專利名稱：攪拌摩擦焊弧形紋間距的圖像識別方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機械加工技術，尤其是一種攪拌摩擦焊技術，具體地說是一種攪拌摩擦焊弧形紋間距的圖像識別方法。
背景技術：
攪拌摩擦焊(FSW)于90年代初發(fā)源于英國，主要工作原理是通過圓柱形攪拌頭伸入工件的接縫處，通過高速旋轉產生的摩擦熱使接縫處材料升溫軟化，同時通過圓柱攪拌頭旋轉的攪拌作用使兩側材料相互粘結，攪拌頭沿著焊縫移動最終達到焊接的效果。攪拌摩擦焊相對于其它經典焊接方法有較多鮮明的特點，其焊接過程不需要其它焊接材料而是焊件直接相連，而在其焊縫表面則會形成一系列的沿著焊縫方向平行的曲線形紋路稱之為弧形紋。對于弧形紋而言，其弧度和間距是其兩個重要的特征參數(shù)。其中弧形紋弧度主要與攪拌頭軸肩半徑有關，而半徑則受到較多參數(shù)的影響，如攪拌頭移動速度、攪拌頭旋轉速度、軸肩與焊接材料間的摩擦系數(shù)以及焊接材料等，由此可見弧形紋間距反映著攪拌摩擦焊過程中主要參數(shù)的變化，而據(jù)申請人所知對于弧形紋參數(shù)的檢測目前尚未有學者對其進行研究，因此，發(fā)明一種攪拌摩擦焊弧形紋間距識別的方法已成為當務之急，其對研究攪拌摩擦焊過程有著重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有攪拌摩擦焊加工過程中不能實時得到弧形紋間距進而影響攪拌摩擦焊成形機理研究的問題，發(fā)明一種能實時監(jiān)測弧形紋間距的攪拌摩擦焊弧形紋間距的圖像識別方法。本發(fā)明的技術方案是—種攪拌摩擦焊弧形紋間距的圖像識別方法，其特征是它包括弧形紋圖像的獲取、圖像的二值化處理、圖像的二值化后處理、垂直條紋截取和弧形紋間距的確定；(I)弧形紋圖像的獲取是指對攪拌摩擦焊表面弧形紋進行圖像采集時，以相對于弧形紋表面夾角小于90度的入射的光源為圖像采集用光源；(2)弧形紋圖像的二值化包括第一步對所采集到的彩色圖像首先進行灰度化；灰度化圖像在二值化之前先進行濾波處理；第二步灰度圖像的二值化；對于濾波后的灰度圖像選擇雙峰間的谷底處的亮度值作為二值化的閾值；(3)圖像的二值化后處理，包括以下步驟第一步孤立點去除；在圖像二值化過程中，由于灰度圖像中的噪點的存在使得二值化后的黑白圖像中會有與條紋分離的孤立點的存在，鑒于孤立點的面積與條紋面積有著非常大的差距，所以采用連通域面積檢測的方法去除孤立點選擇圖片高度方向上的像素數(shù)作為連通域的“閾值”，當連通域像素數(shù)小于等于此“閾值”時刪除此連通域，而大于此“閾值”的連通域則予以保留；第二步條紋內缺陷去除；在二值化過程中條紋內部某些區(qū)域像素沒有轉為“I”值所形成的內部空洞區(qū)域稱為條紋內部缺陷；通過對比，暗紋區(qū)域與缺陷區(qū)域最顯著的特點即在長度上，暗紋區(qū)域的長度等于圖片的高度，而缺陷區(qū)域的長度則遠小于此值，因此選取一個接近于暗紋區(qū)域長度的比較值，在操作時首先對原二值圖像取反，使需要進行處理的“0”值點轉化為“ I”值以便進行處理，然后運用 連通域檢測的方法對圖像中所有連通域進行檢測并刪除長度小于比較值的連通域，刪除完成后再對圖像進行取反操作，如此則能完全的刪除條紋中的缺陷區(qū)域； 第三部殘缺條紋去除；殘缺條紋是由于圖像的局限性在圖像左右兩側的邊緣產生的不完整的條紋，在計算弧形紋間距時若所計算的圖像數(shù)據(jù)中包含了這些殘缺條紋則會對計算結果有影響；這些殘缺條紋的共同特點是與圖像的左右兩側邊緣相接觸，針對此特點采用連通域的方法通過檢測在圖像左側邊緣，即第一列像素，以及右側邊緣，即最后一列像素中出現(xiàn)的連通域，這些連通域即為有殘缺的條紋，為了防止在前續(xù)圖像處理過程中有可能出現(xiàn)的條紋與圖像邊緣產生剝離，在檢測圖像邊緣連通域時選擇三列像素的寬度，這樣既不影響內部完整條紋也能有效降低殘缺條紋去除的失誤率；(4)垂直條紋截取，包括以下步驟對于處理后的二值圖像，由于弧形紋的弧度所以在圖像中弧形紋上的不同點的半徑與圖像的水平方向夾角不同；為了便于計算則需要找到半徑與水平方向平行的點，即切線垂直的點，位于此點水平線上的條紋由于半徑與水平方向垂直，所以圖像中亮紋中心的水平間距即為弧形紋的間距；對于此點的尋找采用圖像矩陣列向量搜索的方法；因為此點的切線與圖像的垂直方向平行，所以從左向右對圖像的每一列像素即二值圖像矩陣的列向量進行搜索當出非全零的列向量時，則說明此列向量的坐標即為左側第一條條紋的垂直切線的位置；由于默認采用從左向右搜索的次序適用于左凸的條紋，所以對于右凸的條紋則需要對圖像水平翻轉再進行檢測；通過對列像素搜索獲得垂直切線位置后，在此基礎上來確定水平半徑的位置，由于圖像中垂直切線的位置上往往有多個條紋上的像素點，所以采用加權平均值的方法來計算水平半徑的位置，其計算方法如下設i為第n列列向量中的元素的序號，m為列向量行數(shù)，q(n，i)為第n列i行的值(I或0)，則加權平均值Q等于
權利要求
1.一種攪拌摩擦焊弧形紋間距的圖像識別方法，其特征是它包括弧形紋圖像的獲取、圖像的二 值化處理、圖像的二值化后處理、垂直條紋截取和弧形紋間距的確定； (1)弧形紋圖像的獲取是指對攪拌摩擦焊表面弧形紋進行圖像采集時，以相對于弧形紋表面夾角小于90度的入射的光源為圖像采集用光源； (2)弧形紋圖像的二值化包括 第一步對所采集到的彩色圖像首先進行灰度化；灰度化圖像在二值化之前先進行濾波處理； 第二步灰度圖像的二值化；對于濾波后的灰度圖像選擇雙峰間的谷底處的亮度值作為二值化的閾值； (3)圖像的二值化后處理，包括以下步驟 第一步孤立點去除；在圖像二值化過程中，由于灰度圖像中的噪點的存在使得二值化后的黑白圖像中會有與條紋分離的孤立點的存在，鑒于孤立點的面積與條紋面積有著非常大的差距，所以采用連通域面積檢測的方法去除孤立點選擇圖片高度方向上的像素數(shù)作為連通域的“閾值”，當連通域像素數(shù)小于等于此“閾值”時刪除此連通域，而大于此“閾值”的連通域則予以保留； 第二步條紋內缺陷去除；在二值化過程中條紋內部某些區(qū)域像素沒有轉為“I”值所形成的內部空洞區(qū)域稱為條紋內部缺陷；通過對比，暗紋區(qū)域與缺陷區(qū)域最顯著的特點即在長度上，暗紋區(qū)域的長度等于圖片的高度，而缺陷區(qū)域的長度則遠小于此值，因此選取一個接近于暗紋區(qū)域長度的比較值，在操作時首先對原二值圖像取反，使需要進行處理的“0”值點轉化為“I”值以便進行處理，然后運用連通域檢測的方法對圖像中所有連通域進行檢測并刪除長度小于比較值的連通域，刪除完成后再對圖像進行取反操作，如此則能完全的刪除條紋中的缺陷區(qū)域； 第三部殘缺條紋去除；殘缺條紋是由于圖像的局限性在圖像左右兩側的邊緣產生的不完整的條紋，在計算弧形紋間距時若所計算的圖像數(shù)據(jù)中包含了這些殘缺條紋則會對計算結果有影響；這些殘缺條紋的共同特點是與圖像的左右兩側邊緣相接觸，針對此特點采用連通域的方法通過檢測在圖像左側邊緣，即第一列像素，以及右側邊緣，即最后一列像素中出現(xiàn)的連通域，這些連通域即為有殘缺的條紋，為了防止在前續(xù)圖像處理過程中有可能出現(xiàn)的條紋與圖像邊緣產生剝離，在檢測圖像邊緣連通域時選擇三列像素的寬度，這樣既不影響內部完整條紋也能有效降低殘缺條紋去除的失誤率； (4)垂直條紋截取，包括以下步驟 對于處理后的二值圖像，由于弧形紋的弧度所以在圖像中弧形紋上的不同點的半徑與圖像的水平方向夾角不同；為了便于計算則需要找到半徑與水平方向平行的點，即切線垂直的點，位于此點水平線上的條紋由于半徑與水平方向垂直，所以圖像中亮紋中心的水平間距即為弧形紋的間距； 對于此點的尋找采用圖像矩陣列向量搜索的方法；因為此點的切線與圖像的垂直方向平行，所以從左向右對圖像的每一列像素即二值圖像矩陣的列向量進行搜索當出非全零的列向量時，則說明此列向量的坐標即為左側第一條條紋的垂直切線的位置；由于默認采用從左向右搜索的次序適用于左凸的條紋，所以對于右凸的條紋則需要對圖像水平翻轉再進行檢測；通過對列像素搜索獲得垂直切線位置后，在此基礎上來確定水平半徑的位置，由于圖像中垂直切線的位置上往往有多個條紋上的像素點，所以采用加權平均值的方法來計算水平半徑的位置，其計算方法如下 設i為第n列列向量中的元素的序號，m為列向量行數(shù)，q(n, i)為第n列i行的值(I或0)，則加權平均值Q等于
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征是在進行圖像二值化處理時所使用的濾波方法選擇中值濾波，而在濾波窗口的選擇上考慮到弧形紋的形貌特點選擇長矩形的濾波窗口，窗口尺寸為3X15。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征是在進行條紋內缺陷去除時所使用的比較值等于圖像高度的八分之七。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種攪拌摩擦焊弧形紋間距的圖像識別方法，其特征是它主要包含圖像獲取、圖像二值化處理，二值圖像后處理，條紋間距檢測和計算。首先，獲得攪拌摩擦焊弧形紋工具顯微鏡圖片；其次，對弧形紋工具顯微鏡圖片先經灰度化、濾波和二值化；再次，對二值化后的圖像去除孤立點、去除條紋內部缺陷和去除邊緣殘缺條紋；最后，對條紋間距計算范圍進行確定、條紋間距計算和數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明的攪拌摩擦焊弧形紋間距的圖像識別方法極大地豐富了弧形紋參數(shù)的獲取方法，為弧形紋參數(shù)在攪拌摩擦焊接中的研究提供了一定的基礎。
文檔編號G06K9/60GK102779279SQ20121019474
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權日2012年6月14日
發(fā)明者孫玉利, 宋波, 左敦穩(wěn), 張圣斌, 江世好, 汪洪峰, 辛鋮浩, 鄧永芳, 黎向鋒 申請人:南京航空航天大學