双丝气体保护焊熔池视觉检测与特征分析

南京理工大学
硕士学位论文
双丝气体保护焊熔池视觉检测与特征分析
姓名：***
申请学位级别：硕士
专业：材料加工工程
指导教师：***
20060601
硕十论文双丝气体保护焊熔池视觉检测与特征分析
普通ＣＣＤ摄像机直接获取熔池区正面图像，其设备简单、价格低廉，国内焊接研究人员对此进行了大量研究，并取得了一定成果。

在国内，南京理工大学的王克鸿、熊亮同等人提出了近红外波段取像的思路，设计了基于不同取像机理的二种复合窄带滤光系统，在ＴＩＧ焊和ＰＴＩＧ电弧加热下，采用普通ｃｃＤ传感器从正面对重熔自动ＴＩＧ堆焊铜熔池进行了传感采集，对１０６４ｎｍ、９８０ｎｍ、５２０ｎｍ和４０５ｎｍ滤光条件下的取像结果进行了比较分析，找到了相对较好的取像窗口，获得了清晰的铜熔池图像。

由传感试验结果得出：采用ＴＩＧ弧热源，近红外波段易于获得较清楚的熔池图像；ＰＴＩＧ弧基值期间利用４种滤光波段都可获得清晰的熔池图像，图１．２．１和图１．２．２分别表示在ＴＩＧ焊和ＰＴＩＧ焊条件下采集到的清晰图像【１３】。

图ＩＩ．１ＴＩＧ焊铜熔池图像图１．２．２ＰＴＩＧ焊铜熔池图像
天津大学宋永伦等人根据电弧的光谱分析，其谱线存在连续谱线和特征谱线，选择带有金属特征谱线的光谱窗口，避免强的电弧氛围特征谱线和连续谱，而获得高的信噪比，通过试验得出了ＧＴＡＷ焊接低碳钢的最佳检测窗口为４０４．４姗左右的结论Ｉｌ”．哈尔滨工业大学刘玉池、娄亚军等人相继对脉冲ＧＴＡＷ焊熔池图像的检测进行了研究，利用熔池对电弧的反射光作为信号源，选择中心波长为６６１ｒｉｍ的窄带窗口，并取得Ｔ，１６ｌ清晰的熔池区图像【１５．Ｉ酊。

随后赵冬斌等人又对填丝脉冲ＧＴＡＷ焊熔池图像的检测进行了研究，使其具有更广阔的应用范围１１７】。

文献【埔ｌ认为实际生产中的焊接还是以恒流ＧＴＡＷ为主，因此对恒流ＧＴＡＷ焊接中的熔池检测进行了研究，采用中心波长为６１０ｎｍ的窄带窗口，获取了恒流ＴＩＧ焊熔池区较清晰的图像。

在国外。

Ｋｅｎｊｉ．Ｏｈｓｈｉｍａ等人提出一种周期性降低焊接电流，在低电流时通过同步装置控制摄像机电子快门，降低电弧光的干扰，来获取清晰的熔池区图像【１卅．Ｒ．Ｋ．Ｈｏｌｂｅｒｔ和Ｒ．Ｗ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ等人近期又设计了一种双摄像机视觉系统用于ＣＯ，激光焊熔透实时信息的获取唧ｌ。

该视频系统通过两个摄像机记录图像，并在分离的屏
硕士论文双丝气体保护焊熔池视觉检测与特征分析
熔池成４５度夹角。

该激光平均功率７ｍｗ，峰值功率７０ｋｗ，一个脉冲周期内脉冲持续时间为３ｎｓ。

脉冲激光发射到熔池及周围金属区域，摄像机通过同步装置来获取在脉冲激光照射瞬间的熔池图像。

脉冲期间，激光强度远超过电弧和热态金属的辐射光强度。

使用此套系统，在不同焊接工艺下的熔池图像的对比度都比较高。

通过大量的这类图像，发现了熔池图像的熔池长度及后拖角与焊缝熔透有良好的对应关系。

文献［２５１认为利用这种方法获取的熔池图像是所有方法中最清楚的。

图１．２－３和图１．２Ａ分别是实验装置示意图和获得的熔池图像。

图１．２．３实验装置示意图图１．２Ａ熔池图像
激光脉冲频闪法可以获得非常清晰的熔池图像，通过专门的图像处理可获得熔池的尺寸及形状参数，利用人工神经网络建立起熔池表面尺寸及形状参数与背面熔宽之间的关系模型，依据所建立的模型可设计对熔深、熔透进行实时控制的焊接参量控制器。

在对熔透要求较严格的焊接产品中，有较好的实际应用前景。

但不足之处在于目前这种装置的价格较昂贵，摄像机与激光发生装置在焊枪周围占据的空间较大，使用的灵活性较差，对于焊接烟尘、高温辐射的抗干扰能力较差。

１．２．２．４同轴检测法。

Ｒ．Ｗ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ等人采用了一种同轴传感方法用于焊接过程检测与控制１２６】。

为避开电弧干扰，该方法利用焊枪的机械结构拦挡电弧的烁亮区，获取电弧正下方的熔池图像。

在非熔化极气体保护焊（Ｇ强ｗ）中，焊枪与工件平行放置，钨棒折弯９００用专用电极固定在焊枪上，在喷嘴顶端连接有密封的光学玻璃。

整个传感器机构架在带有光通口光学支座上，以便接收器件能够从此光通口接收到熔池的辐射光。

在反射镜与该光学支座之间有一片中继镜。

熔池图像通过与钨捧同轴的光路经反射镜反射，再经过滤光片滤光，被摄像机接收。

文献【２７】对填丝ＧＴＡＷ的同轴传感设备进行了研究，文献【嚣Ｊ的研究内容中也提到了与上述方法基本类似的同轴传感设备。

‘同轴取像法电弧中心很自然地被电极尖端遮住，防止图像系统由于电弧光的存在而过度曝光，整个焊接区域能够无阻碍的检测到，而且图像没有变形，并且检测光路被包含并保护在焊枪和保护气流当中，降低了烟尘、飞溅和爆破带来的不利影响．采用这种方法传感熔池信息设备复杂、庞大，由于阴极斑点的存在和电弧其他不稳定干扰因素的影响，电弧烁亮区偏离电弧轴线时将大大减低熔池图像的清晰度，这种现象
５
参数下的脉冲熔滴过渡形式，为控制焊接热输入量以及焊缝成形奠定了基础［３９１。

Ｘｕ，Ｗｅｎ－Ｌｉ等人，对高强铝合金双丝焊接温度场进行了分析研究；而且对２２１９高强铝合金的双丝焊温度场进行了数学模拟，并在实际焊接温度测量中对数学模型进行证实１４０ｌ。

Ｔｕｓｃｋ建立了数学模型对双丝焊焊丝熔敷率过程进行研究，并且在实践中，对焊接模型得到数据结果进行了验证。

结果证实该模型是一个简单，准确便于应用到实际生产中的有效模型１４ｌ】。

Ｔｕｓｅｋ对双丝和三丝埋弧焊进行了研究，结果表明焊丝增加对工件变形、熔敷率、电弧能量以及接头性能均产生影响【４２ｌ。

日本学者进行了ＴＡＮＤＥＭＭＡＧ焊接研究，重点进行了焊接金属熔池模型分析，进行了两个电极之间距离对金属熔池稳定的研究。

而且对焊丝进行了研究改进，使其更有效适应高速度双丝焊接１４３１．
１．４难采集熔池视觉传感技术研究现状
１．４．１铝合金熔池视觉采集技术
上海交通大学的王建军、林涛等人通过分析铝合金ＴＩＧ焊接光谱分布图，发现在近红外区波长为６００＿－７３０ｎｍ范围内，铝合金光谱主要由连续光谱组成，甚至在６１０—６７０咖范围内无氩谱线分布。

同时试验证明，在焊接电流大于８０安培的情况下，电流波动范围２０安培时，连续光谱强度的变化不明显。

最终初次滤波选用通带吸热玻璃片，吸收较强的离散谱线，防止在焊接过程中由于电流的剧烈变化产生光源过强或过弱的情况使图像各部分的灰度对比弱化；＝次滤波选用中心波长为６６０ｎｍ，半宽为２０ｎｍ的滤光片，以保证焊接电流波动剧烈时仍然有足够的光照强度，保证熔池图像清晰。

减光功能由减光玻璃片和ｃｃＤ摄像机组合完成ｍｌ。

图１．４．１和图１．４．２表示实验系统示意图和采集到的熔池图像。

ｃｃＤｍｍ钔．减光片平面馕焊蓑熔地
图１．４．１试验系统图１．４．２熔池图像
上海交通大学的杨学勤等人根据光谱分析，提出了适应于铝合金焊接熔池图像提取的具有二次滤波功能的滤光系统。

初次滤波选用６００－－７２０ｎｍ的截止滤光片，它只让波长大于６００ｎｍ且小于７２０ｎｍ的光通过，可以防止高强的氩和其他谱线的干扰。

二次
滤波采用中心波长为６６０ｎｔｏ，半宽为２０ｈｍ的滤光片，以保证焊接电流波动剧烈时仍然有足够的光照强度，保证熔池图像清晰。

利用设计的采集系统对３ｎｎｎ厚度的锻铝２Ａ１４材料，进行了大量的图像提取实验，效果良好Ｈ卯。

图１．４．３和图１．４．４分别表示不同电流、滤光条件下采集到的熔池图像。

鲫痹藉ｌ邕雏赫Ｉ瓣§瓣嚣臻雹巍知Ｉ瓣Ａ黼撵霞电藏／，，７０Ａ
图１．４．３不同电流条件下的熔池图像
图１．４．４不同滤光条件下的熔池图像
甘肃有色金属材料重点试验室石歼、吴巍等人通过分析铝合金ＭＩＧ焊接区电弧的光谱主要ｒｈ叠加在较低的连续光谱上的氩元素光谱和铝元素光谱组成，发现在可见光波长为６００－－８００ｈｍ范围内，氩的谱线较弱，虽然这一区域不存在铝元素谱线，不能利用熔池的自身发光成像，但可利用弧光对熔池的照明来实现成像。

通过试验研究，选择用６１０ｎｍ＋ｌＯｎｍ的窄带滤光片加两片３０％的减光片和一片焊接用标准吸热玻璃片可以实现较好的滤光效果ｍｌ。

图１．４．５和图１．４．６表示实验系统示意图和采集到的熔池图像。

图１．４．５试验系统图１．４．６熔池图像
１．４．２射流过渡熔池视觉采集技术
南京理工大学王克鸿、汤新臣等人分析研究了弧焊熔池信息视觉传感方法以及取像机理。

针对短路过渡和射流过渡熔池视觉信息，提出了充分利用熔池自身辐射光，在近红外波段取像的思路。

试验中采用了基于近红外区、可见光区和金属特征谱来取像，分别通过中心波长为１０６４ｎｍ、９８０ｎｍ、６１１ｒｉｍ、４０５ｒｉｍ的窄带复合滤光系统，通过比较性实验，发现１０６４ｎｍ和９８０ｈｍ的熔池图像最清楚。

最终得出了近红外区为最佳的熔池取像窗口【４”。

图１．４．７表示不同滤光条件下采集到的熔池图像。

图１．４．７不同滤光条件下采集到的熔池图像
１．５本课题主要研究内容
本课题以中碳调质钢和铝合金双丝气体保护焊焊接过程为研究对象，以普通ＣＣＤ摄像机为主要传感手段，采用复合滤光技术，从熔池的后方采集清晰熔池图像，并采用计算机图像处理技术分析和提取视觉图像成形质量特征。

‘主要研究工作有：
１．设计一套双丝焊熔池视觉传感系统，通过复合滤光系统获得清晰的熔池图像。

２．对摄像机进行定标，找到世界坐标与像平面坐标之间的关系。

３．进行中碳调质钢和铝合金双丝焊工艺试验，得出合理的工艺及规范参数范围。

４．分别采用传统方法和形态学方法分析处理熔池图像，优化设计计算机图像处理算法及相关软件，完成对熔池轮廓特征的自动提取。

５．在比较中碳调质钢和铝合金双丝焊熔池图像特征的基础上，完成熔池图像灰度特征的分析研究，初步得出焊偏、焊穿熔池的图像特征。

图２．２．１双丝焊机结构图和实物图
双丝焊接系统的主要构成部分：
（１）ＳＴＡＲＭＡＴＩＣＲ４５０ＴＯＰ姒Ｇ电源
一个为主电源、一个为辅电源。

初级能耗６０．－２８安培；焊接能力２０一４５０安培，１００％暂载率；焊接电压范围１４．－４４伏特；空载电压７０伏特；频率ｌＯ一５００Ｈｚ。

每个ＳＴＡＲＭＡＴＩＣＲ４５０ＴＯＰＭＡＧ电源由控制部分、电源部分和冷却部分。

如图２．２．２所示。

图２．２．２ＳＴＡＲ＇ＴＩＣＲ４５０ＴＯＰＭＡＧ电源图２．２．３远程控制单元
（２）远程控制单元
调节参数包括主，辅机电流、电压、送丝速度、气体流量检测、错误记忆删除、人工送丝操作等。

如图２．２．３所示．
（３）送丝机
送丝机采用欧式接口、４轮驱动送丝，送丝控制可以分为手动和气动两种方式，焊丝选择直径范围为０．８．１．６ｍｍ；送丝速度变化范围为１－２０ｍ／ｒａｉｎ。

如图２．２．４所示。

图２．２．４送丝机内部结构和外部结构
（４）焊枪。

焊枪相连的两根电缆线是不导通的，分别与主、副电源连接；焊枪的两个导电嘴的倾斜角度是不同的，前一个导电嘴轴线垂直于水平面；后一个导电嘴轴线与水平面的垂直线的夹角为１５。

如图２．２．５所示。

图２．２．５焊枪
２．３熔池视觉传感系统
２．３．１传感方法分析
对于视觉传感系统，目前主要有两种设计思路：一是ＣＣＤ摄像机通过光路系统采集熔池图像，这样摄像机可以远离熔池区。

二是不采用任何光路系统，直接用ＣＣＤ摄像机拍摄熔池，这样省去复杂的光路系统，能够更加直观地采集到熔池图像。

经过多次实验发现，用光路系统拍摄熔池图像时，采集到的熔池图像较小，不便于进一步的图像特征分析，而且中心有弧光笼罩，这样对以后的图像处理工作也带来一定的困难。

而直接拍摄时，因为摄像机距离熔池相对较近，所以采集到的熔池图像与实际情况相差不多，这样能更好地接近实际，减小误差，对更深入的图像处理具有很好的作用。

但是由于熔池区强烈的热辐射，会使摄像机在工作一定的时间后温度过高，另外在图像传感的质量上，由于电弧光电信号的影响，会对ＣＣＤ信号的采集产生干扰，导致所采集的图像上存在噪声，影响图像的质量。

综合比较两种视觉传感方法的优缺点，对于噪声，可以利用图像滤波等处理方法解决这一问题，但是对于最终达到焊接过程的质量控制，则必须获得清晰可见的熔池图像，所以考虑到图像处理和特征提取的便利性、完整性，本课题采用对熔池进行直接拍摄。

ＣＣＤ摄像机将通过复合滤光系统消除电弧光的干扰，采集熔池区图像，然后将采集到的熔池图像信息以视频信号形式输入至图像采集卡，最后送至计算机进行图像处理，获得相关的熔池信息。

在实际操作过程中，ＣＣＤ摄像机将尾随焊枪进行运动，而不会让ＣＣＤ摄像机处在焊枪运动的路线前面，这样采集到的图像只是熔池的头部区域，无助于图像分析。

此外，为了防止飞溅，在ＣＣＤ摄像机镜头前安装了一块普通玻璃片，同时专门设计了一套摄像机保护装置防止对机身的损坏。

如图２．３．Ｉ所示。

图２．３．１直接拍摄视觉传感系统
２．３．２视觉信息传感器构成
视觉信息传感器主要由ＣＣＤ摄像机、图像采集卡、复合滤光系统组成。

２．３．２．ＩＣＣＤ摄像机
本课题选用的是台湾敏通生产的ＯＳ一４５Ｄ型ＣＣＤ摄像机，其主要性能参数如表２．３．１所示。

由于焊接工作环境比较恶劣，要求摄像机要有比较强的抗电磁干扰能力，同时要求摄像机要有较高的分辨率，精确提取熔池信息。

衷２．３．１ＣＣＤ摄像机主要性能参数
靶面面积总像素扫描频率７．９５∞ｇ６．４５ｍ
７９５０Ｄｘ５９６（Ｖ）
６２５Ｌｉｎｅｓ，５０Ｆｉｅｌｄｓ／ｓｅｅ
快门速度
１／１００一ｌ／１０００００￥０Ｃ
硕士论文双丝气体僳护焊熔池视觉检测与特征分析
（６）可以实现正面以及侧面的ＣＣＤ摄像机架设。

这套夹具由黄铜（Ｈ５９）和不锈钢材料制成，共包括七个部件。

部件一固定在焊枪轴上；部件三与部件一用螺钉联接，在部件三上有滑块与部件二联接，保证部件二能够在水平方向移动：在部件二上有滑块与部件六联接，保证部件六能够在垂直方向移动；在部件六上可以悬挂摄像头，来拍摄行走方向上的熔池图像。

部件四与部件一用螺钉联接，在部件四上有滑块与部件五联接，在部件五上可以悬挂摄像头，来拍摄双丝焊横向的熔池图像。

图２．３．２是夹具的主观图和侧视图，图２．３．３是摄像机保护装置图，图２．３．４是夹具实物图。

图２．３．２夹具的主视图和侧视图
图２．３．３摄像机保护装置图图２．３．４夹具实物图
２．４摄像机定标
计算机视觉采集系统的基本任务之一是从摄像机获取的图像信息出发，计算三维空间中物体的位置、形状等几何信息，做出正确反应。

因此，计算机视觉的中心任务就是利用计算机实现对三维物体的描述，这里所说的描述是指由三维信息获取二维图像的过程。

首先必须解决的都是三维物点与二维像点的对应关系问题，这种对应关系是由摄像机成像几何模型所确定的，而确定这种关系的过程就是摄像机定标．具体的
硕士论文双丝气体保护焊熔池视觉检测与特征分析
续表
序号滤光片（ｍ）数量（个）减光片（ｍ）数量（个）采集效果
２７６１１ｌｏ．５Ⅷ．１‘２弧光强
２８８２０ｌ０．鼹＋０．１■２不清晰
２９９８０ｌＯ．５针０．１％２熔池清晰，边界清楚３０１０６４ｌ０．８瞥｝ｏ．１■２看不到弧柱区
３ｌ４０５２０．５％＋ｏ．１‘２不清晰
３２６ｌｌ２Ｏ．５枷．１■２看不到熔池
３３８２０２ｏ．８枷．Ｉ■２看不到熔池
３４９８０２０．５％十ｏ．１＿２屏幕黑色
０．５枷．１■２屏幕黑色３５１０“２
３．２．３实验结果
通过大量的对比实验，发现选择中心波长为９８０ｈｍ和１０６４ｎｍ的滤光片均能够采集到熔池图像，而在选择中心波长在８２０ｎｍ以下的滤光片时，熔池区域被强烈的电弧光笼罩，基本分辨不出其边界。

这一实验现象也验证了前文提出的在近红外区采集熔池图像理论的可行性。

经过大量的配比实验后，选择１个中心波长为９８０ｈｍ的滤光片、１个通过率为０．１％和１个通过率为０．５％的中性减光片组成的复合滤光系统时，熔池图像的采集效果最好，熔池区对称且边界清晰。

图３１２．１是不同滤光组合下的熔池图像，其中第（ｅ）组图像的采集效果最好。

（ａＪ４０５ｎｍ－ｒＯ．１％（ｂＪ９８０ｎｔｏ＋ｏ．１％
（ｃ）１０６４ｎｍ＋Ｏ．１％（ｄ）￥２０ｎｍ＋Ｏ．５％加．Ｉ％
硕｝论文双丝气体保护焊熔池视觉检测与特征分析
～
（ｅ）９８０ｎｍ＋Ｏ．５％＋ｏ．１％（ｆＯ１０６４ｎｍ＋Ｏ．５％加．１％
图３．２．１不同滤光组合下的熔池图像
在实验过程中，发现焊接电流、电压和焊接速度对熔池图像的尺寸有着很大的影
响，如果熔池尺寸过小，将对熔池图像的处理及特征分析带来困难，所以焊接工艺参
数是影响熔池图像质量的一个重要因素。

图３．２．２是表３．２．２中一些焊接规范下采集到
的熔池图像，图３．２．３是在不同焊接速度下采集到的熔池图像。

（ａ）第１组工艺施焊熔池图像（ｂ）第４组工艺施焊熔池图像
（ｃ）第５组工艺施焊熔池图像（ｄ）第６组工艺施焊熔池图像
（ｅ）第１１组工艺施焊熔池图像（ｆ）第２０组工艺施焊熔池图像
图３．２．２不同焊接规范下的熔池图像
硕十论文双丝气体保护焊熔池视觉检测与特征分析
图３．２．３不同焊接速度下的熔池图像
３．３铝合金熔池图像采集实验
３．３．１实验准备与实验条件
．铝及铝合金材料表面容易氧化，生成一层致密而坚硬的氧化薄膜，该薄膜很容易吸水，它不仅妨碍焊缝的良好熔合，而且是生成气孔和夹渣的主要根源。

此外，如工件表面被油污、锈、垢污染后，也会引起焊接缺陷。

为了保证焊缝质量，防止气孔、夹渣、未焊透等缺陷的产生，焊前必须要对工件及焊丝进行严格清洗，去除其表面的油污和氧化膜。

（１）脱脂去油处理。

将焊丝、焊件待焊处的油污用丙酮溶液进行擦洗。

擦洗时要将焊接坡口及两侧３０～５０ｍ范围内的部位都要擦洗干净。

（２）去除氧化膜。

去除氧化膜可以采用机械法或者化学处理的方法。

本实验采用机械法去除氧化膜。

用铜刷、不锈钢刷或者刮刀把坡口及两侧５０ｍ范围内的氧化膜刷除或者刮除干净，露出金属光泽。

在实验中，不可采用砂纸或者砂轮打磨，因为铝及铝合金材质较软，在打磨过程中沙粒可能被压入母材内，在焊接时可能会产生焊接缺陷。

清理后还要用丙酮或者酒精清洗，以去除残余氧化膜或者油污等。

工件和焊丝清理后需及时施焊，因为存放时间过长，工件和焊丝表面会吸附水分，同时可能又重新生成氧化膜，所以在清理之后最好及时施焊，一般希望在２－３小时内施焊，最多不能超过２４小时，
３．３．３实验结果
经过大量的实验证明：采用中心波长为４０５ｒｉｍ、６１１ｒｉｍ和８２０ｈｍ的窄带滤光片不能有效滤除强烈的电弧光，熔池区被弧光全部覆盖，采集到的图像呈现烁亮状态；
采用中心波长为９８０ｈｍ的窄带滤光片时，能够看到熔池图像，但是边界不清晰；而
采用中心波长为１０６４ｎｍ的滤光片和Ｏ．１％的减光片的滤光组合时，拍摄到的铝合金熔
池效果最好。

熔池边界清晰且对称，焊道明显。

图３．３．１是不同焊接规范下采集到的
熔池图像。

图３．３．２是不同焊接速度下的熔池图像。

图３．３．１不同焊接规范下的熔池图像
■●ｒ
图３．３．２不同焊接速度下的熔池图像
在进行了大量的实验后，发现摄像机中轴线与水平方向的夹角在４０～４５度之间时，采集效果最佳。

图３－３．３是在不同角度下拍摄的熔池图像。

图３．３．３不同拍摄角度下的熔池图像
３．４影响图像清晰度的因素
双丝焊作为ＧＭＡＷ的一种，其电弧光谱辐射是线光谱辐射和连续谱辐射的叠加，光谱分布与单丝焊基本相同，但由于两个电弧仅相距１８姗，两个电弧的弧光叠加，紫外，可见光更强，熔池图像的信噪比很小，强烈的弧光始终是影响熔池图像采集的最大阻碍。

特别在铝合金双丝焊时，由于铝合金表面能够反射全波段可见光，且熔池与母材的温差小，熔池两侧的边界更加难以分辨。

经过大量的实验，总结出影响双丝焊熔池图像采集效果主要有以下几个影响因素：
１．窄带滤光片
窄带滤光片是熔池图像采集系统的重要部件，它只允许波长与滤光片中心波长相差不大的光线通过。

采用滤光片消除弧光的干扰，可以使摄像机在一个弧光对熔池辐射比例恰当的较窄的范围内获取熔池图像。

它的选择是否合适直接影响到图像的采集效果。

如果中心波长选择过小，摄像机会同时采集到电弧光和熔池区的光线，熔池区就会被强烈的电弧光笼罩，这样的图像对于后期的图像处理和熔池特征分析没有意义：如果中心波长选择过大，又会把所有的光线滤除掉。

在本课题中，采集中碳调质钢的熔池图像时，选用中心波长８２０ｈｍ以上的滤光
颂七论文双丝气体保护焊熔池视觉检测与特征分析
像属于外杂散光，它是由于小面积高亮度的目标经由非正常光路面在像面上形成的本来不存在的像。

产生杂光的原因很多，主要是光学系统各元件表面、边缘面、光阑面、镜筒和检测面的反射与散射造成的。

其中以空间透镜各表面的低级次多重反射最为重要，它是产生鬼像的主要原因。

杂散光和鬼像的危害性在于降低像面的对比度和调制传递函数，使整个像面的层次减少，清晰度变差，甚至形成杂光斑点，严重时使目标信号完全被杂散辐射噪声所淹没。

所以，正确预计空间光学系统的杂散光是实现合理的光学设计、保证成像质量的重要前提【”Ｊ。

图３．５。

１鬼像
针对鬼像问题，目前主要有以下两种解决方案。

一种是利用黑点板消除鬼像。

就是在照明系统的平行光路中加入一个中心带有黑点的平板玻璃（被称为黑点扳），并使黑点板处在与鬼像共轭的位置上，黑点的大小使得黑点的像完全覆盖住鬼像．另一种是利用环形光阑消除鬼像。

环形光阑及其成像中心是不透明的黑暗区域，如果能把某一球面的鬼像成在照相机的孔径光阑上，除了可以消除鬼像，还可以减少一个黑点板【矧。

结合实际条件，在本实验中制定了一个解决杂散光问题的方法。

首先采用将离散的滤光片、减光片封装在一起，保持较高的同轴度，目的是消除减光片与滤光片之间的反射；其次，为了阻碍飞溅损坏摄像机镜头，设计在镜头前加装～块普通透明玻璃片进行保护，所以在摄像机镜头前专门制作了一个环形套筒，保证套筒前平面与镜头平面平行，避免光线在系统表面形成折射，造成内杂散光现象的发生。

实验证明，这种做法能够很好的消除杂散光的影响。

３。

５．２机械抖动
由于ＣＣＤ摄像机固定在焊枪上，在焊枪行走过程中难免会产生抖动，这样采集到
的图像非常模糊，对熔池图像的采集质量造成很大的影响。

图３．５．２是受到机械抖动
３ｌ。