[发明专利]基于产品焊缝特征的图像识别与质量智能评价系统

权利要求书

1.基于产品焊缝特征的图像识别与质量智能评价系统，包括如下步骤：

(1)图像采集及预处理，从CCD相机中将包含有焊缝的图像采集，并进行图像预处理，得到清晰的焊缝图像；

(2)对焊缝图像进行中心线提取，为后续特征点提取和线条拟合奠下基础，保证最终焊缝成形几何尺寸测量的精度；

(3)特征点提取，对焊缝图像上的中心线进行特征点提取，对焊缝成形几何尺寸的特征点进行提取识别，并根据焊缝质量评价中的几何尺寸评价要求通过曲线拟合与数据测量进行自动化评价；

(4)三维重建，将截面上的特征点过滤后重建或拟合直线，之后通过与正常的焊缝轮廓线的比对，提取出非法和异常的点并进行还原三维形貌处理，根据建立焊缝的形貌缺陷评价指标进行评判。

2.根据权利要求1所述的基于产品焊缝特征的图像识别与质量智能评价系统，其特征在于，步骤(3)中焊缝的几何尺寸自动化评价包括从焊缝宽度、高度、长度、平整度、咬边、错边、填充度以及焊缝走向几个方面来建立评价指标，具体为：

(1)焊缝宽度b及其最大差值|b_max-b_min|

采集到的焊缝图像轮廓线上起点和终点的距离即为焊缝宽度，通过每一个评定段最大焊缝宽度b_max和最小焊缝宽度b_min求出焊缝宽度的最大差值，与系统内设定的标准偏差值范围要求进行比较，从而评价焊缝宽度方面的质量，要求其在任意50mm焊缝长度范围内不得大于4mm，整个焊缝长度范围内不得大于5mm；

(2)余高H、余高最大差|Hmax-Hmin|

以各评定段内焊缝余高的最大值Hmax与焊缝余高的最小值Hmin的差值的绝对值，即余高最大差作为评价指标，利用在焊缝宽度方向上的截面上提取到的特征点，这些点的集合构成了焊缝高度上的边缘轨迹，利用特征点进行曲线拟合，尽可能还原出边缘轨迹，之后通过计算得出各个焊缝评定段内的余高最大差，便可以判断焊缝在高度方向是否存在异常，此处余高最大差要求在焊缝任意25mm长度范围内，余高最大差不得大于2mm；

(3)焊缝边缘偏离度|x_max-x_min|

在每一个评价段内的焊缝两边缘的坐标点进行特征提取，利用评定段内收集到的焊缝的特征点，还原其在长度方向上的轨迹并拟合曲线表示轨迹走向，确定待评价段的焊缝同一侧轮廓边缘坐标的极值x_max和x_min，以二者差值的绝对值作为评价指标来检测焊缝的边缘是否存在异常，检验过程中仍需要检测两侧的轮廓边缘偏离度，取单侧偏离度在整个长度范围内不得大于2mm；

(4)焊缝中心线直线度k_C

对于每段评价段内的焊缝图像，利用宽度方向上光条中心线上提取到的特征点来拟合长度方向上的整段焊缝的中心线，将焊缝中心线的斜率在一定长度上的变化率定义为焊缝中心线直线度k_C，以此来表征焊缝是否平直以及焊缝整体走势，拟合出的每个评价段中心线即可得到中心线的斜率k_a，与系统中标准的正常焊缝中心线的斜率k_n的偏差范围比较，取标准为在任意300mm连续焊缝长度内焊缝边缘沿焊缝轴向的直线度小于等于3mm；

(5)填充度

利用三维重建后的焊缝宽度方向上的截面，将截面上大量的轮廓点过滤还原处理，之后通过与正常的焊缝轮廓线的比对，提取出非法和异常的点并进行还原三维形貌处理，从而判断出填充度是否符合要求；

(6)咬边

咬边指由于操作问题沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷，可以判断咬边是低于母材轮廓线的焊缝轮廓线到母材的垂直距离，利用处理后的焊缝轮廓线上诸个特征点中所有低于母材线上的点，求其与母材间的最大垂直距离；

(7)错边

错边指的是焊接时两母材不在一平面上，利用处理后的焊缝轮廓线上的特征点，还原轮廓线，由此得到两个不在同一平面的母材轮廓线的距离。

3.根据权利要求1所述的基于产品焊缝特征的图像识别与质量智能评价系统，其特征在于，步骤(4)中焊缝的形貌缺陷评价指标包括气孔、焊瘤、凹坑和裂纹，通过评价指标的要求测量出图像处理后的焊缝图片的指标数据，与标准库中偏差范围或标准值进行比对来判断焊缝等级。