[發(fā)明專利]一種基于線結(jié)構(gòu)光的焊縫表面缺陷檢測與分類方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210836527.2
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115290656A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張風(fēng)東;張賀;張鐵浩;張東;劉桐
• 申請（專利權(quán)）人: 中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/01;G01B11/24
• 代理公司: 北京元中知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11223
• 代理人: 孫桂紅

本發(fā)明提供一種焊縫表面缺陷檢測與分類方法，基于線結(jié)構(gòu)光的3D相機(jī)掃描得到焊縫輪廓數(shù)據(jù)，通過圖像分析檢驗(yàn)并分類多種焊縫缺陷，實(shí)現(xiàn)焊后在線監(jiān)測焊接質(zhì)量，相機(jī)掃描的過程中便可以實(shí)時輸出并分析數(shù)據(jù)，掃描完成即可輸出分析結(jié)果，較之目前的檢測方法具有較高的實(shí)時性，加速了分析過程，便于及時發(fā)現(xiàn)問題、調(diào)整并解決。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于線結(jié)構(gòu)光的焊縫表面缺陷檢測與分類方法。

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，焊接質(zhì)量的控制與監(jiān)測正逐漸向自動化發(fā)展。焊縫質(zhì)量主要取決于焊縫外形、焊縫組織性能與焊接力學(xué)性能等因素。焊縫表面質(zhì)量可以直觀地反映焊接情況，并初步反映焊接內(nèi)部質(zhì)量，是檢測焊接質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。

傳統(tǒng)的表面質(zhì)量檢測通常由有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員目測或焊接檢驗(yàn)尺等簡單測量工具完成，不僅效率低下，缺乏可靠性與精確性，而且容易對技術(shù)人員造成損傷，已無法適應(yīng)現(xiàn)代焊接技術(shù)的發(fā)展需要。激光3D視視覺檢測技術(shù)憑借其非接觸性、精度高、實(shí)時性好等優(yōu)點(diǎn)，得到了迅速發(fā)展。目前基于線結(jié)構(gòu)光的焊縫表面質(zhì)量檢測技術(shù)已逐漸應(yīng)用于工業(yè)場景，但仍缺少能發(fā)揮其實(shí)時性優(yōu)勢的檢測系統(tǒng)，以及對不同缺陷的分類標(biāo)準(zhǔn)與算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要目的在于解決上述問題和不足，提供一種焊縫表面缺陷檢測與分類方法，基于線結(jié)構(gòu)光的3D相機(jī)掃描得到焊縫輪廓數(shù)據(jù)，通過圖像分析檢驗(yàn)并分類多種焊縫缺陷，實(shí)現(xiàn)焊后在線監(jiān)測焊接質(zhì)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種焊縫表面缺陷檢測與分類方法，采用如下技術(shù)方案：

一種焊縫表面缺陷檢測與分類方法，包括如下步驟：

S1，基于線結(jié)構(gòu)光的3D相機(jī)在機(jī)器人的帶動下掃描焊縫區(qū)域，獲取焊縫表面輪廓數(shù)據(jù)并保存；

S2，掃描的同時讀取并處理步驟S1獲得的輪廓數(shù)據(jù)，獲得并顯示焊縫原始輪廓曲線；

S3，判斷獲得的原始輪廓曲線是否存在缺陷并對缺陷分類，計算缺陷大小與位置；

S4，根據(jù)掃描結(jié)果生成深度圖像，檢驗(yàn)缺陷存在位置與檢測結(jié)果是否一致。

進(jìn)一步的，在判斷焊縫存在缺陷后，在x方向上計算焊縫條數(shù)，通過掃描速度與精度換算得到缺陷幾何大小，設(shè)定最小缺陷條數(shù)范圍k，若兩條正常輪廓曲線間的缺陷條數(shù)小于等于k，則判定該處不構(gòu)成缺陷，僅為檢測中的干擾。

進(jìn)一步的，在濾波后的原始輪廓曲線上尋找焊縫區(qū)域兩端點(diǎn)，計算焊縫寬度與高度，反映原始輪廓曲線變化趨勢。

進(jìn)一步的，計算焊縫寬度與高度時，對原始輪廓曲線上的每一點(diǎn)求差分，獲得關(guān)于原始輪廓曲線的一階導(dǎo)數(shù)圖像，再進(jìn)一步計算焊縫原始輪廓曲線的二階導(dǎo)數(shù)，二階導(dǎo)數(shù)上的兩個極大值位置即為焊縫區(qū)域左右端點(diǎn)P1，P2，兩端點(diǎn)之間的間距D即為焊縫寬度值。

進(jìn)一步的，根據(jù)獲得的焊縫寬度作寬度曲線，分別計算原始輪廓曲線的均值和方差，設(shè)定寬度波動的閾值，若方差超過設(shè)定閾值，判斷焊縫存在咬邊缺陷。

進(jìn)一步的，作焊縫高度曲線，計算均值與方差，若高度值不統(tǒng)一，判斷存在缺陷。

進(jìn)一步的，對焊縫區(qū)域的各數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合獲得焊縫的擬合輪廓曲線，將擬合輪廓曲線分別向上、向下平移一個設(shè)定的偏差閾值，若原始輪廓曲線與上、下擬合輪廓曲線相交，則煩判定焊縫超出正常范圍，存在缺陷。

進(jìn)一步的，若原始輪廓曲線與下移的擬合輪廓曲線相交，判斷存在凹陷區(qū)域，存在氣孔缺陷或裂紋缺陷。

進(jìn)一步的，在擬合焊縫區(qū)域，提取凹陷區(qū)域兩側(cè)的峰值點(diǎn)m1，m2，計算x方向上的焊縫輪廓條數(shù)，直至缺陷消失，記為同一個缺陷，在每個缺陷計算范圍內(nèi)檢測兩峰值點(diǎn)y向間距d，獲取該缺陷范圍內(nèi)間距最大值dmax的大小，若dmax超出設(shè)定閾值，則判斷該處缺陷為氣孔缺陷，反之，則判斷該處缺陷為裂紋缺陷。