強(qiáng)弧光環(huán)境下焊縫識(shí)別模型及實(shí)現(xiàn)方法研究.pdf

1、現(xiàn)代焊接自動(dòng)化水平日益發(fā)展和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的進(jìn)步以及對(duì)效率和質(zhì)量的高要求，基于視覺傳感的焊縫圖像處理和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)已成了焊縫自動(dòng)跟蹤的一個(gè)重要研究方向。由于在實(shí)際焊接過程中，存在強(qiáng)烈的弧光輻射、高溫、工件熱變形、圖像傳感誤差等噪聲的干擾，難以獲得清晰穩(wěn)定的焊縫區(qū)圖像，對(duì)焊縫區(qū)圖像的攝取，需要通過特定光譜的濾光系統(tǒng)，由圖像采集卡采集圖像并存儲(chǔ)于工控機(jī)，再經(jīng)圖像預(yù)處理、圖像識(shí)別等過程提取出焊縫的準(zhǔn)確位置。焊縫跟蹤技術(shù)是自動(dòng)電弧焊接的一個(gè)重要

2、研究領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)精確的焊縫跟蹤對(duì)于提高焊接質(zhì)量具有非常重要的作用。而要實(shí)現(xiàn)精確的焊縫跟蹤，焊縫偏差（即焊縫中心與電弧的偏差）檢測(cè)技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵。
　　本研究設(shè)計(jì)安裝了一套用于實(shí)驗(yàn)的焊縫跟蹤系統(tǒng)裝置，采用工控機(jī)控制，無(wú)輔助光源的視覺檢測(cè)系統(tǒng)，來完成焊縫的自動(dòng)跟蹤控制。視覺傳感式焊縫跟蹤的一般方法是利用CCD(Charge Couple Device)傳感器實(shí)時(shí)獲取焊接圖像，再利用圖像處理技術(shù)提取熔池中心與熔池前端的焊縫位置信息，兩者之

3、間的差值就反映了當(dāng)前時(shí)刻電弧與焊縫的偏差情況。對(duì)包括圖像濾波、圖像增強(qiáng)、圖像二值化、邊緣檢測(cè)、焊縫位置的提取等基于圖像處理的焊縫處理技術(shù)過程和方法用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析和研究。通過對(duì)焊縫位置中心提取方法的研究對(duì)比，著重研究了基于圖像質(zhì)心的圖像處理方法，并基于圖像質(zhì)心研究了焊縫位置偏差信息提取的新技術(shù)。不同于傳統(tǒng)的通過圖像處理技術(shù)來直接獲取焊縫偏差信息，而是選取特定熔池圖像處理區(qū)域，并將熔池圖像質(zhì)心作為分析焊縫偏差的參量，研究利用熔池特性圖像

4、質(zhì)心參數(shù)來建立焊縫偏差視覺模型的方法。
　　在此基礎(chǔ)上，針對(duì)強(qiáng)電弧干擾所存在的視覺成像不清晰等問題，提出采用分區(qū)多尺度統(tǒng)計(jì)的方法，獲取表征焊接過程偏離狀態(tài)的高維度特征空間，并以此為依據(jù)建立網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。首先，將焊接圖像分離為電弧區(qū)、熔合區(qū)及焊縫區(qū)。其次對(duì)分區(qū)圖像進(jìn)行橫縱坐標(biāo)重構(gòu)，并計(jì)算其相關(guān)性。再提取三個(gè)尺度的重構(gòu)信號(hào)的時(shí)頻特征，構(gòu)建高維度特征空間。采用主成分分析法，實(shí)現(xiàn)對(duì)高維特征空間的維度控制，并以此為依據(jù)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的輸入

5、向量。分別對(duì)強(qiáng)干擾、電弧畸變、聚焦偏離、光圈反射、傳感器偏移等問題進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取模型訓(xùn)練及測(cè)試樣本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用BP網(wǎng)絡(luò)的建模精度高于Elman網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)精度。特別的，采用多尺度特征空間的模型明顯優(yōu)于單尺度特征模型。
　　本文還提出構(gòu)建分區(qū)多尺度統(tǒng)計(jì)特征BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮苊鈭D像預(yù)處理效果對(duì)焊縫偏離測(cè)量的影響。特別的，該方法對(duì)于強(qiáng)電弧干擾下的識(shí)別能力極強(qiáng)，無(wú)需測(cè)量識(shí)別對(duì)象的幾何特征，也無(wú)需對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，即