基于线结构光多道焊跟踪系统图像处理

《基于线结构光多道焊跟踪系统图像处理》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、第"$卷第$期焊接学报0?@#"$8?#$"%%"年.月*7,84,1*9(84(:*;<1;98,=<’298)984*9*>*9(8ABCD"%%"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!基于线结构光多道焊跟踪系统图像处理孙立新!，戴士杰!，李慨!，韩炜!，蔡鹤皋"（!#河北工业大学，天津$%%!$%；"#哈尔滨工业大学，哈尔滨!&%%%!）摘要：由于在焊接过程中电弧闪烁、焊接飞溅和烟尘等干扰噪声非常强，成为结构光图像处理的一个关键问题。根据飞溅速度急快的特点，提出了多幅图像进行“与”操作的

2、有效方法；采用组合滤波的方法来消除电弧光的干扰。此外，根据线结构光光带带宽恒定和连续的特点，采取了’()滤波和图像分割滤波的有效手段。经实际焊接跟踪证实，该方法的效果很好。关键词：图像处理；多道焊；结构光；滤波中图分类号：*)+%"文献标识码：,文章编号：%"&$-$.%/（"%%"）%$-&$-%+孙立新%序言光学传感方法以其丰富的信息量而受到国内外研究者的广泛关注，尤其是结构光法，因为它不仅能检测出焊缝的中心位置，而且还能获得焊缝的截面形状和尺寸等特征参数，并且适用于不同形状的焊缝和各种焊接方法，因而是一种最有前途的方法。但是采用这种方法识别焊缝容易受到焊接飞溅、烟尘、蒸汽、

3、电弧图!结构光传感器测量原理闪烁以及工件上的铁锈、划痕、标记和氧化皮等的影!"#$!%&’()*"+#,*"+-",.&/0(1*)-1)*&."#21(&+(/*响，尤其是0形焊缝，它对结构光还具有多次反射的柱透镜等组成，其中摄像机和光源成一已知角度固!干扰作用，所有这些因素都会对112摄像机产生干定于焊缝的对称面上。工作时，激光二极管发出的光扰，影响图像的质量［!&］。因而如何消除这些噪声干扰经圆柱透镜后变成一个平面光即结构光照射到工件以获得高质量的图像是焊缝跟踪的关键。此外，若为上，这样就在工件上形成一条宽度很窄的光带。当该了消除干扰而采用过于复杂的图像处理方法，那么处光带

4、被工件反射或散射后，经滤光片保留激光二极管理时间长，很难满足实时跟踪的要求。因此，如何简化发出的特定波长的光，而把其它波长的光滤掉，最后进处理方法，提高处理速度是焊缝跟踪的另一个难点。入摄像机成像。这样，由于有角度的存在，当光带!为此对上述问题进行了深入的研究，针对结构光的特照射到待焊工件时，如图"中虚线所点采用了独特的和行之有效的处理方法，并编制出了示，由于各点的深度不同，因而通过针孔成像后，反相应的处理程序。!线结构光检测原理线结构光法是一种直接获取深度图像的方法，它可以比较简单地获得焊缝的二维半信息，其工作原理如图!所示。线结构光检测系统主要由112摄像机（或342光电检测

5、器）、镜头、带通滤光片、激光二极管和圆图"线形结构光模型收稿日期："%%!-%5-!!!"#$"%/3).&/0."+&(1*)-1)*&."#21基金项目：河北省重点攻关基金（56"!$"%2）；河北省教育厅博士基金射到摄像机上的位置就不同。或者说，原先打到焊件$*焊接学报第’!卷上的是一条直光带，而在摄像机上则产生了变形（不是是去除飞溅后的+形焊缝图像。直光带了），此时就可根据光带各点的形变程度不同计算出焊缝沟槽各点的深度。如图!所示，由激光二极管发出的激光束经过准直透镜后得到具有平行性较好的椭圆形光斑，然后再经过一个圆柱透镜使激光光斑在短轴方向进行准直，而在长轴方向自由发散

6、，在空间形成一个光平面，此光平面与待焊工件相交后，形成一条很窄的亮带，这就是所需的结构光光条。为了更好地消除电弧光的干扰，图%与处理后的图像在""#摄像机的前面安装了一个干涉滤光片。由于!"#$%234#+4-/+&789)&,(+.."’#电弧光的干扰太强，因此为了提高系统的抗干扰能力，采用了三个$%&激光二极管组合使用的方案。"$":;<滤波处理通过对弧光闪烁、焊接飞溅图,和激光的多次反射图-进行分析发现，有用的激光光带与弧光闪烁、焊接飞溅和激光的多次反射等所引起的干扰光带相比，其最大的特点就是激光光带的宽度近似为一个常数，并且其方向近似与焊缝垂直。而弧光闪烁和激光的多次反射

7、等所引起的干扰光带的宽度通常都大于激光光带的宽度；焊接飞溅的宽度虽然与激光光带的宽度近图!结构光视觉传感器原理图似，但是其方向却与激光光带的方向近似垂直。!"#$!%&"’(")*+,-./&0(/0&+*"#1/.+’.,&’焊缝图像的处理"(#飞溅的去除在焊接过程中弧光闪烁、火花飞溅、锈蚀、油污、粉笔记号及打磨留下的痕迹等都会对结构光图像产生干扰。在研究")’气体保护焊焊接过程中的图像时发现，最主要的影响是大量、不规则的飞溅，如图*所示飞溅的亮度很高，甚至超过激光光条的亮度。