[发明专利]一种焊缝尺寸视觉测量与表面缺陷检测方法

权利要求书

1.一种焊缝尺寸视觉测量与表面缺陷检测方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：

步骤一、搭建硬件检测系统；

硬件系统包括单线激光发射器、CCD摄像头、精密位移台以及计算机；单线激光发射器发出的线激光投射到焊缝表面，通过步进电机驱动精密位移台上被测焊缝材料移动，实现单线激光发射器扫描焊缝；

步骤二、进行检测系统的标定；

系统标定主要包括相机标定与结构光标定两个部分；通过相机标定获取相机准确的内部参数以及外部参数，内部参数包括相机的中心点、焦距和畸变参数，外部参数即相机在世界坐标中的相对位置；通过结构光标定获取单线激光发射器发出的结构光与CCD摄像头之间的相对位置关系；

步骤三、利用搭建并标定后的检测系统获取结构光条纹图像，并进行结构光条纹图像的预处理操作；

预处理主要包括结构光条纹图像的灰度变化、二值化、图像滤波、图像分割、形态学处理和ROI提取过程；

步骤四、结构光中心线定位方法与特征点提取；

采用改进的亚像素定位算法完成中心线定位提取；通过提取特征点确定结构光中心线的几何特征；

步骤五、采用三维重建算法，完成被测焊缝材料的重建与缺陷识别；

对三维重建后的焊缝图像进行数据分析，根据得到的三维重建图像，以及对于焊缝尺寸、缺陷的定义来判断焊缝是否符合使用要求，焊缝尺寸包括焊缝的宽度、高度尺寸，缺陷包括焊缝表面气孔、咬边。

2.根据权利要求1所述的一种焊缝尺寸视觉测量与表面缺陷检测方法，其特征在于：步骤二所述的进行检测系统的标定的过程为：

设计相机投影测量模型如式(2-1)所示；

式中n为常比例系数，[u，v]^T为目标点图像坐标，R为3×3的旋转矩阵，t为3×1的平移矩阵，M₁，M₂为摄像机的内参和外参，f_x和f_y分别为相机在x、y方将焦距参数，c_x和c_y为成像主点；[x_c，y_c，z_c]^T是相机坐标系下的三维坐标；

坐标为(x，y)，实际情况下考虑畸变的坐标为则二者的数学关系式如式(2-2)所示；

其中δ_x和δ_y表示非线性畸变值，非线性畸变值与非畸变点关系如式(2-3)所示；

其中k₁、k₂为径向畸变系数；

摄像机的标点结束后，得到相机的内外参数，对激光的光平面进行标定，通过光条上的特征点，建立起光平面和图像平面之间的联系，从而求得光条上的特征点在图像平面坐标系上的坐标值；通常球阀是在两个不同高度分别拍摄一张光条的图像，提取出光条的中心点作为特征点，设图像平面坐标系下，特征点的作为(u_i，v_i)，由式(2-1)相机标定参数方程可得到式(2-4)的变换方程；

式中，为光平面中特征点的坐标，令M＝M₁M₂，且由相机标定可求得M，其表示如(2-5)所示；

将式(2-4)展开，可得式(3-9)；

将(2-6)消失去n可得式(3-10)；

分别采集两个不同高度下的光条特征点，并将所有点拟合成光平面，即可获得到光平面在图像平面坐标系下的光平面方程，从而得到激光器和相机的相对位置关系。