基于机器视觉的电弧增材路径识别与修复研究

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电弧增材制造是金属不断的熔化逐层累加直至零件成形的过程,但是在电弧增材过程中不可避免的会产生各种缺陷,若在某一层出现缺陷而继续后续的增材势必会导致成形后的目标零件出现不可修复的缺陷,因此可利用视觉技术对电弧增材过程进行分层在线检测。激光视觉传感技术由于图像处理过程简单,测量精度较高以及抗干扰能力强等优点被广泛应用到电弧增材制造领域,因此本文利用激光传感技术对电弧增材制造过程中容易产生的驼峰和偏移缺陷进行缺陷检测。根据缺陷位置的特点制定相应的算法获取缺陷位置的像素坐标,并对驼峰和偏移缺陷制定相应的修复方案,分析修复结果是否满足要求。本文首先搭建一套激光视觉缺陷检测系统,包括视觉系统总体方案设计、激光视觉传感器夹具的机械设计以及视觉系统硬件的选取等。利用张正友标定法标定视觉传感器,获得其畸变系数、内参矩阵以及总投影误差,实现了图形畸变的去除,获得更为精确的像素坐标。对图像处理进行分析和研究,为了实现焊道特征点的获取需要对激光条纹进行图像预处理,其过程包括ROI感兴趣区域选取、滤波、图像分割、噪点干扰去除、形态学修复以及中心线提取算法。由于中心线的提取会影响后续特征点提取的精度,因此本文选取一种改进灰度重心法获得更加平滑的激光条纹中心线。在对激光条纹中心线提取的基础上研究基于Hough变换焊道特征点检测和基于最大距离作垂线法对焊道特征点进行检测,并根据实验要求对这两种特征点检测算法进行比较,选取其中一种算法进行本文后续实验。针对偏移缺陷检测与修复,可根据整体偏移与局部偏移的特点选取合适焊道的特征点,根据焊道特征点数据的波动判断是否存在缺陷,对于整体偏移大于正常偏移量的情况,提出一种基于窗口缩小法寻找最低点来获得缺陷处的路径,其余缺陷均可利用基于最大距离作垂线法所获取的特征点根据需要进行偏移或者偏移作垂线即可获得缺陷位置的路径,根据偏移缺陷的特点制定修复方案并进行分析,并取得良好的修复效果。针对驼峰缺陷检测与修复,可根据驼峰的特点选取焊道中点坐标实现对驼峰缺陷检测和修复路径的获取,针对驼峰缺陷特点制定波峰波谷错位法和降低熔敷和送丝速度逐步修复两种方案,并对这两种修复方案进行对比分析,其修复结果良好。
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