GMAW熔池网格结构光三维视觉传感

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1、硕士学位论文GMAW熔池网格结构光三维视觉传感THREE-DIMENSIONALVISUALSENSINGOFGMAWPOOLUSINGGRIDSTRUCTUREDLIGHT吕明达哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG409学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文GMAW熔池网格结构光三维视觉传感硕士研究生：吕明达导师：李海超副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:TG409U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHREE-DIMENSIONALVISUALSENSINGOFGMAWPOOLUSINGGRIDSTRUCTUREDLIGHTCandidate：LvMingdaSupervisor：AssociateProf.LiHaichaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MeterialsProcessingEng

3、ineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要中国制造2025战略的核心驱动力是智能制造，对焊接技术而言，智能焊接是焊接技术新的发展方向。智能焊接的核心问题是焊接过程中的质量控制。实现焊接过程的质量控制，关键在于在焊接操作过程中准确检测出能够反映焊接质量的有效信息。熔池表面的三维尺寸信息直接关系到焊缝

4、的外观形状、焊接接头的力学性能以及背面熔透。由于熔池表面的镜面反射特性，本课题采用基于结构光测量技术的主动视觉熔池传感方法，通过熔池表面对网格结构光的反射实现对熔化极气体保护焊熔池表面的检测，恢复熔池表面三维形貌。首先，设计组建网格结构光主动视觉熔池传感系统。系统主要包括运动控制部分、视觉传感部分和焊接操作部分，系统软件实现图像实时采集、焊接控制功能。分析了激光器参数、结构光类型对于结构光三维测量方法的影响。建立了熔池表面模型、网格结构光模型、熔池表面反射模型和反射图像模型，实现了结构光主动视觉熔池传感过程的模

5、拟。在熔池传感模拟系统内，进行对静态熔池表面的结构光三维测量模拟，根据模拟结果，定性分析了熔池表面几何形状、传感系统参数对于网格反射图像的影响。构建熔池反射图像的识别与处理系统。在图像识别系统中，结合图像的平均灰度水平与图像频域信号特征，完成了对基值时刻具有网格信息的反射图像的识别；采用低通滤波、顶帽变换、灰度拉伸技术去除噪声、增强反射图像质量；分区域自适应阈值分割法对图像二值化处理，提取网格骨架结构。对相机进行标定，实现反射图像中坐标从像素坐标系至世界坐标系中的转换。提出了基于曲面法向量的熔池恢复算法：计算各

6、点曲面法向量获得反射面点云数据，经双调和样条插值获得反射面，迭代以上步骤逼近准确解。在熔池传感模拟系统中，对模拟反射数据进行恢复，定量分析熔池恢复算法的误差水平。最后对实际焊接中的反射图像进行熔池三维恢复，验证了结构光主动视觉熔池传感方法在GMAW中的可行性。关键词：网格结构光；视觉传感；过程模拟；熔池表面恢复-I-AbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofcomputertechnology,automationtechnologyandandartificialint

7、elligence,weldingtechnologyisrequiredtobemoreautomaticandmoreintelligent.Thequalitycontrolduringtheweldingoperationisthecoreissueofweldintelligentizing.Toachievethatpurpose,it’sessentialfordetectingtheeffectiveinformationthatcanreflecttheweldingquality.Theth

8、ree-dimensionalinformationoftheweldpoolsurfacerelatestotheweldappearance,themechanicalpropertiesoftheweldedjointsandthebackpenetrationofthewelddirectly.Forthespeclularfeatureoftheweldpoolsurface