焊缝成型三维结构光视觉检测技术研究

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1、摘要摘要焊接是现代工业不可缺少的加工技术，是连接材料最重要的一种方法。焊缝的成型情况直接反映了焊接质量，因此，焊缝成型检测技术是焊接工程领域中的一个重要研究领域。在焊接过程中，焊缝正面熔池以及焊后焊缝的三维几何参数能够有效的表征焊缝的成型质量。论文基于结构光的三维视觉传感检测技术进行焊缝检测，并设计了一种新型实时熔池三维结构光检测系统，为实现焊缝成型的自动化检测和质量控制提出了一种新的尝试和研究。论文根据三角测量原理设计了三维线结构光焊缝成型检测系统，根据CCD摄像机的线性模型，给出了标定方法，并通过标定

2、实验确定了系统的标定矩阵。选用中值滤波算法降低了图像噪声并采用细化算法提取出结构光条纹的中心坐标，重建焊缝的三维表面以及测量焊缝的余高和宽度参数。利用熔池表面为镜面反射表面的性质以及激光的单向性、相干性和电弧光辐射强度衰减的规律，采用计算机光学仿真辅助设计技术，设计了基于线结构光和逆向光线追踪算法的熔池表面检测系统，该系统采用分光镜、反射镜和成像平面构成的光学系统获得不同距离的反射结构光条纹，并根据空间解析几何原理建立的数学模型分析反射光线的方向，然后根据光路可逆原理进行反向追踪，计算出反射光线与入射结构

3、光平面的交点，即熔池表面的反射点，重建熔池表面结构光条纹的三维信息，获得熔池的三维几何参数，并通过计算机仿真实验，从理论上验证了其有效性。构建了实时熔池三维结构光检测系统，对CCD摄像机进行了校正，并通过测量梯形的倾斜平面镜，验证系统对镜面反射物体表面的测量精度。最后进行了焊接工艺实验，获得了清晰的反射结构光条纹图像并成功地对其进行了三维重建实验，分析了熔池表面的三维形态和系统的测量误差。关键词：焊接；结构光；三维视觉模型；焊缝成型；熔池检测广东工业大学硕士学位论文AbstractWeldingisone

4、ofthemostsignificantjoiningprocessesinmodernmanufacturingindustry．Astheweldbeadformingstatusunfoldstheweldingquality,themonitoringtechniquesoftheweldbeadformingbecomeanimportantresearchinterestinweldingengineeringfield．Thethreedimensionalgeometricalparame

5、tersofthemoltenpoolandthesolidifiedweldbeadrepresentthebeadformingqualityeffectively．Inthisdissertation，structuredlightbasedthreedimensionalvisionsensingtechniqueisintroducedintoweldbeadformingmonitoringandanovelreal—timestructuredlightbasedthreedimension

6、almoltenpoolvisionsensingsystemisalsopresented．Astructuredlightbasedweldbeadthreedimensionalvisionmonitoringsystemisdesignedwiththeprincipleoftriangulationmeasurement．AccordingtothelinearCCDcameramodel，thecalibrationapproachisgivenandthecalibrationmatrixi

7、sfiguredoutthroughthecalibrationexperiments．Weemploymedianfilteringalgorithmforreducingtheimagenoisesandpresentathinningmethodtoextractthecenterskeletoncoordinatesofthestructuredlightstripe．Thethreedimensionalsurfaceandthemainparametersoftheweldbeadcanbeo

8、btainedwiththismonitoringsystem．Withthespecularreflectioncharacteristicsofthemokenpoolsurface，theunipolarityandcoherenceofthelaserandtheradiationdecaypropertiesofthearClight，astructuredlightbasedinverseraystracingpr