资源描述：
《铝合金mig焊熔池图像的形态学处理方法(图)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、铝合金MIG焊熔池图像的形态学处理方法(图)
2、第1内容加载中...摘 要:建立了用于铝合金脉冲MIG焊熔池图像检测的CCD视觉系统,通过窄带滤光系统和选取合适的焊接规范,获取了铝合金脉冲MIG焊熔池的清晰图像。分析了铝合金焊接熔池图像的特征。针对目前已有熔池图像处理算法的缺点,利用形态学方法去除了图像信号中的噪声、阴极雾化区等影响熔池特征提取的部分,获得了满意的熔池边缘图像,为进一步实现铝合金MIG焊接过程控制创造了条件。关键词:铝合金;MIG焊;形态学;视觉传感0 序 言 利用视觉传感系统获取熔池图像并进行处理是实现焊接过程自动控制的重要方法之
3、一,并且在碳钢、不锈钢等材料的焊接中得到了初步应用[1～4]。对熔池图像处理的最终目的是获取熔池最大宽度、熔池半长和熔池后拖角等特征信息,通过建立熔池特征与熔深或熔宽等目标对象的映射模型,调节焊接规范实现焊接过程控制,因此对熔池图像的边缘提取是获得以上特征信息的重要手段。在分析图像信号的频率特性时,可以发现图像的边缘和噪声代表图像信号的高频分量,因此传统的边缘检测的方法是基于空间运算的,借助空域微分算子进行边缘检测,通过将其模板与图像卷积完成,根据模板的大小和元素值的不同有不同的算子,例如Robert算子、Pre附近铝元素的谱线比氩元素的高,理论上适
4、合视觉采样,但396nm靠近紫外区,不在普通CCD的光谱响应范围内,因此不能利用该波段。在可见光范围内观察铝和氩的特征谱线发现波长600～800nm的范围内,氩的谱线较弱,电弧光基本上为强度较低的连续光谱组成,虽然在这一区域不存在铝元素谱线,不能利用熔池的自身发光成像,但可以利用较弱的弧光对熔池的照明来实现成像。通过试验研究,复合滤光系统采用610nm±10nm的窄带滤光片加两片30%减光片和一片焊接用标准吸热玻璃可以实现较好的滤光效果。图1 试验系统组成2 熔池图像获取及特征分析 铝合金MIG焊过程中弧光十分强烈,如果焊接电压较高会造成弧长较长,
5、弧光会覆盖整个焊接接头区域,加上铝板表面强烈的镜面反射,即使采用复合滤光系统和脉冲焊接仍然不能获得清晰的熔池图像,因此焊接过程中宜采用短弧焊,配合较长的干伸长度,将电弧压缩在熔池底部,使弧光不能扩散,这样容易采集到清晰的熔池图像。试验中利用铝合金脉冲MIG焊视觉采集系统对板厚为6mm的LF6铝板堆焊进行了熔池图像采集试验。尝试了许多不同的焊接规范和焊枪角度,对不同光圈、以及拍摄角度进行了组合,通过试验,得到了焊接规范和光学参数的最佳组合。试验中保护气体为100%氩气,焊丝材料为AlMg4.5,直径<1.2,焊接速度12cm/min,焊接基值电流
6、100A,峰值电流300A,电弧电压14.5V,脉冲频率2Hz,焊枪角度75°,气体流量10L/min。在以上规范条件下,焊接过程为亚射流过渡,飞溅很少对视觉检测过程影响较小,获得的典型熔池图像如图2所示。图2 熔池图像 由图2所示的铝合金MIG焊熔池图像中主要所反映的信息包括焊丝、电弧、熔池、阴极雾化区、焊道边缘、金属堆积等部分。整个焊接熔池区呈火山口状,焊接电弧压缩在熔池底部产生强烈的反射,在图像中灰度值最高。焊接熔池受电弧照射也产生强烈反射,但由于反射光线与镜头光轴线有一定夹角,因此亮度与电弧区相比相对较弱,灰度值也较低但相比其它区域高很多。
7、由于MIG焊过程中,阴极雾化作用强烈,因此在阴极雾化区也产生了强烈的反射,灰度值也较高。而由于焊丝熔化产生的金属堆积及焊道边缘,并没有受到电弧的直接照射,因此亮度和灰度值较低。母材产生的光线反射大部分被减光片和吸热片吸收,在CCD上的成像很弱,在熔池图像中表现的灰度值最低。3 熔池图像的形态学处理 对熔池图像进行处理的目的是检测熔池的边缘,进而获得熔池最大宽度、熔池半长和熔池后拖角等与焊接熔透、熔宽相关的信息,实现焊接过程传感。由于边缘的锐利程度由图像的灰度梯度决定,传统的边缘检测算法一般用差分对每一个像素计算出灰度梯度向量,求出它的绝对值,通过阈
8、值操作获得边缘图像。传统熔池图像处理方法一般要经过滤波,图像增强,选用合适的边缘检测算子进行边缘检测等步骤,这种方法的主要缺点是结果对噪声很敏感,图像经离散差分后对噪声比对原图像更敏感,虽然对图像做平滑后可改善结果,但是又会产生一个问题:会把一些靠在一起的边缘平滑掉,而且会影响对边缘的定位。图3显示了经过滤波和图像增强后,利用各种常用边缘检测算子对铝合金MIG焊熔池图像进行边缘检测后的结果。从熔池边缘检测结果看大部分算子不能完全消除噪声的影响,沿熔池边缘存在很多细小的线段,并且在熔池边缘存在很多断点,不利于熔池特征信息的提取。相对而言,Canny算子
9、的边缘检测结果较好,边缘光滑。但是所有算法的检测结果都不能去除阴极雾化区和焊丝的图像边缘,给下一步熔池特征信
