背面ccd视觉传感焊缝成形参数的自动提取

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第29卷第9期焊接学报V01．29No．92008年9月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONSeptember2008背面CCD视觉传感焊缝成形参数的自动提取k。。。。张华军，蔡春波，张广军，高洪明(1．哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，哈尔滨150040；2．哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室，哈尔滨150001)摘要：焊缝成形参数的自动检测技术的开发对焊接质量的提高和自动化生产的实现具有重要意义。文中建立了背面视觉传感焊缝成形参数自动检测系统，通过分析背面

2、焊缝特征，其灰度直方图呈三峰结构，采用迭代法进行二次区域阈值自动的提取，再进行三值化处理，内部噪声点的剔除等图像处理流程，快速准确地分割出熔池和热影响区，并提取出熔池和热影响区的几何尺寸等成形参数。结果表明，该方法可避免强弧光、飞溅、电磁等信号的干扰，能保证焊接的稳定性，从而满足工业生产的需要。关键词：背面视觉；焊缝成形；迭代法；多次区域阈值；图像处理28文献———张华军中图分类号：TGll5．标识码：A文章编号：0253360X(ZeOS)090101040青专业控制机，经过数字图像处理识别焊缝，然后提取出焊接过程中背面熔池和热影响区成形参数，为焊接焊接是制

3、造业中重要的加工工艺方法之一质量过程控制提供依据。焊接试验采用钨极氩弧焊，由IG～12V～于诸多飞速发展因素的推动(T)，电弧电压10，焊接电流190210A，焊，焊接自动化及智能化已成为焊接业的发展趋势⋯接速度为180ram／rain，板材为低碳钢，板厚为3mln，。其中焊缝成形参数自动提取技术是保证焊接质量、提高焊接生产率和改热效率为75％。_2—0善劳动强度的关键。其中正面视觉传感已经进行大量的研究，普遍采用红外热像仪进行焊接温度∞山j场的传感，但传感器费用较高，而且在恶劣工业生产中，焊接伴有强烈的弧光、飞溅、烟尘和电磁波等信号的干扰，给正面视觉传感器的

4、影响很大，从而识别困难、稳定性差等问题产生。因此，在实际生产中还未得到广泛的应用。为了避免焊接带来这些干扰信号，采用背面视觉传感器进行焊缝的识别，可以避免焊接过程带来的噪声干扰。文中建立了背面视觉传感系统，重点研究焊缝图像的处理和识别，得出最佳的图像识别流程，最终满足焊接生产的需要。图1背面视觉焊缝传感系统原理图l系统的组成原理Fig．1Schematicofbackvisualsensorsystem整体系统如图1所示。主要由焊接设备、CCD视觉传感器、工控机、图像采集卡及电源等组成。其2背面焊缝图像处理系统工作原理是采用面阵CCD视觉传感器拍摄背面焊缝图像

5、，通过CG300图像采集卡将图像传给工2．1图像采集及分析背面CCD视觉传感器采集的图像如图2所示，收稿Et期：2007—11—02可看出焊缝图像主要包括熔池、热影响区、焊渣和母维普资讯http://www.cqvip.com102焊接学报第29卷材。最亮的部位是焊渣，最暗的部位是母材，为了要孙∽=面‰㈠(1)获得熔池和热影响区的形状特征，需要分别提取这。薹如篓如一式中：(i些区域。图3是图2的灰度直方图，它包含了幅，J)为柔化区域中点；K为平滑系数，为该邻图像的灰度值内容，是灰度值的函数，描述的是图像域包含的像元素；z(i，J-)为原灰度函数。(i，，)柔化

6、中具有该灰度的像素的个数，其横坐标表示像素灰后的新灰度函数。度级别，纵坐标表示该灰度出现的频率(即像素的个数)。从图可知，熔池图像出现三个峰值，最高峰为母材即背底的灰度像素的个数，次峰为熔池灰度像素的个数，最小峰为热影响区灰度像素的个数。图4背面焊缝图像处理流程Fig．4Procedureofbackweldimageprocessing图2背面焊缝图像Fig．2Backweldseamimage辍<_《魁糕图5平滑处理后图像Fig．5Smoothedimage灰度2．4迭代法二次阈值算法推导图3灰度直方图由于特征目标有两个，即熔池和热影响区，那么Fig．3G

7、reyhistogram需要两个阈值来划分背景、熔池和热影响区这三个区域一。迭代法次自动阈值主要完成背景与焊缝区2．2背面焊缝图像处理流程_7]域的划分，获得热影响区与背景的阈值，在此基础根据上述分析以及多种图像处理流程的对比分之上，对除去背景之外的小区域进行迭代法二次自析，针对背面焊缝图像特征，设计了图像处理的流程动阈值，即获得熔池与热影响区的阈值。自动阈值如图4所示。文中重点对最优阈值的提取和内部点法可避免人工手动设置阈值带来的不稳定性和不精的剔除的算法进行推导。确性，尤其可不受外界光线、弧光等干扰。其迭代法2．3平滑处理及滤波多次分割阈值的算法与步骤为由

8、于在实际焊接过程中存在有弧光和飞溅，对