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基于PCA-DBSCAN聚类的焊缝提取研究

郭奥 景会成 葛超 邸志刚

郭奥, 景会成, 葛超, 邸志刚. 基于PCA-DBSCAN聚类的焊缝提取研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 38-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.006
引用本文: 郭奥, 景会成, 葛超, 邸志刚. 基于PCA-DBSCAN聚类的焊缝提取研究[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 38-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.006
GUO Ao, JING Huicheng, GE Chao, DI Zhigang. Research on welding seam extraction based on PCA-DBSCAN[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 38-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.006
Citation: GUO Ao, JING Huicheng, GE Chao, DI Zhigang. Research on welding seam extraction based on PCA-DBSCAN[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 38-43. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.006

基于PCA-DBSCAN聚类的焊缝提取研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.006
基金项目: 河北省自然科学基金项目(F2021209006);河北省教育厅科学技术研究项目(ZD2021332)
详细信息
    作者简介:

    郭奥,男,1999年生,硕士研究生,研究方向为机器人技术及机器视觉。E-mail:13293356833@163.com

    通讯作者:

    郭奥,男,1999年生,硕士研究生,研究方向为机器人技术及机器视觉。E-mail:13293356833@163.com

  • 中图分类号: TP391.4

Research on welding seam extraction based on PCA-DBSCAN

  • 摘要: 针对焊接之后的焊缝提取误差大、不易提取的问题,文章提出了一种DBSCAN聚类(density-based spatial clustering of applications with noise)与改进主成分分析(principal component analysis,PCA)算法融合的焊缝提取算法。首先对焊缝图像进行灰度化、自适应中值滤波等预处理;其次对图像应用Canny边缘检测算法提取焊缝边缘,并使用DBSCAN密度聚类算法聚类焊缝边缘;之后依据改进的PCA算法寻找焊缝的主成分,将焊缝向主向量映射统计,根据图像分辨率自动分配一个阈值获取焊缝的左右边界,再将焊缝的左右边界反映射到次主向量获取焊缝的上下边界;最后按照文章提出的算法完成了三组对比实验,分析了算法受分辨率、焊接方式、光照强度等因素的影响。实验证明,文章提出的算法对直缝提取效果良好,提取精度超过了95%。

     

  • 图  1  焊接设备

    图  2  样本图片

    图  3  预处理流程图

    图  4  聚类框架

    图  5  PCA示意图

    图  6  焊缝分析平台

    图  7  焊缝灰度直方图

    图  8  图2a在$ {\vec u_2} $方向映射计数

    图  9  图2b在$ {\vec u_2} $方向映射计数

    图  14  不同分辨率的提取效果图

    图  10  图2 c在$ {\vec u_2} $方向映射计数

    图  11  分配阈值

    图  12  焊缝边界图

    图  13  焊缝完整形状图

    图  15  焊缝提取方法对比

    表  1  不同分辨率对比

    分辨率/像素 图像数量/幅 提取率/(%)
    640×480 50 89.41
    800×600 50 95.24
    1280×720 50 96.08
    下载: 导出CSV

    表  2  不同焊接方式对比

    焊接方式 图像数量/幅 提取率/(%)
    钨极氩弧焊 50 94.51
    CO2保护手工焊 50 90.2
    下载: 导出CSV

    表  3  不同方法对比

    不同光照强度/lux 方法 图像数量/幅 提取率/(%)
    100~159 本文算法 50 91.57
    曲线拟合法 50 86.43
    中心线提取法 50 80.52
    160~239 本文算法 50 96.08
    曲线拟合法 50 90.67
    中心线提取法 50 86.77
    240~359 本文算法 50 93.54
    曲线拟合法 50 89.93
    中心线提取法 50 84.44
    下载: 导出CSV
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  • 录用日期:  2024-02-07
  • 修回日期:  2023-12-03

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