机器视觉在焊接熔池实时检测与参数测定中应用开题报告

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1、开题报告机器视觉在焊接熔池实时检测与参数测定中应用1选题的背景、意义需要决定产品，只有满足需要的产品才有生存的空间，这是不变的规律。视觉传感也是如此。我国已经成为全球集成电路的一个重要需求市场，半导体和电子市场已初具规模，而面对如此强大的半导体产业将需要高质量的技术做后盾。同时它对于产品的高质量、高集成度的要求将越来越高。恰巧，视觉传感将能帮助它们解决以上的问题。视觉传感的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不合适人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉代替人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产

2、品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和审查的自动化程度。而且用机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。正是由于这种视觉传感可以快速获取大量信息，而且易于同设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将视觉传感广泛地应用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。随着焊接自动化智能化研究的深入，人们越来越注重对焊接质量的控制，其中熔透与成形直接反映了焊接质量，因此检测出反映焊缝熔透和成形质量信息对于质量控制是非常关键的[1]。目前，国内众多研究人员在视觉传感方面进行了广泛的研究，该课

3、题任何新技术方面的任何尝试都是具有实际意义的。2相关研究的最新成果及动态熔池视觉检测提取出焊接区图像，其目的是通过图像处理，获取熔池区的各种参数信息，通过研究建立相应的参数的输入输出模型得到所需要的具有实际意义的参数，并与相同规范下标准数据进行比较，利用设计的软硬件进行反馈控制，从而实现焊接过程的智能化控制。在自动化焊接过程中，图像传感技术用于焊缝跟踪、焊接过程稳定性监测和熔透控制等，而熔透控制以其难以直接监测的特点，更注重熔池信息的捕获，通过建立熔池图像特征信息与熔池之间的映射关系，实现熔深预测和控制。图像传感技术以其独特的优势，成为自

4、动化焊接中质量控制关注的焦点。但在焊接过程中提取的图像不可避免的受到光电信号以及飞溅的影响，而且焊接过程的不确定性也造成了难以获取质量最佳的图像。图像处理的最终目的就是要将关于熔池的信息特征从所采集的图像背景中分离出来。通常首先需要对焊接区域原始图像进行图像增强，用于去除噪声，图像增强技术主要包括图像的平滑、滤波和锐化等。常用的边缘提取方法是对采集的原始图像按像素的某个邻域狗仔边缘算子，如梯度算子，拉普拉斯算子等，基本原理是对图像的每个像素，考察它邻域内灰度的变化，利用边缘附近一阶或二阶方向导数变化规律检测边缘。就普通的光电灰度图像而言，

5、目前一些通用的经典图像处理算法几乎都可以用来对之进行特征提取，但由于焊接过程以及熔池图像采集方式的特殊性，熔池图像是经过滤除电弧得到的，通常灰度梯度均匀，采用常规的图像处理技术仍旧难以得到清晰地焊接图像，也就无法获取需要的熔池边缘几何参数，因此需要根据焊接图像的特点设计具有针对的图像处理方法和算法。在焊接熔池图像处理过程中结合模式识别技术，通过对视觉传感器采集的熔池图像进行处理，可以得到大致的熔池轮廓图像，但是由于焊接过程的特殊性，普通的图像处理技术难以获得精确的熔池边缘，因此需要借助其他的智能处理技术加以改进。对于初步处理后的图像上不确

6、定的点，特别是鼓励的、游离于确定轮廓外的点，利用模式识别技术，将符合确定要求的一些点拟合到轮廓曲线中去，并滤除其他不符合要求的点，从而得到更精确的熔池边缘轮廓，为焊接过程的自动反馈控制提供可靠的信息源。清晰地熔池图像在其他很多方面都有着广泛有效地应用，华中科技大学使用激光二极管在V型坡口条件下对焊缝图像进行分析处理并用于指导焊缝跟踪[2]，清华大学陈强等[3]在焊缝CCD图像基础上对焊缝轨迹的识别也做了研究。此外，利用图像处理与识别技术，国内众多研究人员在焊缝射线检测和焊缝缺陷的自动识别方面要进行了广泛的研究并取得了相应的成果。目前，国内

7、外众多的研究人员进行了针对焊接电弧光谱采用CCD配合各种减光、滤光措施对焊接过程实时监控的试验研究。ZhangYM和Kovacevic.R等人[4]提出了脉冲激光频闪熔池图像采集系统，当脉冲激光发射到熔池及临近区域时，摄像机同步获取激光照射瞬间的熔池图像，在激光脉冲持续时间内，由于激光的光强远远大于弧光的光强，使得摄像瞬时电弧下方的景象能被清晰地获取。R.W.Eichardson等人[5]在GTAW焊接过程检测与控制研究中使用了一种同轴传感方式。熔池图像通过与钨棒同轴的光路经滤光片组滤光后被摄像机接受，在MIG焊接过程中，用分光镜代替反射

8、镜同样接收熔池图像。国内天津大学宋永伦等[6]选择了电弧光谱中表征金属元素的特征谱线，以此作为光谱窗口，配合使用滤光减光措施，滤除电弧氛围强烈额特征谱和连续谱，获得了高信噪比的图像。山东大学高