一种基于三维点云曲率的管道焊缝表面缺陷检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维点云曲率的管道焊缝表面缺陷检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，采图获取管道焊缝的多位置图像；步骤2，对采集图像进行处理得到三维点云数据；步骤3，对三维点云数据进行基于B

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维点云曲率的管道焊缝表面缺陷检测方法


[0001]本专利技术涉及一种基于三维点云曲率的管道焊缝表面缺陷检测方法，属于焊缝缺陷检测


技术介绍

[0002]一直以来，我国的石油化工产业对国家的经济发展有着举足轻重的影响，石油化工产业涉及的管道焊接作业量巨大，现场作业环境恶劣，自动化程度低。如果因为焊接后没有及时发现焊缝存在缺陷而继续使用，可能会导致无法挽回的后果；因此在完成焊接的第一时间检测焊缝的表面缺陷并进行记录尤为重要。
[0003]目前工业上最常使用的焊缝表面缺陷方法主要为：人工检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测、机器视觉检测等表面缺陷的检测方法；各种方法都有其最适宜的检测对象、适用的范围和场合，也各有其特点和不足之处。人工检测劳动强度大，容易出现漏检、错检等现象。磁粉检测方法虽然比较成熟,但对不同缺陷的敏感度不同，漏检率较高,且由于使用条件的限制，难以大规模推广。而超声波和涡流检测容易受到检测对象的形状、种类所影响，因此不适用于表面复杂的管道焊缝。

技术实现思路

[0004]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于三维点云曲率的管道焊缝表面缺陷检测方法。
[0005]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于三维点云曲率的管道焊缝表面缺陷检测方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，采图获取管道焊缝的多位置图像；
[0008]步骤2，对采集图像进行处理得到三维点云数据；
[0009]步骤3，对三维点云数据进行基于B
‑
样条曲线的光顺预处理；
[0010]步骤4，计算焊缝点云各点的表面曲率；
[0011]步骤5，将计算出的曲率与合格点云曲率进行对比，找出缺陷位置并标记。
[0012]本专利技术进一步设置为，所述步骤1中通过全位置焊接机器人上的CCD相机进行采图，且对管道焊缝多位置图像进行实时获取。
[0013]本专利技术进一步设置为，所述步骤2中将采集的图像转换成三维点云数据模型步骤包括，
[0014]对获取到的焊缝图片进行特征提取及匹配；
[0015]利用增量式Structure
‑
From
‑
Motion算法进行稀疏点云重建；
[0016]对稀疏点云进行稠密点云重建，得到三维点云模型。
[0017]本专利技术进一步设置为，所述步骤3中利用B
‑
样条光顺法对点云进行预处理。
[0018]本专利技术进一步设置为，所述步骤4中分别计算出点云中各点所对应的曲率。
[0019]本专利技术进一步设置为，对所述步骤4中的各点进行点云预处理，所述点云预处理的
步骤包括：定义点集点数PN，列数XN，行数YN；
[0020]设定每块点数BPN(BLOCKPNUM)，计算每块行数BYN＝BPN/XN；点集块数BN＝YN/BYN计算最后一块剩余行数：
[0021]lastYN＝YN
‑
BYN
‑
(BN
‑
2)*(BYN
‑
w)，w为保证块与块之间衔接保留的行数，第一块数据读取BYN，之后的数据块每次读取BYN
‑
w行，直至最后一块数据；
[0022]对读入数据块的数据进行领域处理：
[0023]BZ
i,j
＝Z
i
‑
1,j
‑1+Z
i,j
‑1+Z
i
‑
1,j
+Z
i,j
+Z
i+1,j
+Z
i
‑
1,j+1
+Z
i,j+1
+Z
i+1,j+1
；计算原始点云数据与领域平均后的插值：dz
i,j
＝Z
i,j
‑
BZ
i,j
；
[0024]计算每块数据点集中各个点的平均曲率，提取平均曲率大于2的点；
[0025]计算点云数据中点p
i
与1
‑
领域内其他数据点的平均曲率之和，记为Σ|k
Hi
|，用于判断边缘轮廓点；
[0026]计算点云数据中点p
i
与1
‑
领域内其他数据点法向距离的高度差，记为Σ|ΔZ
Ni
|。
[0027]本专利技术进一步设置为，所述S5中的点云曲率计算步骤包括：
[0028]设待检测管道的圆心为O，在焊缝三维点云模型上任取一点P，以O为圆心连接点P和P相邻的点P
’
形成的曲线记为r，r的表达式为：r＝r(x(t),y(t))；
[0029]设定以s表示曲线r的弧长，则由复合函数求导公式可求得所述s弧长微分公式：由曲面的第一基本公式可得：(ds)2＝E(dx)2+2Fdxdy+G(dy)2＝I；
[0030]已知P为曲线r上一点，用t和n分别表示P点的单位切向量和单位法向量，则曲率向量可分解为：
[0031]曲线的单位法向量n表达式为：
[0032]曲面的第二基本公式：法曲率可表示为：
[0033]处理变量λ可得到k
n
的两基础根k1，k2，根据曲率特性可求得高斯曲率和平均曲率分别为：
[0034]有益效果：本专利技术提供一种基于三维点云曲率的管道焊缝表面缺陷检测方法，通过全位置焊接小车实时采集管道焊缝的图像，利用三维重建方法获得其点云模型，根据B
‑
样条光顺算法对点云进行预处理，以获得较清晰的点云模型，根据处理后的点云曲率信息判断出存在缺陷的位置并做出标记。本方法不受场地、天气等外界条件影响；可以在焊接结
束后立刻采集焊缝图片进行处理，高效高质量地完成管道焊缝表面缺陷识别工作。
附图说明
[0035]图1为图像采集装置示意图。
[0036]图2为点云获取流程图。
[0037]图3为点云光顺算法流程图。
[0038]图4为缺陷(气孔)实物及检测结果。
[0039]图中标记：1
‑
管道全位置焊接小车，2
‑
滑轨电机，3
‑
CCD相机，4
‑
待检测焊缝，5
‑
焊枪，6
‑
相机固定连杆，7
‑
滑轨
具体实施方式
[0040]下面结合具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。
[0041]一种基于三维点云曲率的管道焊缝表面缺陷检测方法，包括如下步骤：
[0042]通过全位置焊接机器人上的CCD相机实时采图获取管道焊缝的多位置图像；
[0043]对采集图像进行处理得到三维点云数据；
[0044]对三维点云数据进行基于B
‑
样条曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
＝E(dx)2+2Fdxdy+G(dy)2＝I；已知P为曲线r上一点，用t和n分别表示P点的单位切向量和单位法向量，则曲率向量可分解为：曲线的单位法向量n表达式为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海生，朱富麟，王中任，赵荣丽，王子恺，王玉帅，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：