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铝合金双丝脉冲熔池视觉三维重建研究

孙科  
【摘要】: 本文设计建立了铝合金双丝脉冲MIG焊双目熔池视觉传感系统,分析与实验研究了传感条件与双目图像质量之间的关系,确定了用于三维重建摄像机的传感方位—双摄像机对称置于熔池后上方,两摄像机轴线相距57mm且夹角为30°,获得了较为清晰的铝合金熔池图像。 提出了一种基于立体视觉的熔池表面形状三维重建方法,突破了双向清晰铝合金熔池图像同步采集问题、摄像机标定及图像畸变校正问题、基于特征点匹配的三维重建问题等关键技术,并设计了三维重建软件,实现了实际物体三维形状恢复、熔宽测量及熔池表面形状三维重建。 利用该方法首先对实物螺母进行视觉传感与三维形状恢复,经验证计算尺寸与实物尺寸平均误差在2%左右;将该方法应用于铝合金焊接过程中,对不同焊速下的双丝PMIG焊熔宽值进行了立体测距,经验证与实际熔宽值平均误差小于3.5%;并计算了一个完整焊接过程中熔宽值的变化,与实际焊缝熔宽测量值变化对比,平均误差小于3%;将该方法用于双丝脉冲焊接铝合金收弧阶段和正常焊接阶段熔池图像的三维重建,恢复了熔池表面三维形状,包括熔池外轮廓、电弧外轮廓和中后部熔池主要特征轮廓。 从获得的熔池尾部三维形状可以反映出,熔池表面并非平面,而呈高低起伏状。焊接过程中由于熔滴冲击力和电弧静、动压力的作用,导致电弧正下方的熔池表面下凹变形,随着填充金属的加入,熔池中后部表面隆起。从恢复得到的形状可以看出,电弧区熔池深度最大,越接近熔池尾部深度越小。 利用基于双目视觉的三维重建方法能够恢复熔池表面三维形状,得到的熔池表面形貌和熔池表面深度分布有助于更深入理解熔池流动行为和焊缝的成形机理,实现熔池三维形状非接触测量,对实现熔池成形、缺陷的实时控制具有重要的研究意义和实用价值。


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