不等厚激光拼焊板焊縫質(zhì)量檢測(cè)圖像處理方法

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1、56·焊接質(zhì)量控制與管理·焊接技術(shù)第39卷第4期2010年4月文章編號(hào)：1002－025X(2010)04-0056-06不等厚激光拼焊板焊縫質(zhì)量檢測(cè)圖像處理方法1，211，2許敏，趙明揚(yáng)，鄒媛媛（1.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所，遼寧沈陽(yáng)110016；2.中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京100049）摘要：針對(duì)激光拼焊過(guò)程中的各種噪聲干擾，使得焊縫圖像復(fù)雜多變，本文對(duì)結(jié)構(gòu)光視覺(jué)焊縫質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)圖像處理方法進(jìn)行了深入研究。在圖像預(yù)處理中，首先通過(guò)加窗處理來(lái)獲得興趣區(qū)域，采用中值濾波去除圖像噪聲。針對(duì)母材區(qū)域和焊縫區(qū)域?qū)Y(jié)構(gòu)光反射率不同，提出了使用局部閾值來(lái)

2、分割目標(biāo)圖像的方法，并使用形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算進(jìn)一步去除噪聲干擾；在結(jié)構(gòu)光條紋中心線提取過(guò)程中，使用模板法獲得了條紋的邊界并用幾何中心法提取了條紋中心線；提出了基于焊縫灰度圖像的灰度突變和擬合直線法來(lái)檢測(cè)特征點(diǎn)的方法。試驗(yàn)表明，該方法具有較高的特征點(diǎn)檢測(cè)可靠性，并且運(yùn)算速度快、抗干擾能力強(qiáng)，具有較高實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：激光拼焊；焊縫圖像；結(jié)構(gòu)光條紋；特征點(diǎn)檢測(cè)中圖分類(lèi)號(hào)：TG115.28文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B具有很大的實(shí)際意義。0概述本文針對(duì)激光拼焊焊縫圖像的特點(diǎn)，提出了一激光拼焊技術(shù)是汽車(chē)工業(yè)中廣泛使用的在沖壓成種基于結(jié)構(gòu)光視覺(jué)的焊后焊縫表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，形前將

3、2塊或多塊不同厚度的板材焊接起來(lái)再成形的并對(duì)系統(tǒng)的圖像處理方法進(jìn)行了深入研究，為激光［1－2］一項(xiàng)新技術(shù)，其作為一項(xiàng)實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)，已廣拼焊焊后焊縫表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用奠定了［3－4］泛應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身制造中。由于激光拼焊板對(duì)焊縫基礎(chǔ)。的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，為了保證焊接質(zhì)量，在焊接過(guò)程中必須對(duì)激光拼焊板的焊縫質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。1焊縫質(zhì)量視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)焊后焊縫表面質(zhì)量缺陷主要包括焊縫過(guò)窄、錯(cuò)1．1結(jié)構(gòu)光視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)原理［6］邊、咬邊、小孔等，這些缺陷將會(huì)嚴(yán)重影響激光拼焊結(jié)構(gòu)光視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)采用三角測(cè)量原理，當(dāng)激板的使用性能。對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)

4、是保證其正常、光光源照射到物體上某點(diǎn)時(shí)，該目標(biāo)點(diǎn)的圖像通過(guò)透安全、可靠的重要技術(shù)手段。傳統(tǒng)的焊縫表面缺陷檢鏡匯聚到傳感器上形成像點(diǎn)，不同高度的像點(diǎn)在傳感測(cè)方法主要是使用焊縫檢驗(yàn)尺等測(cè)量工具進(jìn)行離線測(cè)器上成像會(huì)發(fā)生一定量的偏移，在基線長(zhǎng)度已知、光量。由于受檢查人員技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)的影響，很容易源和傳感器及透鏡相對(duì)位置確定的前提下，通過(guò)測(cè)量出現(xiàn)誤檢和漏檢。與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比，基于結(jié)構(gòu)傳感器上像點(diǎn)的位置就能確定被測(cè)物體與測(cè)量?jī)x器之光視覺(jué)傳感的檢測(cè)方法可靠性高，并且檢測(cè)的數(shù)據(jù)可間的距離。永久保存，從而有利于后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析。目前，國(guó)內(nèi)1．2焊縫質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)

5、的檢測(cè)對(duì)象哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了基于結(jié)構(gòu)在激光拼焊板的生產(chǎn)過(guò)程中，焊縫表面常會(huì)出現(xiàn)［5］光視覺(jué)的焊后檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)β窕『负缚p兩類(lèi)缺陷：焊縫表面幾何形狀缺陷，如錯(cuò)配、咬邊的外觀尺寸和連續(xù)性進(jìn)行檢測(cè)；國(guó)外Soudronic公司等；焊縫表面形貌缺陷，如小孔等。焊縫質(zhì)量檢測(cè)系開(kāi)發(fā)的焊后焊縫質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)可對(duì)釬焊、弧焊、激光統(tǒng)的檢測(cè)對(duì)象即為這兩類(lèi)缺陷。焊的焊縫進(jìn)行檢測(cè)。雖然國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)做了一定的1．3焊縫質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的硬件組成研究，但技術(shù)還不完善，因此，對(duì)其做進(jìn)一步的研究基于結(jié)構(gòu)光視覺(jué)的激光拼焊焊縫表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)主要由圖像處理單元

6、和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成。圖像處收稿日期：2009－10-09基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50705095）理單元由圖像采集卡、工控機(jī)等構(gòu)成；檢測(cè)傳感裝置WeldingTechnologyVol．39No．4Apr.2010·焊接質(zhì)量控制與管理·57主要由CMOS相機(jī)、一字線形激光發(fā)射器和LED光為了提高圖像處理的速度，需要對(duì)原始圖像設(shè)置源構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該傳感裝置可以同時(shí)獲興趣區(qū)域，即對(duì)原始圖像進(jìn)行加窗處理。加窗后圖像取焊縫結(jié)構(gòu)光光紋圖像和焊縫灰度圖像。其中結(jié)構(gòu)光大小為200×490，加窗處理后的圖像如圖3所示。光紋圖像用來(lái)檢測(cè)焊縫表面是

7、否存在幾何形狀缺陷，焊縫灰度圖像用來(lái)檢測(cè)焊縫表面是否存在小孔等表面缺陷。冷卻水傳感器電纜接口冷卻板攝像機(jī)圖3加窗處理后的圖像鏡頭LED環(huán)形光源激光發(fā)射器2．2中值濾波由于受焊接激光、煙塵、飛濺等干擾影響比較度高激光條紋裝焊縫大，原始焊縫圖像中孤立噪聲點(diǎn)很多，嚴(yán)重影響圖像安的后續(xù)處理，為此必須采取必要的平滑濾波處理。但一般的低通濾波器在平滑圖像的同時(shí)也使圖像的細(xì)節(jié)氣孔裂紋工件變得模糊，為此采用中值濾波，目的是保護(hù)圖像邊緣圖1焊縫檢測(cè)傳感裝置的同時(shí)去除噪聲。試驗(yàn)中采用了3×3的中值濾波算子進(jìn)行中值濾波，濾波后的圖像如圖4所示，濾波后2圖像預(yù)處理算法及

8、試驗(yàn)研究的圖像與原始圖像相比，明顯去掉了噪聲干擾和結(jié)構(gòu)激光拼焊焊縫表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)圖像處理基本可光的鏡面反射。分為2步，首先，將所獲得的