基于小波变换的CO2气体保护焊短路过渡熔滴图像的边缘提取

摘要

在现代制造业生产中，作为一种重要的焊接工艺方法，CO2气体保护焊接具有焊缝质量好、可操作性强、生产效率高等优点，在生产中得到广泛的应用。对熔滴图像的分析可以为CO2气体保护焊接熔滴过渡过程的机理研究提供证据，也有利于焊机的动态控制的研究，使焊接质量的控制更直观，更具针对性。本文根据小波多尺度变换提取边缘理论，对CO2气体保护焊接熔滴真实边缘进行提取。 论文在采用背光拍摄法的基础上创新性地设计了微距高速摄影光路系统，采集焊接短路过程的熔滴图像。该系统由背光光源、UV镜（紫外线滤光镜）、ND镜(中性灰度镜)、干涉滤光片、微焦距镜头、C-Mount(C型转接口)组成。该系统有效地克服了电弧光的影响，可以得到较为清晰的CO2气体保护焊接熔滴图像。 论文根据采集到的原始图像特点，分别进行了图像截取、平滑去噪和图像增强预处理，缩短了后续处理时间，改善了图像质量、突出了特征图像信号。在图像增强处理中，根据CO2气体保护焊接熔滴图像的阶段特点，创新性地将短路过程分为短路前期、短路阶段和电弧复燃-平稳燃弧期三个阶段，分别实施参数不同的图像增强处理。 论文设计了基于小波多尺度变换提取边缘理论的熔滴真实边缘提取方法。作者在以小波模值的局部极大值点作为边缘的判定方法的基础上，设计了幅角方向的判据，提高了检测准确度。试验结果表明，此方法对CO2气体保护焊熔滴图像的边缘提取效果要好于传统的边缘检测方法。对于电弧复燃-平稳燃弧期具有不完整边缘的图片，本文提出利用三次样条插值和多项式拟合的方法进行进一步的边缘提取。 完整清晰的熔滴边缘是显示熔滴变化，准确计算熔滴形状大小、熔滴与熔池距离的前提，它们又是研究短路焊接理论，改善工艺等的基础。本文的图像处理算法提取熔滴真实边缘为进一步改善CO2气体保护焊工艺，研究短路过渡过程和智能控制打下基础。