阈值k对图像进行阈值分割，将图像转化为目标和背景分离的二值图像；(2)熔池图像腐蚀处理通过以下数学表达式获得熔池图像腐蚀E (X)的处理结果E(X) ={α\Βο^Χ}=ΧΘΒ其中，X为被处理图像；B为结构元素；a为像素点；(3)熔池图像膨胀处理通过以下数学表达式获得熔池图像膨胀D (X)的处理结果D(X) ={α\ αηΧ}=ΧΦ 其中，X为被处理图像；B为结构元素；a为像素点；(4)熔池图像边缘检测，具体过程如下熔池图像边缘F(X)是通过熔池图像膨胀 D(X)与熔池图像腐蚀E(X)相减获得的，数学表达式如下式所示F (X) =D (X) -E (X)步骤D、对熔池形状参数进行提取，具体过程如下(1)熔宽的提取在图像坐标系OXY中以熔池中心点0(XQ，YQ)为起点沿oy方向搜索边缘点，当遇到边缘点A时停止搜索，记下A点的坐标值A (XA，Ya)，则熔池宽度Wa的计算公式为Wa =Ya)2 + Y^2通过系统标定后得到的图像像素与实际尺寸的对应关系即可得到熔宽的实际尺寸wb，具体计算公式如下Wh = 2w -Iri)' +(Y-V:y上式所述的Wy为熔池长度；(2)熔池长度的提取在图像坐标系OXY中以熔池中心点O(Xc^Yci)为起点沿ox方向搜索边缘点，当遇到边缘点B时停止搜索，记下B点的坐标值B (ΧΒ，ΥΒ)，则熔池长度1的计算公式为/= I^Xo-Fb)2, {F0-Fb)2通过系统标定后得到的图像像素与实际尺寸的对应关系即可得到熔池长度的实际尺寸，即权利要求1. ，其特征在于所述的电子束焊接熔池形状参数的视觉检测方法具体过程如下步骤A、将待焊工件放入真空室内固定；步骤B、启动真空室内摄像机，对电子束焊彩色熔池图像视觉传感系统进行标定一、以焊接工件表面的焊接起点为坐标原点0，焊接方向为χ轴正方向，垂直于焊接方向向下为y轴正方向，建立坐标系oxy，即为工件坐标系；二、然后以工件坐标系为参照系画一组同心圆，其中最小圆的半径为1毫米，每个同心圆的半径以1毫米为单位递增，最小的圆与oy轴的交点为A点，最小的圆与ox轴的交点为B点；三、对步骤二所画的坐标系进行拍照；四、以照片平面的左上角为原点0，原点O正下方为Y轴正方向，与Y轴垂直向右为X轴正方向，建立坐标系0ΧΥ，即为图像坐标系；五、然后通过下列公式计算出图像坐标系中单位像素在工件坐标系中xy方向上的实际尺寸 1Wx = I=^(Xb-Xo)2 +(ΥΒ-ΥΟ)2 1Wy = I=(Xa-Xof +(Ya-Yo)1Wx为熔池宽度；Wt为熔池长度；X。为图像坐标系坐标原点；XB为图像坐标系坐标B点； Xa为图像坐标系坐标A点；步骤C、提取熔池图像边缘(1)采用二值形态学提取熔池图像边缘，具体过程如下设熔池图像灰度值为O 255， 设熔池图像灰度阈值为k，k分别取值1，2···，m，将比k大的熔池图像灰度值设为Wl(k)，平均灰度值为M1GO,方差为0l(k)；将比k小的熔池图像灰度值设为W2 (k)，平均灰度值为 M2(k)，方差为o2(k)；设熔池图像灰度值的总平均值为Mt，则类内方差σ、类间方差σ和灰度值的总平均值Mt的数学表达式分别为O1w = WxG1x + W1G11σ]=叫 W -Μτ) + -Μτ)=—；州卞Ol + ^2)M_ MXWX +M2W2r Oi + M72)当σ〗/4取得最大值，即σ〗为最大值，σ .为最小值时，阈值k为最佳阈值，通过最佳阈值 k对图像进行阈值分割，将图像转化为目标和背景分离的二值图像；(2)熔池图像腐蚀处理通过以下数学表达式获得熔池图像腐蚀E(X)的处理结果E(X) ={α\Βα^Χ}=ΧΘΒ其中，X为被处理图像；B为结构元素；a为像素点；(3)熔池图像膨胀处理通过以下数学表达式获得熔池图像膨胀D(X)的处理结果D(X) ={a\Bar\X}=X B其中，X为被处理图像；B为结构元素；a为像素点；(4)熔池图像边缘检测，具体过程如下熔池图像边缘F(X)是通过熔池图像膨胀D(X) 与熔池图像腐蚀E(X)相减获得的，数学表达式如下式所示F (X) =D (X) -E (X)步骤D、对熔池形状参数进行提取，具体过程如下(1)熔宽的提取在图像坐标系OX本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张秉刚，石铭霄，陈国庆，冯吉才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：