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强背景光的高频目标物频谱分析及信息提取研究

林浩亮  
【摘要】:近年来,随着焊接自动化研究的深入开展,人们发现熔池下塌变形与工件的熔透程度有密切的关系,熔池表面的三维信息更能反映焊接状态,熔池表面的三维检测日益受到关注。由于焊接过程强烈的弧光干扰、熔池高温辐射和类镜面反射等使得熔池三维面形信息检测变得十分困难。 条纹空间相位测量术是一种非接触、高速在线的光学三维面形传感技术,结构光条纹以一定空间分布形式投向被测物,通过解调位相与高度的关系测量出物体的三维面形,已在工业检测、生物医学、制鞋和服装等领域取得巨大成功,然而对于强烈弧光背景的熔池图像,结构光栅线条纹的光强太弱,不能解调出高度信息。从信息光学的角度出发,把受强电弧光干扰的光栅条纹看成被摄图像,欲提取的光栅条纹是相对的高频物分布,电弧光是相对的低频物分布,它们的傅立叶频谱分布是不一样的,可以用空间滤波方法提取高频信息。因此,熔池表面的三维检测首先要研究强背景光下高频目标物频谱分析及信息提取问题。 本文研究弧焊区强背景光和所投影的激光栅线条纹分别在光谱坐标下和空间频谱坐标下的不同分布,研究低焊接电流情况下提取熔池变形光栅条纹所需的光谱窗口和空间滤波器。 搭建了适用于平焊熔池面形传感的复合光学滤波系统和光学空间滤波系统,并通过实验提取出强电弧光下熔池表面的变形光栅条纹。 分析了熔池图像灰度分布特征,比较了不同图像处理方法的效果,确定出相对较好的方法,并对熔池图像进行了数字图像处理,较好地提取出图像边缘。 初步讨论了两级滤波系统的引入对熔池三维面形信息检测的影响,利用空间滤波系统,使拍摄系统的光轴得以垂直于参考平面,简化了熔池面形信息提取的后期数据处理,为进一步提取焊接熔池的三维面形信息创造了有利条件。


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