[發明專利]一種基于串行輪廓搜索的熔覆池形狀視覺檢測方法

有效

• 申請號: 201811267100.5
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109509181B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 謝非;楊繼全;劉益劍;楊建飛;施建平;馮春梅;汪璠;陸飛;莫志勇;邱鑫
• 申請（專利權）人: 南京師范大學;南京智能高端裝備產業研究院有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T7/62
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 黃振華

本發明公開了一種基于串行輪廓搜索的熔覆池形狀視覺檢測方法，該方法利用高速工業相機采集金屬三維打印熔覆池視頻，從視頻中提取單幀熔覆池彩色圖像；針對提取的單幀熔覆池彩色圖像進行灰度變換、灰度反轉及灰度拉伸；利用局部差分算子對均值濾波后的圖像進行邊緣提取，再進行膨脹與腐蝕處理，保留面積最大的區域，剔除其他區域；最后，對熔覆池區域的二值圖像進行串行輪廓搜索，得到熔覆池區域的二值輪廓圖像，完成熔覆池形狀視覺檢測，為金屬三維打印過程中熔覆池形貌分析提供依據。

技術領域

本發明屬于金屬三維打印與圖像處理的技術領域，涉及一種基于串行輪廓搜索的熔覆池形狀視覺檢測方法。

背景技術

現如今，金屬三維打印與激光熔覆是一種新興的金屬特種加工技術，利用高能激光束照射到待加工材料(涂層材料和基材)表面使之迅速熔化、擴展及快速凝固，在基材表面形成具有耐磨、耐腐蝕、抗氧化等特殊性能的冶金結合層的工藝，從而形成具有不同性能的高質量合金熔覆層。激光熔覆作為一種新興的堆積成形技術，高能激光束將激光噴頭擠壓出的金屬或合金粉末熔化，在基體表面形成熔池，合金粉末熔化凝固形成熔覆層，連續多層熔覆層堆積最終形成工件。

激光熔覆質量的好壞直接影響到加工零件的質量，目前像金屬三維打印的激光熔覆質量全靠有經驗的工人全程監控，及時調整工藝參數，不僅費時費力，長時間工作也影響工人的身體健康，不能滿足金屬三維打印質量自動評估的要求。激光熔覆過程中的熔池是各種工藝參數相互作用的結果，直接影響到熔覆層的成型質量，是聯系工藝參數和熔覆層質量的紐帶，通過合理匹配熔覆工藝參數，保證熔覆池熔接質量、多道搭接和多層疊加，最終控制熔覆層的成形質量。通過對激光熔覆池的形狀進行視覺檢測與分析，可以實現對激光熔覆質量的自動評估及監測功能。

發明內容

本發明目的在于，針對目前金屬三維打印與激光熔覆系統實現對激光熔覆質量的自動評估及監測功能，提供了一種基于串行輪廓搜索的熔覆池形狀視覺檢測方法，包括如下步驟：

步驟1，利用高速工業相機采集金屬三維打印熔覆池視頻，從視頻中提取單幀熔覆池彩色圖像；

步驟2，針對提取的單幀熔覆池彩色圖像進行灰度變換得到熔覆池灰度圖像，然后進行灰度反轉，對灰度熔覆池圖像的灰度值進行線性取反，得到與原灰度熔覆池圖像灰度相反的灰度反轉熔覆池圖像，，稱為反灰度熔覆池圖像，從而減少后續圖像的計算量；

步驟3，為了使熔覆池區域和非熔覆池區域有明顯的灰度變化，對反灰度熔覆池圖像利用線性變換進行灰度拉伸以更好的提取熔覆池邊緣，灰度拉伸后得到反灰度熔覆池灰度拉伸圖像，再進一步對此拉伸圖像進行均值濾波【可參考朱方園.面向圖像平滑濾波器的盲檢測算法,天津大學,碩士學位論文,2014,pp.15-17】，降低噪聲影響；

步驟4，利用局部差分算子對均值濾波后的圖像進行邊緣提取，再進行膨脹與腐蝕處理，使熔覆池區域和非熔覆池區域明顯分開，同時對每個連通的區域進行區域號標定，計算各個連通區域面積，保留面積最大的區域，剔除其他區域，并對面積最大的區域進行填充，具體方法為將面積最大區域內所有像素點的像素值置為1，其余像素點像素值置為0，得到熔覆池區域的二值圖像。

步驟5，對熔覆池區域的二值圖像進行串行輪廓搜索，按從上到下，從左到右的順序找到熔覆池區域的二值圖像中第一個像素值為1的邊緣點，然后在當前邊緣點上，向四周8個鄰點探索，從中找到下一個邊緣點，然后移步，再以下一個邊緣點作為當前邊緣點，繼續探索，直至回到起始點串行輪廓搜索結束，得到熔覆池區域的二值輪廓圖像。

步驟6，計算熔覆池區域二值輪廓圖像中兩兩像素點的距離，記錄距離最大值記為a，記錄并求取距離最大值兩像素點坐標中間點坐標，記為熔覆池區域的中心位置并存儲。

步驟2包括：將熔覆池灰度圖像中每個像素點的灰度值利用以下公式重新賦值：

gn(i,j)＝255-g(i,j)