[發明專利]一種熔池形貌檢測及弧焊機器人控制方法

有效

• 申請號: 202010031333.6
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111275634B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 謝非;朱騰飛;楊繼全;劉益劍;劉宗熙;陸飛;馮春梅;汪璠;吳俊;章悅
• 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: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/11;G06T7/13;G06T7/60;B23K9/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華;于瀚文

本發明公開了一種熔池形貌檢測及弧焊機器人控制方法，包括：采集弧焊增材制造熔覆池視頻，提取單幀彩色圖像，進行灰度變換和噪聲濾波；進行掩膜修補，剔除金屬液滴區域部分，去除圖像多余的部分，利用天牛須搜索自適應閾值算法的邊緣檢測，進行閾值分割和灰度增強，從而達到對圖像進行去噪和增強；通過像素遍歷搜尋出熔覆池圓心，再進行區域圖像分割、鏡像對稱和組合，擬合出橢圓，通過圓心遍歷出長軸和短軸，對長軸和短軸像素數大小進行計算，判斷長軸和短軸的變化量，進而控制弧焊機器人是否繼續打印，再根據當前圖像是否為最后一幀來決定是否結束循環，進而實現本方法，為弧焊增材制造打印質量提供低成本、高效率的檢測分析與控制方法。

技術領域

本發明屬于弧焊增材制造與圖像處理的技術領域，涉及一種熔池形貌檢測及弧焊機器人控制方法。

背景技術

弧焊增材制造是以三維CAD模型轉換為數字STL模型為基礎，通過對其切片處理生成加工路徑，然后以逐層疊加的方式完成材料的填充，最終實現目標件成形。其小熔池熔煉與鑄造的工藝特點，能解決大型金屬構件鑄造過程中成分偏析的問題，能低成本、高效率地制造成分均勻、力學性能好的高性能大型金屬構件，是金屬三維打印的重要發展方向之一。

在弧焊增材制造的過程中，往往需要對金屬基材熔化并形成熔池，影響熔池形貌的因素有很多，比如說激光的功率，打印速度等，這些因素也都影響著打印結果，打印結果的好壞就可以通過熔池形貌的變化反應出來，而在弧焊增材制造過程中，其熔池形貌是不斷變化的。目前，對熔池形貌的分析識別有通過有經驗的工人全程監控，進而調整工藝參數，但是效率較低；也有通過對成形過程中溫度場的演變與組織轉變行為來監控，這種方法復雜且繁瑣，成本較高。通過對熔池形貌的特征提取及識別，針對熔池形貌的平面圖像乃至動態圖像進行分析，找出一套合理可靠的算法，推算出熔池平面的具體形貌，以及實時的變化情況，甚至于解決在只有單攝像機拍攝下，對熔池形貌邊緣大小做出適當的測算，為弧焊增材制造打印質量提供低成本、高效率的檢測分析與控制方法。

發明內容

本發明目的在于，實現對弧焊增材制造過程中熔覆池形狀和尺寸的實時檢測，提供了一種熔池形貌檢測及弧焊機器人控制方法，包括如下步驟：

步驟1，采集弧焊增材制造熔覆池視頻，從視頻中提取單幀熔覆池視頻序列幀彩色圖像；

步驟2，針對提取的單幀熔覆池視頻序列幀彩色圖像進行灰度變換得到熔覆池灰度圖像，從而減少計算量，降低后續處理的復雜性；

步驟3，由于圖像在傳輸過程中，會有很多噪聲，為了減少噪聲對后續圖像擬合時的影響，對熔覆池灰度圖像進行濾波處理。為了讓濾波后的圖像保留更多的細節和平滑的邊緣，對熔覆池灰度圖像進行基于多級卷積核加權的噪聲濾波，得到熔覆池濾波圖像；

步驟4，為了系統能夠自動的減少金屬液滴區域部分對熔池邊緣的影響，對基于多級卷積核加權的噪聲濾波圖像進行基于閾值處理的掩膜修補方法，去除金屬液滴區域部分，得到修補后的熔覆池灰度圖像；

步驟5，為了減少邊緣檢測所用的時間，對修補后的熔覆池灰度圖像進行兩次區域圖像分割，分離出多余的圖像，保留核心的部分，得到二次區域分割圖像。

步驟6，為了快速而準確的檢測出熔覆池圖像的邊緣部分，對二次區域分割圖像進行基于天牛須搜索自適應閾值算法的邊緣檢測，得到熔覆池邊緣檢測圖像；

步驟7，為了進一步消除非邊緣部分以及增強現有的熔覆池邊緣形貌視覺效果，對熔覆池邊緣檢測圖像進行閾值分割【可參考夏博文.基于圖像處理的覆冰絕緣子覆冰特征與閃絡特性研究，天津大學，碩士學位論文，2018，pp.16-18】和基于粒子群算法的伽馬變換，進行灰度增強，得到去噪和增強后熔覆池邊緣圖像；

步驟8，為了后續能夠進行橢圓擬合，對去噪和增強后熔覆池邊緣圖像進行像素遍歷，得到熔覆池的圓心像素點坐標；