[发明专利]一种使用侧向光构建光影特征的盖面焊缝检测装置及方法

权利要求书

1.一种使用侧向光构建光影特征的盖面焊缝检测装置，其特征在于：包括面光源阵列(1)、成像元件(2)和处理控制单元(3)；所述面光源阵列(1)包含至少两个面光源，所述面光源分别放置在待检测焊缝(4)的两侧，每侧的面光源发出的光线投射在同一侧的待检测焊缝(4)与母材的边缘处；设在所述面光源投射的焊缝与母材边缘处的焊缝表面的切平面为W，母材表面的切平面为M，所述面光源、待检测焊缝(4)与所述成像单元(2)的相对位置满足：成像元件(2)采集每个面光源的主轴光线经切平面W的镜面反射光，且成像元件(2)不采集每个面光源的主轴光线经切平面M的镜面反射光；所述面光源阵列(1)与处理控制单元通过导线相连；所述成像元件(2)与处理控制单元(3)通过导线相连，或通过无线传输方式通讯；所述处理控制单元(3)处理成像元件(2)采集的图像。

2.如权利要求1所述的一种使用侧向光构建光影特征的盖面焊缝检测装置，其特征在于：所述成像元件为电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体成像器件、位置敏感器件或电荷注入器件；所述成像元件的敏感波长范围大于或等于所述面光源的发光波长范围。

3.采用如权利要求1或2所述装置的一种使用侧向光构建光影特征的盖面焊缝检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)将位于待检测焊缝两侧的所有面光源同时点亮，或位于待检测焊缝不同侧的面光源交替点亮；

2)所述面光源发出的光线投射在待检测焊缝边缘处，所述处理控制单元控制所述成像元件采集图像，所述成像元件将采集的焊缝表面灰度图像传输至所述处理控制单元，处理控制单元对所述焊缝表面灰度图像进行预处理：

a)若将位于待检测焊缝两侧的所有面光源同时点亮，所述处理控制单元控制成像元件在所述面光源阵列点亮时采集焊缝表面灰度图像，记为I(x,y)，其中x,y分别是焊缝表面灰度图像的行坐标值和列坐标值，所述成像元件将焊缝表面灰度图像传输至所述处理控制单元；处理控制单元使用阈值分割方法，将所述焊缝表面灰度图像I(x,y)转换为二值图像B(x,y)；处理控制单元提取所述二值图像B(x,y)中面积最大的两个连通域，记为R₁和R₂；

b)若位于待检测焊缝不同侧的面光源交替点亮，所述处理控制单元发出触发信号，使成像元件分别在不同侧的面光源点亮时采集焊缝表面灰度图像，分别记为I₁(x,y)和I₂(x,y)，其中x,y分别是焊缝表面灰度图像的行坐标值和列坐标值，所述成像元件将焊缝表面灰度图像传输至所述处理控制单元；处理控制单元使用阈值分割方法，分别将所述焊缝表面灰度图像I₁(x,y)和I₂(x,y)转换为二值图像B₁(x,y)和B₂(x,y)；所述处理控制单元分别提取所述二值图像B₁(x,y)和B₂(x,y)中面积最大的连通域，记为R₁和R₂；

3)设连通域R₁和R₂包含的像素点个数分别为#R₁和#R₂，连通域R₁中的第i个像素点坐标为(x_1i,y_1i)，连通域R₂中的第j个像素点坐标为(x_2j,y_2j)，其中#R₁和#R₂均是正整数，i为大于零且小于或等于#R₁的正整数，j为大于零且小于或等于#R₂的正整数；所述处理控制单元对所述连通域R₁和R₂进行处理，提取焊缝与母材的边缘坐标：

a)若焊缝轨迹与焊缝表面灰度图像列坐标轴夹角大于45°，则计算连通域R₁和R₂所有像素点的平均列坐标和

y‾1=Σi=1#R1y1i#R1]]>

y‾2=Σj=1#R2y2j#R2]]>

若则将连通域R₁记为焊缝左边缘区域，将连通域R₂记为焊缝右边缘区域；

若则将连通域R₁记为焊缝右边缘区域，将连通域R₂记为焊缝左边缘区域；记所述焊缝左边缘区域为L₁，所述焊缝右边缘区域为L₂；设所述焊缝左边缘区域L₁第m行像素点的列坐标值组成的集合为Q_1m，所述焊缝右边缘区域L₂第m行像素点的列坐标值组成的集合为Q_2m，其中m为大于零且小于或等于所述焊缝表面灰度图像总行数的正整数；逐行扫描所述焊缝左边缘区域L₁和焊缝右边缘区域L₂，计算第m行焊缝左边缘点的列坐标Y_1m和右边缘点的列坐标Y_2m：

Y_1m＝min(Q_1m)

Y_2m＝max(Q_2m)

其中，min(Q_1m)表示集合Q_1m的最小元素，max(Q_2m)表示集合Q_2m的最大元素；

b)若焊缝轨迹与焊缝表面灰度图像列坐标轴夹角小于或等于45°，则计算连通域R₁和R₂所有像素点的平均行坐标和

x‾1=Σi=1#R1x1i#R1]]>

x‾2=Σi=1#R2x2i#R2]]>

若则将连通域R₁记为焊缝上边缘区域，将连通域R₂记为焊缝下边缘区域；

若则将连通域R₁记为焊缝下边缘区域，将连通域R₂记为焊缝上边缘区域；记所述焊缝上边缘区域为U₁，所述焊缝下边缘区域为U₂；设所述焊缝上边缘区域U₁第k列像素点的行坐标值组成的集合为P_1k，所述焊缝下边缘区域U₂第k列像素点的行坐标值组成的集合为P_2k，其中k为大于零且小于或等于所述焊缝表面灰度图像总列数的正整数；逐列扫描所述焊缝上边缘区域U₁和焊缝下边缘区域U₂，计算第k列焊缝上边缘点的行坐标X_1k和下边缘点的行坐标X_2k：

X_1k＝min(P_1k)

X_2k＝max(P_2k)

其中，min(P_1k)表示集合P_1k的最小元素，max(P_2k)表示集合P_2k的最大元素。