基于全局立体匹配算法的熔池表面三维形貌的重建

【摘要】：目前，焊接产品的制造已逐步走向自动化、智能化，随着机器人焊接的推广使用，对精确控制焊接熔透状态提出了很高的要求。传统的手工焊接过程中，熟练的焊工用肉眼观察熔池的表面形貌，根据获取的熔透状态信息调整焊接参数，因此可以使用视觉传感器来代替人眼获得熔池表面形貌信息以控制焊接参数。本文针对脉冲熔化极气体保护焊（P-GMAW）熔池表面，采用基于双棱镜的单摄像机立体视觉系统，实现了Q235对接打底焊的脉冲基值期间的熔池表面形貌三维建模。 本文搭建了一套双棱镜单摄像机被动立体视觉系统，选用合适的窄带滤光片与减光片组成滤光系统以减弱弧光的干扰，以双目立体视觉测量原理为出发点，分析了系统标定原理，采用黑白棋盘式靶标对系统进行了标定，得到了左右虚拟摄像机的内外参数和相对位置关系。为了提高标定精度，对立体图像对进行了极线校正。 采用两种全局立体匹配算法实现了熔池立体图像对的匹配，即基于固定空间置信传播的立体匹配算法和基于种子空间生长法的立体匹配算法。文中阐述了通过基于固定空间置信传播算法和基于种子空间生长算法两种方法重建全熔透状态的P-GMAW打底焊熔池表面三维形貌的过程，给出了每种方法的重建结果，比较发现后者算法重建结果较好。因此采用标定模板图像对双棱镜单摄像机系统重建精度进行了分析验证，最大重建误差为0.10714mm，误差较小，说明了系统的可靠性。最后采用基于种子空间生长算法对不同熔透状态下的熔池图像对进行了重建，并分析得出从未熔透到过熔透，熔深变化率和最大熔深依次变大。