基于線結構光多道焊跟蹤系統(tǒng)圖像處理

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1、第"$卷第$期焊接學報0?@#"$8?#$"%%"年.月*7,84,1*9(84(:*;<1;98,=<’298)984*9*>*9(8ABCD"%%"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!基于線結構光多道焊跟蹤系統(tǒng)圖像處理孫立新!，戴士杰!，李慨!，韓煒!，蔡鶴皋"（!#河北工業(yè)大學，天津$%%!$%；"#哈爾濱工業(yè)大學，哈爾濱!&%%%!）摘要：由于在焊接過程中電弧閃爍、焊接飛濺和煙塵等干擾噪聲非常強，成為結構光圖像處理的一個關鍵問題。根據(jù)飛濺速度急快的特點，提出了多幅圖像進行“與”操作的

2、有效方法；采用組合濾波的方法來消除電弧光的干擾。此外，根據(jù)線結構光光帶帶寬恒定和連續(xù)的特點，采取了’()濾波和圖像分割濾波的有效手段。經(jīng)實際焊接跟蹤證實，該方法的效果很好。關鍵詞：圖像處理；多道焊；結構光；濾波中圖分類號：*)+%"文獻標識碼：,文章編號：%"&$-$.%/（"%%"）%$-&$-%+孫立新%序言光學傳感方法以其豐富的信息量而受到國內(nèi)外研究者的廣泛關注，尤其是結構光法，因為它不僅能檢測出焊縫的中心位置，而且還能獲得焊縫的截面形狀和尺寸等特征參數(shù)，并且適用于不同形狀的焊縫和各種焊接方法，因而是一種最有前途的方法。但是采用這種方法識別焊縫容易受到焊接飛濺、煙塵、蒸汽、

3、電弧圖!結構光傳感器測量原理閃爍以及工件上的鐵銹、劃痕、標記和氧化皮等的影!"#$!%&’()*"+#,*"+-",.&/0(1*)-1)*&."#21(&+(/*響，尤其是0形焊縫，它對結構光還具有多次反射的柱透鏡等組成，其中攝像機和光源成一已知角度固!干擾作用，所有這些因素都會對112攝像機產(chǎn)生干定于焊縫的對稱面上。工作時，激光二極管發(fā)出的光擾，影響圖像的質量［!&］。因而如何消除這些噪聲干擾經(jīng)圓柱透鏡后變成一個平面光即結構光照射到工件以獲得高質量的圖像是焊縫跟蹤的關鍵。此外，若為上，這樣就在工件上形成一條寬度很窄的光帶。當該了消除干擾而采用過于復雜的圖像處理方法，那么處光帶

4、被工件反射或散射后，經(jīng)濾光片保留激光二極管理時間長，很難滿足實時跟蹤的要求。因此，如何簡化發(fā)出的特定波長的光，而把其它波長的光濾掉，最后進處理方法，提高處理速度是焊縫跟蹤的另一個難點。入攝像機成像。這樣，由于有角度的存在，當光帶!為此對上述問題進行了深入的研究，針對結構光的特照射到待焊工件時，如圖"中虛線所點采用了獨特的和行之有效的處理方法，并編制出了示，由于各點的深度不同，因而通過針孔成像后，反相應的處理程序。!線結構光檢測原理線結構光法是一種直接獲取深度圖像的方法，它可以比較簡單地獲得焊縫的二維半信息，其工作原理如圖!所示。線結構光檢測系統(tǒng)主要由112攝像機（或342光電檢測

5、器）、鏡頭、帶通濾光片、激光二極管和圓圖"線形結構光模型收稿日期："%%!-%5-!!!"#$"%/3).&/0."+&(1*)-1)*&."#21基金項目：河北省重點攻關基金（56"!$"%2）；河北省教育廳博士基金射到攝像機上的位置就不同。或者說，原先打到焊件$*焊接學報第’!卷上的是一條直光帶，而在攝像機上則產(chǎn)生了變形（不是是去除飛濺后的+形焊縫圖像。直光帶了），此時就可根據(jù)光帶各點的形變程度不同計算出焊縫溝槽各點的深度。如圖!所示，由激光二極管發(fā)出的激光束經(jīng)過準直透鏡后得到具有平行性較好的橢圓形光斑，然后再經(jīng)過一個圓柱透鏡使激光光斑在短軸方向進行準直，而在長軸方向自由發(fā)散

6、，在空間形成一個光平面，此光平面與待焊工件相交后，形成一條很窄的亮帶，這就是所需的結構光光條。為了更好地消除電弧光的干擾，圖%與處理后的圖像在""#攝像機的前面安裝了一個干涉濾光片。由于!"#$%234#+4-/+&789)&,(+.."’#電弧光的干擾太強，因此為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用了三個$%&激光二極管組合使用的方案。"$":;<濾波處理通過對弧光閃爍、焊接飛濺圖,和激光的多次反射圖-進行分析發(fā)現(xiàn)，有用的激光光帶與弧光閃爍、焊接飛濺和激光的多次反射等所引起的干擾光帶相比，其最大的特點就是激光光帶的寬度近似為一個常數(shù)，并且其方向近似與焊縫垂直。而弧光閃爍和激光的多次反射

7、等所引起的干擾光帶的寬度通常都大于激光光帶的寬度；焊接飛濺的寬度雖然與激光光帶的寬度近圖!結構光視覺傳感器原理圖似，但是其方向卻與激光光帶的方向近似垂直。!"#$!%&"’(")*+,-./&0(/0&+*"#1/.+’.,&’焊縫圖像的處理"(#飛濺的去除在焊接過程中弧光閃爍、火花飛濺、銹蝕、油污、粉筆記號及打磨留下的痕跡等都會對結構光圖像產(chǎn)生干擾。在研究")’氣體保護焊焊接過程中的圖像時發(fā)現(xiàn)，最主要的影響是大量、不規(guī)則的飛濺，如圖*所示飛濺的亮度很高，甚至超過激光光條的亮度。