[发明专利]一种适用于窄间隙MAG堆焊熔池图像的多特征提取方法

说明书

本发明公开了一种适用于窄间隙MAG堆焊熔池图像的多特征提取方法，具体为：从熔池特征角度出发，搭建了合适的熔池图像采集平台，先设置感兴趣区域，再通过OTSU阈值分割法的特性粗分割出熔池的明、暗区，再按照不同区域采取不同的图像特征提取方法，最后根据窄间隙MAG堆焊场景下重新定义了熔池特征并准确提取，实现了熔池特征的自动提取。本发明，有效的提高了图像处理算法的并行性，保证了熔池特征提取的实时性。

技术领域

本发明属于智能焊接领域，涉及熔池图像处理，尤其涉及一种适用于窄间隙MAG堆焊熔池图像的多特征提取方法。

背景技术

随着智能制造的发展，焊接机器人由于其高精度、可重复性等优势逐渐取代了手工焊接，而手工焊接熔池监测中采用的“眼-脑-手”的质量控制方式难以满足自动化焊接实时性和闭环控制的要求。

近些年，随着计算机视觉的发展，建立有效的熔池图像处理策略也逐渐成为焊中熔池监测的研究重点。熔池图像通过滤波系统在采集系统感光元件上成像，转换为电信号通过总线传输给工业计算机，计算机处理过程即为熔池图像处理。熔池图像处理包含图像采集、图像增强、图像分割、图像特征定义和提取等步骤，质量控制单元再根据特征数据来对焊接质量进行控制，因此熔池图像处理是焊接质量控制的前提。

随着熔池监测方法研究的深入，研究人员结合不同工艺中熔池的特点建立合理的图像处理策略用于焊中质量预测，取得了一定的成果和进展。专利“基于视觉清晰度与轮廓提取的熔池图像异常检测方法”中采用两个不同配置的摄像头组成双光路视觉感知装置，有效的提高视觉轮廓和清晰度提取精度，但采用两个摄像头的方法成本较高且难以适用于工作空间有限的场景；专利“一种适用于深烙K-TIG焊熔池和锁孔入口特征参数的提取方法”将焊接图像分为电弧区域图像、熔池中部图像和熔池尾部图像成功提取出熔池和锁孔轮廓，但图像的分区依靠人工划分，难以适用熔池变化较大的场景。除此之外，相关研究成果对本专利所涉及的窄间隙MAG堆焊的工艺场景下的熔池特征提取鲜少报道。

窄间隙堆焊因其在生产质量和成本等方面所展现的技术和经济优势已成为中厚板焊接技术的主要方向之一。相对于其他的焊接方式，窄间隙堆焊焊接面窄导致监测空间有限问题和焊道深导致飞溅、弧光危害集中等问题，造成熔池难以观察。另外，堆焊场景下不同焊接层光强变化大，对熔池图像处理带来挑战。

发明内容

为解决MAG窄间隙堆焊工艺场景以及工艺带来的弧光、飞溅等危害造成的图像特征难以自适应提取的问题，本发明提供一种适用于窄间隙MAG堆焊熔池图像的多特征提取方法。

本发明的一种适用于窄间隙MAG堆焊熔池图像的多特征提取方法，包含以下步骤：

步骤1：安装设备和调试设备。

由于窄间隙焊接以旁轴方式无法观察到深层熔池信息，工业相机必须按照同轴方式安装在焊接机器人上。将CMOS工业相机安装上镜头和滤光系统，沿焊接方向同轴装配在焊接机器人末端执行器上，与焊枪位姿保持相对静止，采用设置工业相机与焊接平面呈40度夹角，斜向下指向熔池，与熔池中心距离20cm，通过工业计算机将相机曝光时间设置为150μs，曝光补偿设置为10dB。

步骤2：采集熔池图像。

设置窄间隙MAG堆焊焊材进行焊接实验，同时工业计算机控制采集系统开启，此时采集熔池图像通过总线传输到工业计算机中。

步骤3：图像分析及方法设计。通过收集到的图片对比分析，熔池头部区域由于电弧作用使得灰度值大，且熔池内部形态不稳定；熔池尾部区域由于离电弧作用区较远以及焊条的遮挡导致灰度值与头部灰度值差距较大。另外，熔池头部区域受弧光、飞溅影响大，尾部区域受危害影响小。

S3.1：特征定义。