连续电流TIG对接焊熔池形状参数的视觉检测

利用普通CCD摄像机，拍摄出了分辨率较高的TIG对接焊熔池图像，对焊接熔池图像进行分析，根据图像的特点，设计出了图像边缘检测算法，检测出连续电流TIG对接焊熔池的整个边缘，通过对熔池图像进行标定，得到了熔池实际的几何参数尺寸。     

CO2焊熔池图像的Bubble小波零交叉边缘检测

在用CCD捕获的CO2焊熔池图像中存在大量的弧光噪声和飞溅形成的点噪声，要准确地检测熔池图像的边缘较为困难。首先采用中值滤波和乘法运算对CO2焊图像进行降噪处理。基于零交叉边缘检测方法和多孔算法，研究了熔池边缘的Bubble小波检测方法及算法实现，对比分析了不同小波尺度对边缘检测结果的影响。试验结果表明，用Bubble函数构造的小波基对提取熔池边缘效果较好，为熔深控制、焊缝跟踪等奠定了坚实的基础。     

基于多经验参数约束的等离子弧焊熔池边缘检测

对等离子弧焊接熔池图像边缘提取算法进行了研究.拍摄了等离子弧焊接正面熔池,发现强烈的正面电弧弧光被熔池液态金属表面反射后在图像中形成大面积的灰度饱和区,弧光区域边界的灰度梯度远大于真实熔池边缘的灰度梯度,导致常规的图像处理算法不能准确地将熔池边界提取出来.针对这一问题,提出多经验参数约束的边缘检测算法,使用前n幅已处理熔池图像边缘信息和弧光最小外接曲线等多种经验参数作为引导信息对图像边缘进行约束,剔除伪边界,检测出真实的熔池边缘信息.将所提取的边缘信息与试验测量结果进行比较,表明所提出的算法能够有效快速地检测出熔池边缘.     

连续电流TIG焊熔池图像的低成本自动化检测

改进了普通CCD摄像机镜头，使物距、放大倍数的调节范围进一步扩大。通过试验和统计的方法，调整物距、光圈、快门等光学参数，增大景深，提高对比度，拍摄出了分辨率较高的熔池图像。对大量的焊接熔池图像进行了分析，根据图像的特点，设计出了不需要滤波的图像边缘检测算法，检测出了连续电流TIG焊接熔池的整个边缘。与激光频闪视觉检测仪拍摄的熔池图像进行了对比，结果表明该低成本自动化检测装置所拍摄的熔池图像也达到了较高的清晰度与对比度。     

基于分形和数学形态学的MAG焊熔池图像分析

焊接过程产生的烟尘、孤光以及飞溅导致焊接熔池图像中存在大量的噪声,运用对噪声敏感的图像处理方法很难准确地提取熔池图像的信息.提出了一种基于分形和数学形态学理论的综合图像处理方法.该方法利用分形理论中离散分数布朗随机场理论得到按分形维分布的熔池灰度图像后,采用常规的图像处理方法提取图像边缘,然后利用数学形态学中开运算和闭运算,得到图像的强连通边界,并利用二值形态学中的连通域检测去除噪声得到目标图像.试验结果表明该方法能够快速、准确地检测到熔池的边缘、高度、宽度以及面积等信息.     

铝合金MIG焊熔池图像的形态学处理方法

建立了用于铝合金脉冲MIG焊熔池图像检测的CCD视觉系统,通过窄带滤光系统和选取合适的焊接规范,获取了铝合金脉冲MIG焊熔池的清晰图像。分析了铝合金焊接熔池图像的特征。针对目前已有熔池图像处理算法的缺点,利用形态学方法去除了图像信号中的噪声、阴极雾化区等影响熔池特征提取的部分,获得了满意的熔池边缘图像,为进一步实现铝合金MIG焊接过程控制创造了条件。     

傅立叶变换在熔池图像特征提取中的应用

熔池图像特征的提取对于分析焊接质量十分重要,而频域图像处理算法相对空域有很多优势,可以克服传统的空域图像处理算法对噪声敏感的不足,并有利于增强图像特征.为此,首先采用中值维纳滤波方法对焊接熔池图像进行组合滤波去噪,然后对去噪后的熔池图像运用基于傅立叶变换的巴特沃思滤波器进行高通滤波,以增强图像,并采用加强滤波算法对图像实现补偿,同时进行直方图均衡化,最后运用Canny算子边缘检测与数学形态学运算获得熔池边缘,提取出熔池特征信息.结果表明,运用傅立叶变换高频加强滤波进行熔池图像增强处理,并结合空域中较为成熟的图像处理算法,可以得到较好的熔池特征提取效果.     

GTAW填丝增材制造熔池尾部固液分界点跟踪算法

针对GTAW填丝增材制造熔池尾部固液分界点检测难题,基于熔池液态边缘波动大,固态成形金属边缘波动小的特性,提出一种连续图像采集处理的熔池尾部固液分界点跟踪算法. 采用去噪、高斯滤波、边缘检测和阈值分割等算法预处理熔池尾部图像,根据连续图像熔池尾部边缘像素点坐标变化,计算其差异系数,通过多项式函数拟合像素点差异系数曲线,并求取其一阶导数,据此判定差异系数曲线折点,确定熔池尾部固液分界点. 结果表明,该算法有效地实现了GTAW填丝增材制造熔池尾部固液分界点的实时跟踪,算法简易、高效,具有良好的抗干扰能力.     

基于边缘迭代模型的激光沉积熔池宽度预测方法

根据熔池尺寸特征空间分布规律,提出了一种基于边缘迭代模型的熔池宽度预测方法。为了获得精确的熔池宽度,采用数学形态学的方法对熔池图像进行去噪,并用手动阈值的方法对熔池图像进行粗分割。之后利用Canny算法提取出熔池边缘。最后,使用边缘迭代模型进行边缘迭代,得到精分割后的熔池宽度。对比实验结果表明,该算法具有良好的检测精度和鲁棒性,且简易高效。     

基于改进C-V方法的焊接图像识别

基于简化的Mumford—Shah水平集图像分割模型，Chart—Vese提出了不依赖于图像边缘的水平集图像分割算法（C～V方法）。文中对该算法进行了深入研究，指出了原方法存在的缺陷，即处理的图像必须具有比较明显的特征，分割目标过多且较为分散时则很难得到理想的结果，每次迭代过程都需要对所有的图像数据进行计算，比较费时。根据焊接图像本身的特点给出了三点改进，即强化特征模型的修正、多尺度快速算法和全局特性抑制。应用改进的算法，进行了模拟对比试验和真实熔池图像识别的试验。结果表明，该方法能识别出焊接图像连续轮廓，提取有用信息，具有良好的适应性，同时为复杂图像的特征物体目标提取提供了可行的思路。     

熔池图像质心算法的焊缝位置测量模型

建立了一种基于熔池图像质心的焊缝位置测量模型,通过视觉传感器获取焊接区熔池图像,选择熔池前端为处理区域,对该区域进行中值滤波与图像灰度变换,并计算该区域的熔池图像质心值及相对应的焊缝偏差.在不同的焊接条件下,获取多组熔池图像及对应的样本数据,应用最小二乘法建立熔池图像质心与焊缝偏差之间的关系,得到基于熔池图像质心的焊缝位置测量数学表达式.在此基础上,通过分析比较各数学表达式之间的关系,建立焊缝位置测量数学模型.计算机仿真及焊接工艺试验结果表明,该模型可有效地检测焊缝位置.     

Modeling the radiometric imaging process of weld pool

In the vision monitoring or controlling the arc welding process, it is a prerequisite to get a clear image of weld pool. However, the disturbance of arc radiation makes imaging of weld pool difficult and optical filters are usually used to improve the image quality. In this paper, a radiometric imaging model is established to investigate the influence of the filter on the image quality of the weld pool, in which the spectral distribution of weld pool radiation, the spectral transmittance of the filter, the spectral sensitivity of the camera are all considered. With the proposed model, the influence of the factors on weld pool imaging can be inferred and the selection of optical filters is discussed.     

三光路熔池图像的视觉注意特征提取

焊缝跟踪和熔透控制都是焊接质量控制中的重要部分.试验采用三光路视觉传感系统,在铝合金脉冲GTAW焊接过程中,三个光路同时采集熔池正前方、斜后方、斜下方图像,并投影到同一幅图像上.图像包含了焊缝、正面熔池和背面熔池等丰富的信息.采用视觉注意的方法找到图像各部分与熔池特征参数相关的小区域进行处理,将图像中包含的熔池特征参数提取出来.结果表明,视觉注意方法用于焊接过程中熔池特征的实时检测时,由于只处理感兴趣的小区域,比一般方法具有更高的明确性以及高效性.     

基于红外透过滤光片的P-GMAW熔池图像传感

被动视觉熔池传感技术常采用窄带滤光片使熔池辐射较强而弧光较弱的某波长范围内的光进入摄像机,以抑制弧光干扰获得较清晰的熔池图像.在分析熔池辐射光谱分布、电弧光谱分布和摄像机光谱敏感曲线等影响熔池成像因素基础上,文中提出采用红外透过滤光片拍摄熔池图像,最大程度利用近红外波段熔池辐射能量高而电弧辐射弱的特点,同时透光波长范围的增加也避免了摄像机敏感性不足而导致的成像质量下降问题.P-GMAW熔池传感试验结果表明,红外透过滤光片能够较好的抑制弧光,在脉冲电流峰值和脉冲电流基值期间均可获得清晰和细节丰富的熔池图像.     

基于视觉传感的电子束深熔焊焊缝表面成形的预测

基于视觉传感的方法,获得了钛合金电子束焊熔池图像．采用二值形态学图像处理算法对熔池图像进行了处理,得到了熔池的边缘,并在此基础上利用自己开发的一套熔宽提取程序实现了熔宽的准确提取．找到了熔宽的波动性与焊缝表面成形之间的对应关系,当熔宽波动较大时,表面成形较差,而当熔宽波动较小时,表面成形较好．经过分析,提出用变异系数C...     

填丝脉冲GTAW熔池形状定义和图像处理

在填丝脉冲GTAW过程中,从熔池图像上可以观察到熔池形状的变化,如度、长度、后拖角和表面高度等。熟练焊工可以根据变化的情况实时地调整焊接规范,保证焊缝成形稳定,利用获得的焊接熔池图像,采用一定的熔池图像处理算法可以计算出熔池形状的特征参数,以满足过程建模和实时控制的要求。本针对填丝脉冲GTAW熔池形状变化的特点,提出了统一的熔池形状非线性拟合公式和熔池形状参数。设计了快速图像处理算法,满足在实际焊接过程中提取熔池形状参数的要求,试验结果证明,熔池形状非线性拟合公式准确,图像处理算法有效,为进一步焊接过程的建模和控制奠定基础。     

脉冲熔化极气体保护焊熔池的视觉传感与实时控制

研究对脉冲熔化极气体保护焊（GMAW）熔池过程采用视觉传感与实时控制方法的可行性问题。由于GMAW过程的熔滴过渡现象的复杂性，尝试模拟焊工通过观察熔池变化等因素来调整焊接参数获取满意的焊缝成形的行为。建立了脉冲GMAW过程熔池视觉传感系统，宏观上将熔滴过渡对熔池特征的影响作为黑箱过程处理，根据脉冲GMAW弧光光谱分布和熔池图像特征提取，实现对脉冲GMAW熔池动态过程的实时检测。采用辨识算法建立焊接动态过程的数学模型，进而设计脉冲GMAW熔宽的PID控制器，实现对脉冲GMAW熔池宽度的实时控制。试验表明，建立的视觉传感系统、图像处理算法以及控制器设计检测与控制熔池变化在一定程度上的能够满足脉冲GMAW焊缝宽度的实时性与精度要求。     

MAG焊熔池图像各区域定义及近似熵分析

依据弧焊熔池图像对焊缝成形缺陷的影响,定义了头部、中部和尾部三个熔池分区,深入研究了弧焊熔池图像与焊缝表面成形质量之间的关系、并通过大量试验验证,得出了弧焊熔池图像各区域视觉特征与焊缝成形缺陷之间的主要关系．运用混沌学的近似熵方法对熔池三个区域灰度值分布梯度进行了分析研究．结果表明,各区域灰度梯度的近似熵值与焊缝成形质量基本呈正相关性,近形熵值越大,成形越好,研究的试验数据为基于熔池图像评价和控制焊缝成形质量提供了一种新型量化指标．     

Weld pool vision sensing and image processing for GMAW

It is difficult to acquire satisfied weld pool image by CCD sensor during gas metal arc welding(GMAW), for arc disturbs violently, welding current is great and working frequeacy is high. By using CMOS vision sensor to GMA W process, the vivid weld pool image is collected at any time, furthermore, whose gray compression ratio is controllable by sensor hardware circuit developed. Acquired weld pool image is firstly pre-processed by using Wiener filter and Ostu threshold segmentation algorithm. Subsequently separation between weld pool intage and cathode mist region is conducted by means of mathematical morphological algorithm, and the edge of weld pool image is extracted by using Prewitt algorithm.