一种钢筋焊缝几何参数检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种钢筋焊缝几何参数检测装置及方法，方法为：实时获取焊缝图像；对所得焊缝图像预处理并对其进行二值化处理，采用灰度平方加权阈值重心法来提取经过预处理后的焊缝图像光条中心；对所获取的焊缝图像的坐标系进行转换，得到图像坐标系与世界坐标系之间的关系；基于图像坐标系与世界坐标系之间的关系以及焊缝的图像数据统计获得焊缝的长度、宽度、厚度以及饱和度；输出结果。通过对结构光光条图像进行处理，可提取亚像素精度条纹中心线，得到结构光与靶标的精确交线，交线转折点坐标即可作为靶标特征点像素坐标，保证测量精度和效率；还提供基于线于线结构光的焊缝参数获取的装置，有助于提高检测效率、准确性和一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种钢筋焊缝几何参数检测装置及方法
本专利技术属于焊缝检测领域，具体涉及一种钢筋焊缝几何参数检测装置及方法。
技术介绍
焊缝表面质量检测是指在焊接完成后，对焊缝的外形尺寸如错配、扭曲等，对焊缝的宏观尺寸如熔宽、凸起和凹度以及对焊缝的表面缺陷如气孔、咬边、未熔透等进行外观检测。焊缝外观检测有利于发现其内部缺陷，例如焊缝表面有咬边，在其内部可能出现未熔透，焊缝表面有气孔时，则意味着内部组织不致密。通过焊缝外观检测不但可以确定焊缝的焊接质量是否合格，而且还可以判断焊接工艺是否合理，因此通焊缝外观检测可以改进焊接工艺，显提高焊缝质量。目前主要采用焊接检验尺对钢筋焊缝进行检测。焊接检验尺是利用线纹和游标测量等原理，检验焊接件的焊缝宽度、高度、焊接间隙、坡口角度、咬边深度等的计量器具，焊接检验尺测量操作不便，而且人为操作误差大，测量结果准确性不高，效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钢筋焊缝几何参数检测装置及方法，该装置应用于钢筋焊缝参数的测量中，实现了小型化与高精度，准确而方便的获取了测量值，保证了系统测量精度和效率；对同类装置乃至其他装置有重要的参考价值和应用前景，后续可继续研究开发满足各种焊接类型的钢筋焊缝检测。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种测量钢筋焊缝几何参数的方法，包括以下步骤：步骤1，获取焊缝图像；步骤2，对步骤1所得焊缝图像预处理并对其进行二值化处理，采用灰度平方加权阈值重心法来提取经过预处理后的焊缝图像光条中心；步骤3，对步骤1所获取焊缝图像的坐标系进行转换，得到图像坐标系与世界坐标系之间的关系；步骤4，基于步骤3所得图像坐标系与世界坐标系之间的关系，以及步骤2所得焊缝的图像数据统计获得焊缝的长度、宽度、厚度以及饱和度；步骤5，输出步骤4的所得结果。步骤2中，首先对步骤1所得图像做平滑处理并求取图像的直方图，然后根据直方图使用大津法得到图像的动态分割阈值，对经过预处理后的图像进行光条的中心提取，采用灰度平方加权阈值重心法来求取光条中心。灰度平方加权阈值重心法求取光条中心xc计算方法如下：其中，j是图像中的第j行，钢筋焊缝的光条区域为S，T为焊缝光条图像的动态分割阈值，I(x,j)为像素坐标(x,j)对应的灰度值。步骤1中基于线结构光照射下用摄像机获得焊缝的图像。步骤3中，图像坐标系转换包括摄像机参数标定和结构光平面的标定；在采用棋盘格靶标完成摄像机内部参数标定的基础上，基于锯齿靶实现的结构光平面的标定。步骤4中，焊缝的长度、宽度、厚度以及饱和度的检测如下：1)焊缝长度统计通过摄像机拍摄钢筋图像，对图像进行处理，检测钢筋之间是否有焊缝；若检测出焊缝则开始计数，若未检测出焊缝则在下一位移处继续检测；每次扫描时都检测是否存在焊缝，若不存在则停止扫描，计数停止，该段行程则为钢筋焊缝长度；2)焊缝宽度统计焊缝宽度为两钢筋中间部分，线结构光投射在焊缝表面，通过摄像机获取焊缝图像；计算出两点的实际坐标，从而计算出当前光条扫描焊缝的宽度bi；经扫描完成后，得到b1,b2,b3,…,bn共n个宽度值，对宽度值求取平均作为整个焊缝的宽度值；3)焊缝厚度统计焊缝厚度为焊缝底端到顶部的距离S，转化为测量焊缝顶端至钢筋顶端的距离S1，选取世界坐标系，确定光条上焊缝的世界坐标，与基准坐标进行比较获得光条上点与钢筋顶端的距离Si，i＝1,2,3…,n；求取平均可得处于当前光条上焊缝的厚度；若不合格，则在显示屏上显示出来；4)焊缝饱和度用厚度的方差来评价饱和度，通过识别焊缝厚度，得到相机前进方向上焊缝的厚度值Si，i＝1,2,3…,n，通过下式所示的方差公式可计算出钢筋焊缝的饱和度F；其中，为厚度值的平均值，n为厚度值的个数；F越大饱和度越差，F越小饱和度越好。一种便携式钢筋焊缝几何参数检测装置，包括图像采集模块、处理器、存储器以及位移平台；其中，图像采集模块包括线结构光投射器和摄像机，摄像机的焦点处在线结构光投射器的光线投射面上，处理器、存储器以及图像采集模块均安装在位移平台上，位移平台上设置有位移机构，位移平台能够沿着焊缝的长度方向平移，摄像机连接处理器的输入接口，处理器通过I/O接口连接存储器，存储器用于存储图像采集模块所采集的图像信息以及计算机可执行程序，处理器在执行所述计算机可执行程序时，执行本专利技术所述的测量钢筋焊缝几何参数的方法，并将结果存储与存储器中。位移平台上还设置有位移采集器，位移采集器连接处理器的输入端；位移平台的底部设置有若干滚轮；位移采集器采用光电编码器，光电编码器连接滚轮的轮轴。还包括触控屏和打印机，触控屏与处理器通过I/O接口连接，打印机连接处理器的输出端；位移平台上方设置有用于保护电器元件的壳体。处理器采用Cortex-A9处理器；摄像机采用usb接口的CMOS摄像头；Cortex-A9处理器通过RS232总线连接打印机。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：基于线于线结构光钢筋焊缝主动视觉的测量模型以及焊缝参数获取的方法，包括焊缝图像的实时获取，焊缝图像的实时处理，相机的标定，焊缝参数的获取，焊缝表面材质的漫反射现象以及光照环境的不稳定性，导致采集到的原始灰度图像中具有噪声，通过对结构光光条图像进行处理，可提取亚像素精度条纹中心线，得到结构光与靶标的精确交线，交线转折点坐标即可作为靶标特征点像素坐标，本专利技术对图像的预处理并对其进行二值化处理；经过预处理后的图像则可实现光条的中心提取，采用灰度平方加权阈值重心法来求取光条中心，保证测量精度和效率；测量钢筋焊缝的三维形貌参数的精度能达到0.2mm，焊缝参数测量数据更新时间小于300ms，同时满足了高精度和实时性的要求。本专利技术利用线结构光钢筋焊缝图像式检测方案，设计了基于线线结构光钢筋焊缝主动视觉的测量模型以及焊缝参数获取的装置，位移机构带动位移平台沿着焊缝的长度方向平移，摄像机的焦点处在线结构光投射器的光线投射面上，图像采集模块将实时采集的焊缝图像传输至处理器，处理器同时可以执行本专利技术所述方法对焊缝参数进行测量，同时还能将所述图像传输至存储器进行存储，也能将焊缝测量结果同时存入存储器中，有助于提高检测效率、准确性和一致性。进一步的，设置触控屏连接处理器，能够用于想处理器输入参数和执行指令，还能同步输出焊缝图像以及测量结果，处理器连接有打印机，实时将测量结果打印。进一步的，焊缝图像处理工作在基于Cortex-A9平台完成，有利于借助libusb库很方便的实现usb摄像头的驱动来采集图像；有助于缩短开发周期。附图说明图1为本专利技术的结构原理框图。图2为本专利技术所述检测模型示意图。图3为本专利技术所述焊缝图像实时获取流程图。图4为本专利技术所述焊缝图像处理流程图。图5a为张正友棋盘格平面标定示意图，图5b为摄像机坐标系与世界坐标系中点的几何关系示意图，图5c为采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量钢筋焊缝几何参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，获取焊缝图像；/n步骤2，对步骤1所得焊缝图像预处理并对其进行二值化处理，采用灰度平方加权阈值重心法来提取经过预处理后的焊缝图像光条中心；/n步骤3，对步骤1所获取焊缝图像的坐标系进行转换，得到图像坐标系与世界坐标系之间的关系；/n步骤4，基于步骤3所得图像坐标系与世界坐标系之间的关系，以及步骤2所得焊缝的图像数据统计获得焊缝的长度、宽度、厚度以及饱和度；/n步骤5，输出步骤4的所得结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量钢筋焊缝几何参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，获取焊缝图像；
步骤2，对步骤1所得焊缝图像预处理并对其进行二值化处理，采用灰度平方加权阈值重心法来提取经过预处理后的焊缝图像光条中心；
步骤3，对步骤1所获取焊缝图像的坐标系进行转换，得到图像坐标系与世界坐标系之间的关系；
步骤4，基于步骤3所得图像坐标系与世界坐标系之间的关系，以及步骤2所得焊缝的图像数据统计获得焊缝的长度、宽度、厚度以及饱和度；
步骤5，输出步骤4的所得结果。


2.根据权利要求1所述的测量钢筋焊缝几何参数的方法，其特征在于，步骤2中，首先对步骤1所得图像做平滑处理并求取图像的直方图，然后根据直方图使用大津法得到图像的动态分割阈值，对经过预处理后的图像进行光条的中心提取，采用灰度平方加权阈值重心法来求取光条中心。


3.根据权利要求1所述的测量钢筋焊缝几何参数的方法，其特征在于，步骤2中，灰度平方加权阈值重心法求取光条中心xc计算方法如下：



其中，j是图像中的第j行，钢筋焊缝的光条区域为S，T为焊缝光条图像的动态分割阈值，I(x,j)为像素坐标(x,j)对应的灰度值。


4.根据权利要求1所述的测量钢筋焊缝几何参数的方法，其特征在于，步骤1中基于线结构光照射下用摄像机获得焊缝的图像。


5.根据权利要求4所述的测量钢筋焊缝几何参数的方法，其特征在于，步骤3中，图像坐标系转换包括摄像机参数标定和结构光平面的标定；在采用棋盘格靶标完成摄像机内部参数标定的基础上，基于锯齿靶实现的结构光平面的标定。


6.根据权利要求5所述的测量钢筋焊缝几何参数的方法，其特征在于，步骤4中，焊缝的长度、宽度、厚度以及饱和度的检测如下：
1)焊缝长度统计
通过摄像机拍摄钢筋图像，对图像进行处理，检测钢筋之间是否有焊缝；若检测出焊缝则开始计数，若未检测出焊缝则在下一位移处继续检测；每次扫描时都检测是否存在焊缝，若不存在则停止扫描，计数停止，该段行程则为钢筋焊缝长度；
2)焊缝宽度统计
焊缝宽度为两钢筋中间部分，线结构光投射在焊缝表面，通过摄像机获取焊缝图像；计算出两点的实际坐标，从而计算出当前光条扫描焊缝的宽度bi；经扫描完...

【专利技术属性】
技术研发人员：王会峰，黄鹤，高荣，关丽敏，王晓艳，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61