不等厚激光拼焊板焊缝质量检测图像处理方法

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1、56·焊接质量控制与管理·焊接技术第39卷第4期2010年4月文章编号：1002－025X(2010)04-0056-06不等厚激光拼焊板焊缝质量检测图像处理方法1，211，2许敏，赵明扬，邹媛媛（1.中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳110016；2.中国科学院研究生院，北京100049）摘要：针对激光拼焊过程中的各种噪声干扰，使得焊缝图像复杂多变，本文对结构光视觉焊缝质量检测系统图像处理方法进行了深入研究。在图像预处理中，首先通过加窗处理来获得兴趣区域，采用中值滤波去除图像噪声。针对母材区域和焊缝区域对结构光反射率不同，提出了使用局部阈值来

2、分割目标图像的方法，并使用形态学开运算进一步去除噪声干扰；在结构光条纹中心线提取过程中，使用模板法获得了条纹的边界并用几何中心法提取了条纹中心线；提出了基于焊缝灰度图像的灰度突变和拟合直线法来检测特征点的方法。试验表明，该方法具有较高的特征点检测可靠性，并且运算速度快、抗干扰能力强，具有较高实用价值。关键词：激光拼焊；焊缝图像；结构光条纹；特征点检测中图分类号：TG115.28文献标志码：B具有很大的实际意义。0概述本文针对激光拼焊焊缝图像的特点，提出了一激光拼焊技术是汽车工业中广泛使用的在冲压成种基于结构光视觉的焊后焊缝表面质量检测系统，形前将

3、2块或多块不同厚度的板材焊接起来再成形的并对系统的图像处理方法进行了深入研究，为激光［1－2］一项新技术，其作为一项实用化的关键技术，已广拼焊焊后焊缝表面质量检测系统的实际应用奠定了［3－4］泛应用于汽车车身制造中。由于激光拼焊板对焊缝基础。的质量要求非常严格，为了保证焊接质量，在焊接过程中必须对激光拼焊板的焊缝质量进行实时检测。1焊缝质量视觉检测系统焊后焊缝表面质量缺陷主要包括焊缝过窄、错1．1结构光视觉检测技术的检测原理［6］边、咬边、小孔等，这些缺陷将会严重影响激光拼焊结构光视觉检测技术采用三角测量原理，当激板的使用性能。对焊缝进行无损检测

4、是保证其正常、光光源照射到物体上某点时，该目标点的图像通过透安全、可靠的重要技术手段。传统的焊缝表面缺陷检镜汇聚到传感器上形成像点，不同高度的像点在传感测方法主要是使用焊缝检验尺等测量工具进行离线测器上成像会发生一定量的偏移，在基线长度已知、光量。由于受检查人员技术水平和经验的影响，很容易源和传感器及透镜相对位置确定的前提下，通过测量出现误检和漏检。与传统的检测方法相比，基于结构传感器上像点的位置就能确定被测物体与测量仪器之光视觉传感的检测方法可靠性高，并且检测的数据可间的距离。永久保存，从而有利于后续的统计分析。目前，国内1．2焊缝质量检测系统

5、的检测对象哈尔滨工业大学焊接国家重点实验室开发了基于结构在激光拼焊板的生产过程中，焊缝表面常会出现［5］光视觉的焊后检测系统，该系统能够对埋弧焊焊缝两类缺陷：焊缝表面几何形状缺陷，如错配、咬边的外观尺寸和连续性进行检测；国外Soudronic公司等；焊缝表面形貌缺陷，如小孔等。焊缝质量检测系开发的焊后焊缝质量检测系统可对钎焊、弧焊、激光统的检测对象即为这两类缺陷。焊的焊缝进行检测。虽然国内外相关机构做了一定的1．3焊缝质量检测系统的硬件组成研究，但技术还不完善，因此，对其做进一步的研究基于结构光视觉的激光拼焊焊缝表面质量检测系统主要由图像处理单元

6、和检测传感装置构成。图像处收稿日期：2009－10-09基金项目：国家自然科学基金项目（50705095）理单元由图像采集卡、工控机等构成；检测传感装置WeldingTechnologyVol．39No．4Apr.2010·焊接质量控制与管理·57主要由CMOS相机、一字线形激光发射器和LED光为了提高图像处理的速度，需要对原始图像设置源构成，其结构如图1所示。该传感装置可以同时获兴趣区域，即对原始图像进行加窗处理。加窗后图像取焊缝结构光光纹图像和焊缝灰度图像。其中结构光大小为200×490，加窗处理后的图像如图3所示。光纹图像用来检测焊缝表面是

7、否存在几何形状缺陷，焊缝灰度图像用来检测焊缝表面是否存在小孔等表面缺陷。冷却水传感器电缆接口冷却板摄像机图3加窗处理后的图像镜头LED环形光源激光发射器2．2中值滤波由于受焊接激光、烟尘、飞溅等干扰影响比较度高激光条纹装焊缝大，原始焊缝图像中孤立噪声点很多，严重影响图像安的后续处理，为此必须采取必要的平滑滤波处理。但一般的低通滤波器在平滑图像的同时也使图像的细节气孔裂纹工件变得模糊，为此采用中值滤波，目的是保护图像边缘图1焊缝检测传感装置的同时去除噪声。试验中采用了3×3的中值滤波算子进行中值滤波，滤波后的图像如图4所示，滤波后2图像预处理算法及

8、试验研究的图像与原始图像相比，明显去掉了噪声干扰和结构激光拼焊焊缝表面质量检测系统图像处理基本可光的镜面反射。分为2步，首先，将所获得的