[發明專利]一種激光焊接不等厚板焊縫表面缺陷圖像檢測方法

有效

• 申請號: 201110112957.1
• 申請日: 2011-04-29
• 公開（公告）號: CN102279190A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 高世一;楊永強;楊凱珍;張宇鵬
• 申請（專利權）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G06T7/40;G06K9/00
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所 44216
• 代理人: 劉卉

技術領域

本發明涉及激光焊接焊縫質量檢測技術領域，特別是涉及一種基于結構光視覺和數據擬合處理的激光焊接不等厚板焊縫表面缺陷圖像檢測方法。

背景技術

激光焊接具有焊接速度快、焊縫強度高和焊縫美觀等明顯優勢，但在焊接過程中，焊縫質量也會因激光功率、光束特性、離焦量、輔助吹氣和焊接速度等參數的波動受到影響。因此，研究激光焊接焊縫質量表面缺陷檢測技術就顯得非常重要。激光焊接質量檢測方法主要有三種：通過無損檢測手段檢測焊后焊縫應力集中、內部氣孔等缺陷；監測激光焊接過程中接出現的各種光電磁信號、熔池和小孔形態評估焊縫質量；通過視覺方法對焊后焊縫表面缺陷進行檢測。無損檢測法由于實時性較差難以做到激光焊接在線檢測。激光焊接過程中光電信號和焊接質量之間是非線性關系，小孔和熔池形態復雜多變，檢測難度也很大。通過視覺方法檢測焊后焊縫表面特征，可以直接檢測出焊縫表面的凹度、凸度和表面氣孔等缺陷，具有快速性、實時性、檢測精度高等明顯優勢，明顯優于其它方法。目前結構光視覺傳感和圖像處理技術已經廣泛應用到熔池動態智能控制、焊縫跟蹤和焊縫質量檢測、機器人激光焊接智能控制等工作中，要想利用視覺技術檢測焊縫表面缺陷，其中一個重要的步驟就是識別焊縫圖像缺陷特征參數，而在這些特征參數中，焊縫凹度和焊縫凸度是最重要的特征量。

經過對現有技術文獻的檢索發現，徐敏等人在《焊接技術》(2010，vol?39，No4：56-59)上發表的“不等厚激光拼焊板焊縫質量檢測圖像處理方法”，該文針對激光拼焊過程中的各種噪聲干擾，研究在圖像預處理過程中通過加窗來獲取興趣區域，采用中值濾波去除圖像噪聲，在結構光條紋中心線提取過程中，使用模板法獲得了條紋的邊界并用幾何中心法提取條紋中心線，提出基于焊縫灰度突變和擬合直線法檢測特征點，但其不足之處是采用模板法和幾何取中法提取出的結構光中心線位置精度較低，并且其直線擬合法僅擬合出焊縫端面輪廓兩端的直線，而對焊縫端面輪廓的理想直線沒有做直線擬合處理，所以獲得的焊縫特征點精度較差，并且沒有提出焊縫表面缺陷諸如凹度和凸度的檢測方法，難以應用到實際工程中去。張萬江等人在《儀表技術與傳感器》(2010，Vol9，No.9：84-87)上發表的“基于結構光視覺的激光拼焊焊縫背面質量檢測方法研究”，提出了一種新的模板法獲得條紋邊界并用幾何中心法提取條紋中心線，將斜率分析法引入到條紋中心線特征點檢測中提取一系列特征點，然后通過背面焊縫的圖像序列計算背面焊縫不同位置處的幾何參數及缺陷，但其中心線提取精度僅在像素級上，無法達到亞像素級別，并且在特征點的提取上易產生誤判降低了檢測結果的準確性。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種基于結構光和數據擬合處理而能夠快速準確地檢測出激光焊接不等厚板焊縫表面缺陷的圖像檢測方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明所述的激光焊接不等厚板焊縫表面缺陷圖像檢測方法，其特點是包括如下步驟：

a、采用CCD攝像機采集由線性激光發生器照射焊縫表面而在焊縫表面形成的激光條紋物理圖像，并通過圖像采集卡把激光條紋物理圖像轉化為激光條紋數字圖像；

b、采用變邊限高斯擬合法對激光條紋數字圖像進行處理，提取出具有亞像素精度的激光條紋中心線圖像；

c、通過最小二乘法擬合出激光條紋中心線圖像的三條相交特征直線，并求其交點而獲得精確的焊縫端點位置坐標；

d、依據焊縫端點位置坐標計算出焊縫表面的凹度值和凸度值，并將計算出來的凹度值和凸度值與激光焊縫質量標準中規定的凹度值和凸度值進行比較和判斷，完成激光焊接不等厚板焊縫表面缺陷的檢測。

其中，上述步驟b中，采用變邊限高斯擬合法提取亞像素精度的激光條紋中心線圖像，其方法及步驟如下：

b₁、求激光條紋極大值圖像f_c；

b₂、對圖像f_c各列進行邊緣取中提取激光條紋近似中心，得到單像素激光條紋中心線圖像f_d；

b₃、確定激光條紋各列寬度值圖像f_e；

b₄、通過變邊限高斯擬合法求取圖像f_d和圖像f_e對應各列的激光條紋中心亞像素位置，得到亞像素精度的激光條紋中心線圖像。

上述步驟c中，通過最小二乘法擬合出激光條紋中心線圖像的三條相交特征直線，并求其交點而獲得精確的焊縫端點位置坐標，其方法及步驟如下：