專(zhuān)利名稱：一種激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法及其實(shí)現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
激光拼焊技術(shù)由于具有高效率、高速度、高精度、強(qiáng)適應(yīng)性等特點(diǎn)，在汽車(chē)制造、冶金等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。激光拼焊板對(duì)焊縫質(zhì)量要求特別嚴(yán)格，尤其是焊縫背面熔寬等幾何形貌參數(shù)，是衡量焊縫成形質(zhì)量的重要指標(biāo)，然而由于激光拼焊焊接速度快，且其焊縫背面不同于焊縫正面，焊接過(guò)程中會(huì)吸附煙塵，使得激光拼焊焊縫背面的形貌在線檢測(cè)非常困難。為了了解焊縫背面質(zhì)量，通常采用人工視覺(jué)離線抽檢的方式，由于檢測(cè)者的疲勞和非一致性，使得很多檢測(cè)任務(wù)對(duì)于人工來(lái)說(shuō)費(fèi)時(shí)和費(fèi)力，并且由于檢測(cè)信息與生產(chǎn)狀態(tài)不能及時(shí)對(duì)應(yīng)，不能實(shí)時(shí)反映生產(chǎn)線的狀態(tài)，不能有效地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的閉環(huán)尺寸控制，降低了激光拼焊線的有效作業(yè)率，也相應(yīng)增加了拼焊板的廢品率，嚴(yán)重的影響了激光拼焊生產(chǎn)的自動(dòng)化，限制了產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提升。相比之下，計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)方法可靠性高，可以保證檢測(cè)的一致性，同時(shí)可以在焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)在線檢測(cè)焊縫質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量的監(jiān)控，還可以提高焊接機(jī)器人焊接過(guò)程的自主化和智能化水平。應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)進(jìn)行焊縫表面質(zhì)量檢測(cè)的典型系統(tǒng)如加拿大ServoRobot公司的焊縫表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)光三角測(cè)量原理識(shí)別焊縫質(zhì)量，對(duì)于焊縫背面，由于投射的結(jié)構(gòu)光無(wú)明顯特征點(diǎn)，并且焊接過(guò)程中焊縫背面會(huì)吸附煙塵，干擾了結(jié)構(gòu)光信息，無(wú)法獲取焊縫背面的熔寬信息。瑞士 Soutec公司的焊縫表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以同時(shí)獲取激光條紋及焊縫表面灰度圖像，實(shí)現(xiàn)焊縫背面幾何形貌參數(shù)的檢測(cè)，但價(jià)格較貴，且不能進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程閉環(huán)控制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中焊縫檢測(cè)成本高、不能進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程閉環(huán)控制等不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種成本較低、抗干擾能力強(qiáng)、有助于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程閉環(huán)控制的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明一種激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法包括以下步驟利用一字線型激光器投射在背面焊縫表面產(chǎn)生激光條紋；通過(guò)傳感單元采集獲取包括激光條紋的焊縫表面灰度圖像，并將所采集的圖像傳送給圖像處理單元；圖像處理單元對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理，獲得各形貌參數(shù)值； 將上述各形貌參數(shù)值同國(guó)際焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判別焊縫質(zhì)量，完成焊縫背面幾何形貌檢測(cè)。
所述圖像處理單元對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理，獲得各形貌參數(shù)值包括以下步驟根據(jù)激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取焊縫特征點(diǎn)；根據(jù)焊縫特征點(diǎn)檢測(cè)焊縫表面幾何形貌，得到焊縫寬度及焊縫凸凹度的像素值；提取上述交集以外的激光條紋，計(jì)算焊縫錯(cuò)配的像素值；根據(jù)圖像空間和物理空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立直接映射關(guān)系，對(duì)包括攝像頭、激光器以及附加光源在內(nèi)的傳感單元進(jìn)行標(biāo)定、計(jì)算，得到焊縫寬度、焊縫凸凹度以及焊縫錯(cuò)配的物理值。所述根據(jù)激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取焊縫特征點(diǎn)為(1)針對(duì)不同材質(zhì)、不同厚度的板材，依據(jù)采集獲取的圖像進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；(2)在參數(shù)設(shè)置后的圖像上，根據(jù)激光條紋中心位置設(shè)定焊縫感興趣區(qū)域；(3)對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像進(jìn)行預(yù)處理，獲取焊縫感興趣區(qū)域紋理圖像；(4)依據(jù)預(yù)處理后的圖像灰度，設(shè)定圖像分割閾值，分割焊縫感興趣區(qū)域紋理圖像，獲取包括焊縫紋理區(qū)域的相關(guān)區(qū)域；(5)在上述包括焊縫紋理區(qū)域的相關(guān)區(qū)域內(nèi)設(shè)定列質(zhì)心作為提取焊縫紋理區(qū)域的特征，提取出焊縫紋理區(qū)域；(6)以區(qū)域長(zhǎng)半徑作為特征，在上述焊縫紋理區(qū)域中去除拼焊板表面反光、劃痕所產(chǎn)生的干擾區(qū)域的影響；(7)依據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光條紋分割閾值，對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像重新進(jìn)行閾值分害IJ，得到分割后的激光條紋；(8)計(jì)算焊縫紋理區(qū)域和分割后的激光條紋的交界區(qū)域；(9)根據(jù)交界區(qū)域左右邊緣計(jì)算激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取焊縫特征點(diǎn)。所述參數(shù)包括附加光源亮度、激光條紋亮度、感興趣區(qū)域窗口寬度及窗口長(zhǎng)度，焊縫區(qū)域分割閾值以及激光條紋分割閾值。所述對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括感興趣區(qū)域圖像紋理濾波、圖像平滑以及灰度直方圖線性化。所述焊縫寬度的像素值通過(guò)以下方法得到引入修正參數(shù)，對(duì)激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取的焊縫特征點(diǎn)進(jìn)行修正，去除由預(yù)處理產(chǎn)生的像素偏差，修正后的焊縫區(qū)域交集左右邊界差即為焊縫當(dāng)前寬度的像素值；對(duì)焊縫當(dāng)前寬度的像素值進(jìn)行校核，得到合理范圍的焊縫寬度的像素值。所述對(duì)焊縫當(dāng)前寬度值進(jìn)行校核，得到合理范圍的焊縫寬度的像素值通過(guò)以下方法進(jìn)行計(jì)算當(dāng)前焊縫圖像的前η幀圖像的焊縫寬度均值，與焊縫當(dāng)前寬度值做差，得到
差值；將上述差值同預(yù)先設(shè)定的焊縫寬度判定閾值進(jìn)行比較，若上述差值未超出焊縫寬度判定閾值，則認(rèn)為當(dāng)前焊縫寬度值為合理值，即為檢測(cè)的焊縫寬度值；若上述差值超出焊縫寬度判定閾值，則為不合理值，則前η幀圖像的焊縫寬度均值為檢測(cè)的焊縫寬度值。焊縫凸凹度的像素值通過(guò)以下方法得到
根據(jù)檢測(cè)的焊縫寬度的左右特征點(diǎn)確定一連線，兩特征點(diǎn)中間的激光條紋中心線上的點(diǎn)到該連線的最大距離中的正最大值即為凸度值，負(fù)最大值即為凹度值。所述提取上述交集以外的激光條紋，計(jì)算焊縫錯(cuò)配的像素值通過(guò)以下方法得到依據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光條紋分割閾值，對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像重新進(jìn)行閾值分割， 得到分割后的激光條紋；計(jì)算焊縫紋理區(qū)域和分割后的激光條紋的交界區(qū)域；計(jì)算激光條紋交界區(qū)域外的左右區(qū)域像素的行均值，左右區(qū)域像素的行均值的差即為焊縫錯(cuò)配的像素值。本發(fā)明一種激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)裝置傳感單元1，產(chǎn)生激光條紋于被檢測(cè)焊縫區(qū)域上，采集激光拼焊焊縫圖像，傳輸至圖像處理單元2 ；圖像處理單元2，在參數(shù)設(shè)置及控制單元3的控制下對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理；參數(shù)設(shè)置及控制單元3，對(duì)傳感單元1及圖像處理單元2的各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并分別與傳感單元1、圖像處理單元2、上位機(jī)5進(jìn)行通訊連接。所述傳感單元1由攝像機(jī)12、一字線型激光器13、附加光源10及反光鏡14組成， 其中，攝像機(jī)12設(shè)于能夠拍攝激光拼焊焊縫的位置，一字線型激光器13安裝于位移調(diào)節(jié)座上，其發(fā)出的激光條紋通過(guò)反光鏡14投射到被檢測(cè)焊縫區(qū)域，附加光源10設(shè)于能夠照亮整個(gè)被檢測(cè)焊縫區(qū)域的位置。本發(fā)明裝置還包括中性減光片11，設(shè)于攝像機(jī)12鏡頭的前端。本發(fā)明裝置還設(shè)有用于降低攝像機(jī)12工作溫度的冷卻板，安裝于攝像機(jī)12的側(cè)面。所述附加光源10為兩個(gè)LED條光，LED條光的長(zhǎng)度方向在攝像機(jī)鏡頭兩端與焊縫方向一致，對(duì)稱安裝，LED條光的光源入射光面和焊縫所在平面成大于等于65°且小于 90°夾角。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明通過(guò)基于圖像序列信息，采用激光條紋和焊縫紋理相結(jié)合的方法，避免了焊接過(guò)程中焊縫背面吸附的煙塵、焊接飛濺、板材劃痕等干擾因素產(chǎn)生的檢測(cè)誤差，極大地提高了檢測(cè)精度，保證檢測(cè)結(jié)果的有效性。2.本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)激光拼焊焊縫背面幾何形貌的自動(dòng)、在線檢測(cè)，具有抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量速度快、能在惡劣環(huán)境中使用、測(cè)量精度高、有助于實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程參數(shù)閉環(huán)反饋控制的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明方法總流程圖；圖2為本發(fā)明方法中對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理的流程圖；圖3(a) (C)為利用本發(fā)明方法的焊縫背面幾何形貌檢測(cè)結(jié)果示意圖(一) (三)；圖4為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。如圖4所示，本發(fā)明激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)裝置包括傳感單元 1、圖像處理單元2以及參數(shù)設(shè)置及控制單元3，其中傳感單元1用于產(chǎn)生激光條紋于被檢測(cè)焊縫區(qū)域上，采集激光拼焊焊縫圖像，傳輸至圖像處理單元2 ；圖像處理單元2，在參數(shù)設(shè)置及控制單元3的控制下對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理；參數(shù)設(shè)置及控制單元3，對(duì)傳感單元 1及圖像處理單元2的各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并分別與傳感單元1、圖像處理單元2、上位機(jī)5進(jìn)行通訊連接，上位機(jī)5包括PLC或機(jī)器人。傳感單元1將采集到的圖像信息由Cameralink或網(wǎng)線傳送給圖像處理單元，傳感單元1由攝像機(jī)12、一字線型激光器13以及附加光源10組成，其中，攝像機(jī)12設(shè)于能夠拍攝激光拼焊焊縫的位置，一字線型激光器13安裝于位移調(diào)節(jié)座上，其發(fā)出的激光條紋通過(guò)反光鏡14投射到被檢測(cè)焊縫區(qū)域，附加光源10設(shè)于能夠照亮整個(gè)被檢測(cè)焊縫區(qū)域的位置。所述的攝像機(jī)連接到構(gòu)成圖像處理單元2的工控機(jī)上，在線實(shí)時(shí)采集激光拼焊焊縫圖像；所述的一字線型激光器可為多個(gè)一字線型激光器(本實(shí)施例采用一個(gè))，用于在被檢測(cè)焊縫區(qū)域產(chǎn)生激光條紋，激光器的安裝使其發(fā)射的激光條紋平面和攝像機(jī)的光軸中心線角度為30 80°之間，本實(shí)施例采用66°角。還可包括中性減光片11，設(shè)于攝像機(jī)12鏡頭的前端，其作用是降低光強(qiáng)度，避免拍攝到的圖像亮度過(guò)高；位移調(diào)節(jié)座，為一維線性平移臺(tái)，可以進(jìn)行一字線型激光器13的一維線性調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)激光器焦距方向上的位置微調(diào)；所述附加光源10為兩個(gè)LED條光(本實(shí)施例為藍(lán)色條形光源)，LED條光在攝像機(jī)鏡頭兩端對(duì)稱安裝，長(zhǎng)度方向與焊縫方向一致，LED條光的光源入射光面和焊縫所在平面成大于等于65°且小于90°夾角，本實(shí)施例采用70°角；反光鏡安裝于一調(diào)節(jié)座上，整體安裝于一字線型激光器下方，可以實(shí)現(xiàn)激光條紋在攝像機(jī)采集的圖像區(qū)域內(nèi)的位置微調(diào)。本實(shí)現(xiàn)裝置的工作過(guò)程如下一字線型激光器13發(fā)出的激光束產(chǎn)生結(jié)構(gòu)光面(激光條紋)，照射到焊接工件9 的背面，形成反映焊縫6幾何形貌特征的激光條紋7，攝像機(jī)12采集獲取包括激光條紋7的焊縫表面灰度圖像8，并將所采集的圖像通過(guò)Cameralink線纜或網(wǎng)線傳送給圖像處理單元 2，由圖像處理單元2對(duì)采集到的焊縫圖像8進(jìn)行處理，提取焊縫特征點(diǎn)、檢測(cè)焊縫表面幾何形貌，對(duì)焊縫圖像標(biāo)定，計(jì)算獲得各形貌參數(shù)值，并同國(guó)際焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判別焊縫質(zhì)量。參數(shù)設(shè)置及控制單元3對(duì)傳感單元1及圖像處理單元2的各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并分別與傳感單元1、圖像處理單元2及上位機(jī)5進(jìn)行通訊連接，完成焊縫背面幾何形貌的識(shí)別與判定，最終實(shí)現(xiàn)焊縫背面幾何形貌的質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)。如圖1所示，為本發(fā)明提出的基于結(jié)構(gòu)光的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)的工作流程示意圖，該方法包括以下步驟利用一字線型激光器投射在背面焊縫表面產(chǎn)生激光條紋；通過(guò)傳感單元采集獲取包括激光條紋的焊縫表面灰度圖像，并將所采集的圖像傳送給圖像處理單元；圖像處理單元對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理，獲得各形貌參數(shù)值；將上述各形貌參數(shù)值同國(guó)際焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判別焊縫質(zhì)量，完成焊縫背CN 102455171 A說(shuō)明書(shū)5/6 頁(yè)
面幾何形貌檢測(cè)。如圖2所示，所述圖像處理單元對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理，獲得各形貌參數(shù)值包括以下步驟根據(jù)激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取焊縫特征點(diǎn)；根據(jù)焊縫特征點(diǎn)檢測(cè)焊縫表面幾何形貌，得到焊縫寬度及焊縫凸凹度的像素值；提取上述交集以外的激光條紋，計(jì)算焊縫錯(cuò)配的像素值；根據(jù)圖像空間和物理空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立直接映射關(guān)系，對(duì)包括攝像頭、激光器以及附加光源在內(nèi)的傳感單元進(jìn)行標(biāo)定、計(jì)算，得到焊縫寬度、焊縫凸凹度以及焊縫錯(cuò)配的物理值。所述根據(jù)激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取焊縫特征點(diǎn)為(1)針對(duì)不同材質(zhì)、不同厚度的板材，依據(jù)采集獲取的圖像進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；在步驟 101，采集獲取激光拼焊焊縫背面原始圖像；步驟102進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，針對(duì)不同材質(zhì)、不同厚度的板材，進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置，包括附加光源亮度、激光條紋亮度、感興趣區(qū)域窗口寬度及窗口長(zhǎng)度，焊縫區(qū)域分割閾值以及激光條紋分割閾值。(2)在參數(shù)設(shè)置后的圖像上，根據(jù)激光條紋中心位置設(shè)定焊縫感興趣區(qū)域；此步驟的目的是縮小處理區(qū)域，提高處理速度。對(duì)采集獲取的第一幅圖像，由鼠標(biāo)點(diǎn)擊焊縫光紋中心區(qū)域，記為點(diǎn)P。mtCT(i，j)， 作為感興趣區(qū)域中心點(diǎn)，則窗口區(qū)域4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為P1G-Width/^, j-Length/2), P2(i-ffidth/2, j+Length/2), P3 (i+ffidth/2, j-Length/2), P4 (i+ffidth/2, j+Length/2)，并應(yīng)用于之后每幅圖像的感興趣區(qū)域設(shè)置。其中Width為窗口寬度，Length為窗口長(zhǎng)度，(3)在預(yù)處理之前，發(fā)送開(kāi)始檢測(cè)命令(步驟103)。檢測(cè)開(kāi)始，對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像進(jìn)行預(yù)處理，以去除圖像噪聲，提高圖像對(duì)比度，獲取焊縫感興趣區(qū)域紋理圖像。預(yù)處理包括紋理濾波，圖像平滑，灰度直方圖線性化，目的是為了準(zhǔn)確分割獲取焊縫紋理區(qū)域信肩、ο(4)依據(jù)預(yù)處理后的圖像灰度，設(shè)定圖像分割閾值，分割焊縫感興趣區(qū)域紋理圖像，獲取包括焊縫紋理區(qū)域的相關(guān)區(qū)域；(5)在上述包括焊縫紋理區(qū)域的相關(guān)區(qū)域內(nèi)設(shè)定列質(zhì)心作為提取焊縫紋理區(qū)域的特征，提取出焊縫紋理區(qū)域；(6)以區(qū)域長(zhǎng)半徑作為特征，去除拼焊板表面反光、劃痕所產(chǎn)生的干擾區(qū)域的影響；對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像分別進(jìn)行焊縫紋理提取及激光條紋提取兩步處理步驟 104-步驟106對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像進(jìn)行紋理濾波，圖像平滑，灰度直方圖線性化、閾值分割等預(yù)處理，以去除圖像噪聲，提高圖像對(duì)比度，獲取包括焊縫紋理區(qū)域的相關(guān)區(qū)域；在步驟107，在上述包括焊縫紋理區(qū)域的相關(guān)區(qū)域內(nèi)設(shè)定列質(zhì)心作為提取焊縫紋理區(qū)域的特征， 提取出焊縫紋理區(qū)域；在步驟108，以區(qū)域長(zhǎng)半徑作為特征，去除拼焊板表面反光、劃痕所產(chǎn)生的干擾區(qū)域的影響，如果已提取出焊縫紋理區(qū)域則進(jìn)行下一步計(jì)算，反之則拒絕檢測(cè) (步驟109)。(7)依據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光條紋分割閾值，對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像重新進(jìn)行閾值分害IJ，得到分割后的激光條紋；
在步驟110，依據(jù)激光條紋灰度設(shè)定閾值，對(duì)焊縫感興趣區(qū)域進(jìn)行閾值分割，步驟 111提取出激光條紋區(qū)域。(8)計(jì)算焊縫紋理區(qū)域和分割后的激光條紋的交界區(qū)域；在步驟112，焊縫紋理區(qū)域和分割后的激光條紋的交界區(qū)域，如果存在交界區(qū)域， 則進(jìn)行下一步計(jì)算，反之，則拒絕檢測(cè)。(9)根據(jù)交界區(qū)域左右邊緣計(jì)算激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取焊縫特征點(diǎn)；依據(jù)獲取的交界區(qū)域，可以計(jì)算獲取焊縫寬度和焊縫凸凹度參數(shù)在步驟113，提取交界區(qū)域左右邊界點(diǎn)，即焊縫特征點(diǎn)。焊縫寬度的像素值通過(guò)以下方法得到引入修正參數(shù)，對(duì)激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取的焊縫特征點(diǎn)進(jìn)行修正，去除由預(yù)處理產(chǎn)生的像素偏差，修正后的焊縫區(qū)域交集左右邊界差即為焊縫當(dāng)前寬度的像素值(對(duì)應(yīng)步驟114)。如果圖像存在誤差，需要對(duì)正在處理的當(dāng)前幀中，焊縫當(dāng)前寬度的像素值進(jìn)行校核，得到合理范圍內(nèi)的焊縫寬度的像素值；步驟115計(jì)算當(dāng)前焊縫的前η幀焊縫寬度均值， 步驟116計(jì)算當(dāng)前焊縫寬度和焊縫寬度均值的差值Delta，判斷如果差值Delta不合理，步驟120前η幀焊縫寬度均值為檢測(cè)的焊縫寬度值，對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)為焊縫特征點(diǎn)，反之如果差值Delta合理，步驟121焊縫特征點(diǎn)提取正確，當(dāng)前焊縫寬度值即為檢測(cè)出的焊縫寬度值。焊縫凸凹度的像素值通過(guò)以下方法得到根據(jù)檢測(cè)的焊縫寬度的左右特征點(diǎn)確定一連線，兩特征點(diǎn)中間的激光條紋中心線上的點(diǎn)到該連線的最大距離中的正最大值即為凸度值，負(fù)最大值即為凹度值。在步驟122， 提取相應(yīng)焊縫寬度對(duì)應(yīng)的光紋中心線左右邊界點(diǎn)作為焊縫左右特征點(diǎn)，由焊縫左右特征點(diǎn)確定一連線，兩特征點(diǎn)中間的激光條紋中心線上的點(diǎn)到連線的最大距離即為焊縫的凸凹度值，其中正最大值為凸度值，負(fù)最大值為凹度值。提取上述交集以外的激光條紋，計(jì)算焊縫錯(cuò)配的像素值通過(guò)以下方法得到依據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光條紋分割閾值，對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像重新進(jìn)行閾值分割， 得到分割后的激光條紋；計(jì)算焊縫紋理區(qū)域和分割后的激光條紋的交界區(qū)域；計(jì)算激光條紋交界區(qū)域外的左右區(qū)域像素的行均值，左右區(qū)域像素的行均值的差即為焊縫錯(cuò)配的像素值。步驟117-步驟119，為計(jì)算獲取焊縫錯(cuò)配參數(shù)步驟117計(jì)算激光條紋交界區(qū)域外的左右區(qū)域，步驟118計(jì)算左右激光條紋行均值，步驟119計(jì)算左右激光條紋行均值差， 即為焊縫錯(cuò)配的像素值。如圖3所示，為焊縫背面幾何形貌檢測(cè)結(jié)果示意圖，可以提取包括焊縫寬度、錯(cuò)配、凸凹度等幾何形貌參數(shù)。其中，圖3(a)兩條豎直的平行線的距離為焊縫寬度值；圖3(b) 激光條紋中心線與兩特征點(diǎn)連線的距離存在正極值，即為焊縫凸度值；圖3(c)兩條水平的平行線的距離為焊縫錯(cuò)配值。
權(quán)利要求
1.一種激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟利用一字線型激光器投射在背面焊縫表面產(chǎn)生激光條紋；通過(guò)傳感單元采集獲取包括激光條紋的焊縫表面灰度圖像，并將所采集的圖像傳送給圖像處理單元；圖像處理單元對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理，獲得各形貌參數(shù)值；將上述各形貌參數(shù)值同國(guó)際焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判別焊縫質(zhì)量，完成焊縫背面幾何形貌檢測(cè)。
2.按權(quán)利要求1所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法，其特征在于所述圖像處理單元對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理，獲得各形貌參數(shù)值包括以下步驟根據(jù)激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取焊縫特征點(diǎn)；根據(jù)焊縫特征點(diǎn)檢測(cè)焊縫表面幾何形貌，得到焊縫寬度及焊縫凸凹度的像素值；提取上述交集以外的激光條紋，計(jì)算焊縫錯(cuò)配的像素值；根據(jù)圖像空間和物理空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立直接映射關(guān)系，對(duì)包括攝像頭、激光器以及附加光源在內(nèi)的傳感單元進(jìn)行標(biāo)定、計(jì)算，得到焊縫寬度、焊縫凸凹度以及焊縫錯(cuò)配的物理值。
3.按權(quán)利要求2所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法，其特征在于所述根據(jù)激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取焊縫特征點(diǎn)為(1)針對(duì)不同材質(zhì)、不同厚度的板材，依據(jù)采集獲取的圖像進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；(2)在參數(shù)設(shè)置后的圖像上，根據(jù)激光條紋中心位置設(shè)定焊縫感興趣區(qū)域；(3)對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像進(jìn)行預(yù)處理，獲取焊縫感興趣區(qū)域紋理圖像；(4)依據(jù)預(yù)處理后的圖像灰度，設(shè)定圖像分割閾值，分割焊縫感興趣區(qū)域紋理圖像，獲取包括焊縫紋理區(qū)域的相關(guān)區(qū)域；(5)在上述包括焊縫紋理區(qū)域的相關(guān)區(qū)域內(nèi)設(shè)定列質(zhì)心作為提取焊縫紋理區(qū)域的特征，提取出焊縫紋理區(qū)域；(6)以區(qū)域長(zhǎng)半徑作為特征，在上述焊縫紋理區(qū)域中去除拼焊板表面反光、劃痕所產(chǎn)生的干擾區(qū)域的影響；(7)依據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光條紋分割閾值，對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像重新進(jìn)行閾值分割，得到分割后的激光條紋；(8)計(jì)算焊縫紋理區(qū)域和分割后的激光條紋的交界區(qū)域；(9)根據(jù)交界區(qū)域左右邊緣計(jì)算激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取焊縫特征點(diǎn)。
4.按權(quán)利要求3所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法，其特征在于所述參數(shù)包括附加光源亮度、激光條紋亮度、感興趣區(qū)域窗口寬度及窗口長(zhǎng)度，焊縫區(qū)域分割閾值以及激光條紋分割閾值。
5.按權(quán)利要求3所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法，其特征在于所述對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括感興趣區(qū)域圖像紋理濾波、圖像平滑以及灰度直方圖線性化。
6.按權(quán)利要求2所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法，其特征在于所述焊縫寬度的像素值通過(guò)以下方法得到引入修正參數(shù)，對(duì)激光條紋和焊縫紋理區(qū)域交集提取的焊縫特征點(diǎn)進(jìn)行修正，去除由預(yù)處理產(chǎn)生的像素偏差，修正后的焊縫區(qū)域交集左右邊界差即為焊縫當(dāng)前寬度的像素值； 對(duì)焊縫當(dāng)前寬度的像素值進(jìn)行校核，得到合理范圍的焊縫寬度的像素值。
7.按權(quán)利要求6所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法，其特征在于所述對(duì)焊縫當(dāng)前寬度的像素值進(jìn)行校核，得到合理范圍的焊縫寬度的像素值通過(guò)以下方法進(jìn)行計(jì)算當(dāng)前焊縫圖像的前η幀圖像的焊縫寬度均值，與焊縫當(dāng)前寬度值做差，得到差值； 將上述差值同預(yù)先設(shè)定的焊縫寬度判定閾值進(jìn)行比較，若上述差值未超出焊縫寬度判定閾值，則認(rèn)為當(dāng)前焊縫寬度值為合理值，即為檢測(cè)的焊縫寬度值；若上述差值超出焊縫寬度判定閾值，則為不合理值，則前η幀圖像的焊縫寬度均值為檢測(cè)的焊縫寬度的像素值。
8.按權(quán)利要求2所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法，其特征在于焊縫凸凹度的像素值通過(guò)以下方法得到根據(jù)檢測(cè)的焊縫寬度的左右特征點(diǎn)確定一連線，兩特征點(diǎn)中間的激光條紋中心線上的點(diǎn)到該連線的最大距離中的正最大值即為凸度值，負(fù)最大值即為凹度值。
9.按權(quán)利要求2所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法，其特征在于所述提取上述交集以外的激光條紋，計(jì)算焊縫錯(cuò)配的像素值通過(guò)以下方法得到依據(jù)預(yù)先設(shè)定的激光條紋分割閾值，對(duì)焊縫感興趣區(qū)域圖像重新進(jìn)行閾值分割，得到分割后的激光條紋；計(jì)算焊縫紋理區(qū)域和分割后的激光條紋的交界區(qū)域；計(jì)算激光條紋交界區(qū)域外的左右區(qū)域像素的行均值，左右區(qū)域像素的行均值的差即為焊縫錯(cuò)配的像素值。
10.一種激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于包括傳感單元(1)，產(chǎn)生激光條紋于被檢測(cè)焊縫區(qū)域上，采集激光拼焊焊縫圖像，傳輸至圖像處理單元(2)；圖像處理單元(2)，在參數(shù)設(shè)置及控制單元(3)的控制下對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理；參數(shù)設(shè)置及控制單元(3)，對(duì)傳感單元(1)及圖像處理單元(2)的各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并分別與傳感單元(1)、圖像處理單元(2)、上位機(jī)(5)進(jìn)行通訊連接。
11.按權(quán)利要求10所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于 所述傳感單元(1)由攝像機(jī)(12)、一字線型激光器(13)、附加光源(10)及反光鏡(14)組成，其中，攝像機(jī)(12)設(shè)于能夠拍攝激光拼焊焊縫的位置，一字線型激光器(13)安裝于位移調(diào)節(jié)座上，其發(fā)出的激光條紋通過(guò)反光鏡(14)投射到被檢測(cè)焊縫區(qū)域，附加光源(10)設(shè)于能夠照亮整個(gè)被檢測(cè)焊縫區(qū)域的位置。
12.按權(quán)利要求11所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于 還包括中性減光片(11)，設(shè)于攝像機(jī)(12)鏡頭的前端。
13.按權(quán)利要求11所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于 還設(shè)有用于降低攝像機(jī)(12)工作溫度的冷卻板，安裝于攝像機(jī)(12)的側(cè)面。
14.按權(quán)利要求11所述的激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于 所述附加光源(10)為兩個(gè)LED條光，LED條光的長(zhǎng)度方向在攝像機(jī)鏡頭兩端與焊縫方向一致，對(duì)稱安裝，LED條光的光源入射光面和焊縫所在平面成大于等于65°且小于90°夾角。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光拼焊焊縫背面幾何形貌檢測(cè)方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，方法包括利用一字線型激光器投射在背面焊縫表面產(chǎn)生激光條紋；通過(guò)傳感單元采集獲取包括激光條紋的焊縫表面灰度圖像，并將所采集的圖像傳送給圖像處理單元；圖像處理單元對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理，獲得各形貌參數(shù)值；判別焊縫質(zhì)量，完成焊縫背面幾何形貌檢測(cè)；裝置包括傳感單元采集激光拼焊焊縫圖像，傳輸至圖像處理單元；圖像處理單元對(duì)采集到的焊縫圖像進(jìn)行處理；參數(shù)設(shè)置及控制單元對(duì)各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并分別與傳感單元、圖像處理單元、上位機(jī)進(jìn)行通訊連接。本發(fā)明避免了焊接過(guò)程中焊縫背面吸附的煙塵、焊接飛濺、板材劃痕等干擾因素產(chǎn)生的檢測(cè)誤差，極大地提高了檢測(cè)精度。
文檔編號(hào)G01B11/25GK102455171SQ201010521299
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者孫元, 張承寧, 柳連柱, 池世春, 許敏, 鄒媛媛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所