面向等离子熔积直接成形熔池形貌检测

摘要

等离子熔积快速制造技术是采用等离子熔积与光整技术集成直接快速精细制造金属零件原型或零件.熔积质量控制是通过合理匹配熔积过程参数,控制熔积体的成形质量.其中等离子熔积熔池形貌检测是质量控制的关键,通过检测熔池形貌,保证熔积质量,预测熔积工艺参数,从而达到熔积参数预测反馈自动化.采用机器视觉直接观察可以获得很多关于熔池区及其边界的有益信息,对研究熔池形貌自动跟踪有十分重要的意义.但是目前还未能有效加以利用,这是因为熔池区存在大量的弧光、飞溅等噪声的干扰,不易获得清晰稳定的近熔池区图像.鉴于弧光与熔积电流及电弧区辐射之间的相互关系,本文采用与等离子光谱匹配的滤光系统将强烈紫外及部分可见光滤去,余留的光作为光源,通过CCD摄像机获得了稳定的近熔池区图像.通过图像采集卡与计算机图像处理单元互相通信完成图像采集、存储、处理、特征提取、偏差提取以及过程控制等任务.经过滤波系统后采用视觉传感器可以直接拍摄电弧,此方法的优点在于获取近熔池区二维熔池形貌图像,由于图像中包含的信息量丰富直观,加之目前图像处理算法的成熟,使图像处理技术具备了实际过程控制的有利条件.通过实验分析,设计了适合于等离子熔积的外加滤光系统,获得了满意的滤光效果.通过对近熔池区原始图像采取图像增强、图像平滑、图像滤波及图像边缘增强等预处理技术得到了无大噪声干扰的熔池区形貌图像.对熔池形貌图像进行LOG滤波时得到了熔池后方十分清晰的熔池形貌边缘,这点为进一步利用图像处理进行熔池形貌跟踪提供了有利的证据和进一步工作的希望.本研究首次将最大方差阈值特征提取和轮廓提取方法应用到动态视觉实时图像处理中,可以消除不规则的干扰噪声,为提取熔池形貌特征信息打下良好基础.由于这种边缘特征信息识别算法相对简单,大大提高了熔池形貌跟踪过程的处理速度.通过特征提取,获得了精确熔池宽度和熔池中心位置偏差,为等离子熔积质量控制提供了有效反馈.

目录

文摘

英文文摘

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1绪言

1.1课题来源

1.2课题的目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容

2等离子熔积熔池形貌视觉跟踪系统

2.1等离子熔积工艺过程分析

2.2等离子熔积近熔池图像亮度的分布和特点

2.3实时视觉跟踪微机系统的任务及要求

2.4实时检测控制系统硬件系统组成

2.5系统软件流程图及各模块功能

2.6本章小结

3图像预处理

3.1近熔池区图像处理窗口大小、存储格式

3.2熔池形貌视觉图像预处理

3.3本章小结

4熔池形貌信息实时提取

4.1熔池形貌图像阈值分割

4.2熔池最大宽度特征提取

4.3熔池形貌中心位置特征提取

4.4本章小结

5等离子熔积熔池形貌检测实验

5.1实验条件

5.2实验结果及分析

5.3本章小结

6结论与展望

致谢

参考文献

附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文