基于微景深的激光焊接拼缝测量方法

摘要

激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、热影响区范围小、焊接热变形小、焊缝的深宽比大和易实现自动控制等诸多优点,现已逐渐广泛应用于机械制造、航空航天、汽车工业、造船工业、粉末冶金、生物医学、微电子行业等领域。
　　对接拼缝的激光焊接所允许的间隙宽度和错边量均很小,为保证焊接质量,焊接激光束的焦点必须准确地沿着拼缝中心轨迹运动,同时激光束焦点距拼缝表面保持合适的离焦量,激光束方向必须按照拼缝局部表面的法矢进行调整。因此,要保证对接拼缝的激光焊接质量,必须进行拼缝的焊前测量以及焊接过程中的拼缝跟踪。
　　对于微细、错边量小的复杂三维激光焊接拼缝测量,现有的视觉传感器方法不能稳定、可靠地提取出拼缝的中心位置、拼缝宽度等信息。为此,本文提出了基于微景深的激光焊接对接拼缝测量方法。该方法采用高倍光学放大镜头、工业CCD相机和LED外部照明装置,以光学成像光轴与被测表面法矢呈一定角度、检测装置安装在十字滑台的方式,组成了对接拼缝的非接触测量与跟踪系统,既解决了显微放大时景深小、测量范围小的问题,又解决了狭窄拼缝高光学放大倍数拼缝检测与在线实时跟踪的难题。
　　本文根据基于微景深的激光焊接对接拼缝测量系统的特点,提出了视觉检测系统的非线性模型以及系统参数的标定方法。针对所提出的拼缝测量方法采集到的拼缝微景深图像,提出了合理高效的数字图像处理算法,能快速精确地提取出拼缝图像中的清晰带、清晰带中心线、拼缝中心和拼缝宽度等拼缝信息。根据视觉检测系统的非线性模型,能快速地从图像上的二维拼缝信息提取出拼缝的三维信息。实验表明,本系统可快速准确地提取出拼缝中心坐标、拼缝宽度以及拼缝局部表面法矢。满足了激光焊接拼缝的测量和跟踪要求。

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1 绪论

1.1 课题提出的背景及意义

1.2 激光焊接拼缝检测与跟踪技术的国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 基于微景深的激光焊接对接拼缝测量方法

2.1 微景深原理在拼缝测量上的应用

2.2 基于微景深的激光焊接对接拼缝测量方法

2.3 基于微景深的激光焊接对接拼缝跟踪试验平台

2.4 本章小节

3 基于微景深的激光焊接拼缝测量系统的标定

3.1 激光焊接拼缝测量系统的非线性数学模型

3.2 激光焊接拼缝测量系统中摄像机标定

3.3 微景深中心平面与机床坐标系的XmOmYm平面夹角β的标定

3.4 本章小节

4 拼缝信息提取图像处理算法研究

4.1 清晰带及清晰带中心线提取方法

4.2 拼缝中心和宽度的提取

4.3 机床坐标系下拼缝中心、宽度及法矢的计算

4.4 本章小节

5 激光焊接拼缝的实时在线检测与跟踪试验研究

5.1 激光焊接拼缝测量与跟踪试验平台搭建

5.2 焊接拼缝测量精度实验

5.3 本章小节

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录Ⅱ 申请专利