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，属于焊接自动化领域。该发明专利技术采用面光源照射焊缝边缘，成像元件放置在焊缝边缘镜面反射光轴附近，并避开母材表面和焊缝中心的镜面反射光轴，采集焊缝表面灰度图像，经处理控制单元进行图像处理后准确提取焊缝轨迹。本发明专利技术构建的侧向光照条件能有效凸显焊缝边缘特征信息，焊缝边缘灰度接近饱和，便于快速、准确地提取焊缝轨迹位置；检测精度可达0.04mm，系统结构简单，成本低，实时性好，适用于焊缝余高低至1mm甚至更低的盖面焊缝轨迹自动检测场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接自动化领域，特别设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。
技术介绍
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，结构光光条崎变 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W上场合的焊 缝检测装置及方法。
技术实现思路
本专利技术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，该专利技术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，W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。 本专利技术的技术方案如下： -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； 本专利技术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禪合器件、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； 本专利技术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W下步骤：[000引 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；处理控制单元使用阔值分割方法，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Ri和 民2; 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Ii(X，y)和 l2 (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；处理控制单元使用阔值分割方法，分别将所述焊 缝表面灰度图像Ii(X，y)和12 (X，y)转换为二值图像Bi(X，y)和B2 (X，y);所述处理控制单 元分别提取所述二值图像Bi(X，y)和B2 (X，y)中面积最大的连通域，记为Ri和R2;[001引如设连通域Ri和R泡含的像素点个数分别为#R1和#R2,连通域R冲的第i个像 素点坐标为（Xu,y。），连通域R2中的第j个像素点坐标为（X2J，，其中#而和#R2均是正 整数，i为大于零且小于或等于#Ri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Ri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Ri和 尺2所有像素点的平均列坐标巧和歹2 =【主权项】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RdP R 2; 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I 1Uy)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I 1 (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，记为札和R 2; 3) 设连通域札和R 2包含的像素点个数分别为#R i和#R 2，连通域R1中的第i个像素点 坐标为（Xli, yn)，连通域R2中的第j个像素点坐标为（x2j，y2j)，其中SR 1和#R本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：都东，曾锦乐，邹怡蓉，王国庆，潘际銮，常保华，韩赞东，王力，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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