[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

说明书

技术领域

本发明属于焊接自动化领域，特别涉及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。

背景技术

盖面焊缝轨迹在线检测在焊后无损检测探头自动导引等应用场合具有重要意义。目前，结构光方法被广泛应用于焊缝检测领域，然而在盖面焊缝轨迹检测场合，特别在焊缝余高低至1mm甚至更低的场合，焊缝表面的几何结构特征变得十分微弱，结构光光条畸变特征的缺失将导致无法有效准确识别焊缝轨迹。目前，尚未有一种能适用于以上场合的焊缝检测装置及方法。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提出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，该发明旨在解决目前技术存在的过分依赖焊缝宏观几何结构特征、检测精度和适用性受限等问题，以求实现盖面焊缝轨迹自动识别，特别针对焊缝余高低至1mm甚至更低的盖面焊缝自动检测场合。

本发明的技术方案如下：

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、成像元件和处理控制单元；所述面光源阵列包含至少两个面光源，所述面光源分别放置在待检测焊缝的两侧，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、待检测焊缝与所述成像单元的相对位置满足：成像元件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；所述面光源阵列与处理控制单元通过导线相连；所述成像元件与处理控制单元通过导线相连，或通过无线传输方式通讯；所述处理控制单元处理成像元件采集的图像；

本发明所述盖面焊缝检测装置中，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；

本发明提供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；