基于微景深的激光焊接拼缝测量方法-机械电子工程专业论文.docx

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□ ，在 年解密后适用本授权书。 不保密□。 (请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I I 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。 关键词：激光焊接 对接拼缝 视觉测量 微景深 清晰度 II II Abstract There are many advantages in laser welding, such as high energy density, high welding speed, narrow heat-affected zones, small welding deformation, and easy to realize automatic control, etc. Therefore, laser welding has been widely applied to the mechanical manufacturing, aerospace industry, automotive industry, shipbuilding, powder metallurgy, biomedical, microelectronics industry, etc. The allowable seam gap width and misalignment in laser welding is very small. The laser focus must be positioned accurately along the seam trajectory, and the defocus distance from the laser focus to the seam surface must be suitable. The welding laser beam must be adjusted to the local surface normal vector for 3-D complex seam on the surface. Therefore, the seam gap width, seam position and