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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究背景

1．1．1 研究背景

1．1．2 选题意义

1．2 国内外发展现状

1．2．1 重建方法

1．2．2 立体匹配方法

1．3 研究内容

1．4 课题技术路线

第2章 单摄像机立体视觉系统及系统标定

2．1 双棱镜单摄像机立体视觉系统

2．1．1 传统摄像机立体视觉系统

2．1．2 镜像式单摄像机立体视觉系统

2．1．3 双棱镜单摄像机立体视觉系统

2．2 试验系统构成

2．2．1 焊接系统

2．2．2 采集系统

2．3 系统标定

2．3．1 双目立体视觉的测量原理

2．3．3 摄像机内参数

2．3．3 两虚拟摄像机之间的相互关系

2．3．4 标定结果

2．4 极线校正

2．4．1 极线几何关系

2．4．2 基本矩阵F

2．4．3 极线校正方法

2．4．4．图像极线校正结果

2．5 本章小结

第3章 全局匹配算法研究

3．1 基于置信传播的立体匹配

3．1．1 置信传播算法理论基础

3．1．2 获取视差图的BP算法

3．2 基于种子空间生长的立体匹配

3．2．1 区域生长算法理论基础

3．2．2 种子空间生长理论基础

3．2．3 基于种子空间生长理论的匹配

3．3 本章小结

第4章 熔池表面三维重建与结果分析

4．1 基于固定空间置信传播算法的熔池表面三维重建

4．1．1 熔池图像对采集

4．1．2 熔池图像对前期处理

4．1．3 基于固定空间置信传播算法的熔池图像对立体匹配

4．2 基于种子空间生长算法的熔池表面三维重建

4．3 系统重建精度分析

4．4 不同熔透状态下熔池表面三维重建结果分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢