PDF《计算机视觉传感技术在焊接中的应用》

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2 边缘检测与图像分割 焊接图像中需要检测焊缝、 缺陷或熔池的边缘、 以及代表熔池 、缺陷、坡口截面、接头形式等区域. 代表性的边缘检测方法有 : 空间导数法、模板匹配 法、 小平面模型法 .边缘提取的算法有边缘模型参 考法、 Hough 变换( 用于直线) 、广义 Hough 变换( 用 于曲线) 和松弛法等.代表性的区域( 图像) 分割的 方法有边缘检测法 、 灰度直方图域值法 、 灰度判别准 则法 、 区域生长法等.

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3 特征分析与形状描述 在识别出焊缝 、 熔池或缺陷之后, 还需要进行进 一步的特征分析和形状描述 .如熔池的面积、 宽度、 长度等信息的提取 、 缺陷面积的计算与类型的识别、 接头形式的识别等等.有时还需要将特征分析和形 状描述的结果转换为相应的控制变量 ,为焊缝成形

84 焊接学报第22 卷 的闭环控制或焊缝实时跟踪等提供条件 .

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3 三维视觉传感 当焊接控制要求和精度提高到一定程度时 ,就 需要用到工件、焊缝 、熔池等目标的空间坐标 、位置 状态等三维信息 . 双目视觉法是模拟人的视觉功能, 用双摄像机 从不同角度同时获取目标景物的两幅数字图像 ,通 过一定的计算方法, 重建周围景物的三维形状和位 置,可用于焊接机器人路径规划、 焊缝跟踪和焊炬姿 态优化控制等 [

8 , 9] . 二维图像上各点的灰度值反映了三维物体相应 点上的反射光强度, 而反射光的强度与物体的表面 性质和几何形状有直接联系.基于这一原理可以从 图像灰度恢复三维物体形状 , 目前常用的有光度立 体视觉( Photometric Stereo) 法和由单幅图像恢复物体 形状( Shape from Shading) 的阴影法等,其中阴影法已 经应用于 TIG 焊熔池三维形貌的重建 [ 10] . 经典的结构光三维视觉方法是将基准光栅条纹 结构光投影到物体表面, 条纹随着物体表面形状的 变化而发生畸变 ,摄像机摄取物体表面图像;

然后采 用计算机图像技术, 从被物体表面形状所调制了的 畸变条纹模式中 , 提取出物体的三维信息 .工业应 用中很少采用基准光栅条纹结构光, 而是采用一种 简化的激光扫描照射系统 .图4给出了其系统组成 及对接和搭接这两种典型接头的视觉传感与图像处 理原理 .此类系统已在焊缝跟踪 、 坡口形状与接头 形式检测 、 多道焊排道等方面得到应用 [

11 ~ 15] . 图4激光扫描式结构光系统组成及典型应用 Fig.

4 Principle of laser scanning structure light system and its typical application ( a)System ( b)Joint ( c)Sensed image ( d)Analyzed image 上述三种三维视觉传感方法中, 前两种既可采 用主动光视觉, 也可采用被动光视觉,而结构光三维 视觉属于典型的主动光视觉 .主动光视觉必须借助 相应的外部照明系统来实现 ,系统较为复杂.随着 视觉传感设备和图像处理算法的发展 ,直接摄取目 标的被动光视觉传感方法越来越得到重视 .

2 典型应用

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1 一维视觉传感技术的典型应用 文献[ 16] 介绍了

80 年代初研制成功的一种激 光-光电管式双向跟踪传感系统 .如图

5 所示,He - Ne 激光器发出的光束, 通过光导纤维进入传感 器,在平行于焊接方向的平面内以一定角度投射于 工件上,其反射光被多个光电管组成的点阵式接收 屏所接收 .横向跟踪原理如图5a 所示 ,当光点打在 钢板上时 , G1 接收的信号增强并输出高电平;