[发明专利]一种激光拼焊焊缝背面几何形貌检测方法及其实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及焊接质量自动检测技术领域，具体地说是一种激光拼焊焊缝背面几何形貌检测方法及其实现装置。

背景技术

激光拼焊技术由于具有高效率、高速度、高精度、强适应性等特点，在汽车制造、冶金等行业有着广泛的应用。激光拼焊板对焊缝质量要求特别严格，尤其是焊缝背面熔宽等几何形貌参数，是衡量焊缝成形质量的重要指标，然而由于激光拼焊焊接速度快，且其焊缝背面不同于焊缝正面，焊接过程中会吸附烟尘，使得激光拼焊焊缝背面的形貌在线检测非常困难。

为了了解焊缝背面质量，通常采用人工视觉离线抽检的方式，由于检测者的疲劳和非一致性，使得很多检测任务对于人工来说费时和费力，并且由于检测信息与生产状态不能及时对应，不能实时反映生产线的状态，不能有效地实现生产的闭环尺寸控制，降低了激光拼焊线的有效作业率，也相应增加了拼焊板的废品率，严重的影响了激光拼焊生产的自动化，限制了产品质量的进一步提升。

相比之下，计算机视觉检测方法可靠性高，可以保证检测的一致性，同时可以在焊接过程中实时在线检测焊缝质量，实现对焊接生产过程中质量的监控，还可以提高焊接机器人焊接过程的自主化和智能化水平。应用计算机视觉进行焊缝表面质量检测的典型系统如加拿大ServoRobot公司的焊缝表面质量检测系统，该系统采用结构光三角测量原理识别焊缝质量，对于焊缝背面，由于投射的结构光无明显特征点，并且焊接过程中焊缝背面会吸附烟尘，干扰了结构光信息，无法获取焊缝背面的熔宽信息。瑞士Soutec公司的焊缝表面质量检测系统，该系统可以同时获取激光条纹及焊缝表面灰度图像，实现焊缝背面几何形貌参数的检测，但价格较贵，且不能进行生产过程闭环控制。

发明内容

针对现有技术中焊缝检测成本高、不能进行生产过程闭环控制等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种成本较低、抗干扰能力强、有助于实现生产过程闭环控制的激光拼焊焊缝背面几何形貌检测方法及其实现装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种激光拼焊焊缝背面几何形貌检测方法包括以下步骤：

利用一字线型激光器投射在背面焊缝表面产生激光条纹；

通过传感单元采集获取包括激光条纹的焊缝表面灰度图像，并将所采集的图像传送给图像处理单元；

图像处理单元对采集到的焊缝图像进行处理，获得各形貌参数值；

将上述各形貌参数值同国际焊接质量标准进行比较，判别焊缝质量，完成焊缝背面几何形貌检测。

所述图像处理单元对采集到的焊缝图像进行处理，获得各形貌参数值包括以下步骤：

根据激光条纹和焊缝纹理区域交集提取焊缝特征点；

根据焊缝特征点检测焊缝表面几何形貌，得到焊缝宽度及焊缝凸凹度的像素值；

提取上述交集以外的激光条纹，计算焊缝错配的像素值；

根据图像空间和物理空间的对应关系建立直接映射关系，对包括摄像头、激光器以及附加光源在内的传感单元进行标定、计算，得到焊缝宽度、焊缝凸凹度以及焊缝错配的物理值。

所述根据激光条纹和焊缝纹理区域交集提取焊缝特征点为：

(1)针对不同材质、不同厚度的板材，依据采集获取的图像进行参数设置；

(2)在参数设置后的图像上，根据激光条纹中心位置设定焊缝感兴趣区域；

(3)对焊缝感兴趣区域图像进行预处理，获取焊缝感兴趣区域纹理图像；

(4)依据预处理后的图像灰度，设定图像分割阈值，分割焊缝感兴趣区域纹理图像，获取包括焊缝纹理区域的相关区域；

(5)在上述包括焊缝纹理区域的相关区域内设定列质心作为提取焊缝纹理区域的特征，提取出焊缝纹理区域；

(6)以区域长半径作为特征，在上述焊缝纹理区域中去除拼焊板表面反光、划痕所产生的干扰区域的影响；

(7)依据预先设定的激光条纹分割阈值，对焊缝感兴趣区域图像重新进行阈值分割，得到分割后的激光条纹；

(8)计算焊缝纹理区域和分割后的激光条纹的交界区域；

(9)根据交界区域左右边缘计算激光条纹和焊缝纹理区域交集提取焊缝特征点。

所述参数包括附加光源亮度、激光条纹亮度、感兴趣区域窗口宽度及窗口长度，焊缝区域分割阈值以及激光条纹分割阈值。

所述对焊缝感兴趣区域图像进行预处理，包括感兴趣区域图像纹理滤波、图像平滑以及灰度直方图线性化。

所述焊缝宽度的像素值通过以下方法得到：